Mikroplastik mit einer „Krone“ aus Molkenproteinen stört die Arbeit von Neuronen und Mikroglia

Wissenschaftler des DGIST (Südkorea) haben gezeigt, dass Mikroplastik, wenn es in biologische Umgebungen (z. B. Blut) gelangt, schnell mit Proteinen „überwuchert“ wird und die sogenannte Proteinkorona bildet. Im Experiment verursachten solche „gekrönten“ Partikel eine signifikante Reorganisation des Proteoms in Neuronen und Mikroglia: Proteinsynthese, RNA-Verarbeitung, Lipidstoffwechsel und Transport zwischen Zellkern und Zytoplasma litten; gleichzeitig wurden Entzündungssignale aktiviert. Fazit: Mit Proteinen assoziiertes Mikroplastik könnte biologisch gefährlicher sein als „nackte“ Partikel. Der Artikel wurde in Environmental Science & Technology veröffentlicht.

Hintergrund der Studie

• Mikro- und Nanoplastik (MNPs) kommen bereits in menschlichem Gewebe, einschließlich des Gehirns, vor. Unabhängige Gruppen bestätigten 2024 und 2025 das Vorhandensein von MNPs in Leber, Nieren und Gehirn verstorbener Menschen und zeigten im Laufe der Zeit steigende Konzentrationen. Eine separate Studie fand Mikroplastik im Riechkolben, was auf einen nasalen „Bypass“ zum ZNS hindeutet.
• Wie Partikel ins Gehirn gelangen. Neben dem Riechtrakt weisen zahlreiche Tierstudien und Untersuchungen darauf hin, dass Mikro-Nanoplastik möglicherweise auch die Blut-Hirn-Schranke (BHS) passiert und in der Folge eine Neuroinflammation und Funktionsstörungen des Nervengewebes verursacht.
• Die „Proteinkorona“ bestimmt die biologische Identität der Partikel. In biologischen Umgebungen werden die Oberflächen von Nanopartikeln schnell mit adsorbierten Proteinen (Proteinkorona) bedeckt. Die Korona bestimmt, welche Rezeptoren das Partikel „erkennen“, wie es sich in den Organen verteilt und wie toxisch es ist. Dies ist in der Nanotoxikologie gut beschrieben und wird zunehmend auf Mikro-/Nanoplastik übertragen.
• Was war bisher über Neurotoxizität bekannt? In-vivo-Experimente und -Überprüfungen haben die MNP-Exposition mit erhöhter BBB-Permeabilität, Mikroglia-Aktivierung, oxidativem Stress und kognitiver Beeinträchtigung in Verbindung gebracht. Mechanistische Daten auf Proteomebene, insbesondere in menschlichen Neuronen und Mikroglia, sind jedoch begrenzt.
• Welche Lücke füllt eine neue Studie aus Environmental Science & Technology? Die Autoren verglichen erstmals systematisch die Auswirkungen von mit Serumproteinen „gekröntem“ Mikroplastik mit denen von „nackten“ Partikeln auf das Proteom von Neuronen und Mikroglia und zeigten, dass die Korona ungünstige Veränderungen grundlegender zellulärer Prozesse verstärkt. Dies rückt das Umweltproblem der Mikroplastikpartikel näher an spezifische molekulare Risikomechanismen für das Gehirn.
• Warum ist dies für die Risikobewertung wichtig? Labortests zur Toxizität von Plastik ohne Berücksichtigung von Corona könnten die Gefahr unterschätzen. Es ist richtiger, die Auswirkungen von Partikeln in Gegenwart von Proteinen (Blut, Zerebrospinalflüssigkeit) zu modellieren, was bereits in Übersichtsarbeiten empfohlen wird.

Was genau haben sie getan?

• Im Labor wurden Mikroplastikpartikel in Mäuseserum inkubiert, um eine Proteinkrone auf der Partikeloberfläche zu bilden. Anschließend wurden die Partikel Gehirnzellen ausgesetzt: kultivierten Neuronen (Maus) und Mikroglia (menschliche Linie). Nach der Exposition wurde das Proteom der Zellen mittels Massenspektrometrie untersucht.
• Zum Vergleich wurde auch die Wirkung von „nacktem“ Mikroplastik (ohne Krone) untersucht. So konnte ermittelt werden, welcher Anteil des toxischen Signals durch die Proteinhülle des Partikels vermittelt wird.

Wichtigste Ergebnisse

• Die Proteinkorona verändert die „Persönlichkeit“ des Kunststoffs. Wie von den Gesetzen der Nanotoxikologie erwartet, adsorbieren die Mikropartikel eine heterogene Schicht von Proteinen im Serum. Solche Komplexe verursachten deutlich ausgeprägtere Veränderungen der Proteinexpression in Gehirnzellen als „nackte“ Partikel.
• Beeinträchtigung der grundlegenden Prozesse der Zelle. Durch „gekröntes“ Mikroplastik wurden Komponenten der RNA-Translations- und -Verarbeitungsmaschinerie reduziert, Lipidstoffwechselwege verschoben und der nukleozytoplasmatische Transport gestört – das heißt, die „fundamentalen“ Funktionen des Überlebens und der Plastizität der Nervenzelle litten.
• Aktivierung von Entzündung und Erkennung. Die Autoren beschrieben die Aktivierung von Entzündungsprogrammen und zellulären Partikelerkennungswegen, die zur Ansammlung von Mikroplastik im Gehirn und zu einer chronischen Reizung der Immunzellen des Gehirns beitragen können.

Warum ist das wichtig?

• In der Realität sind Mikro- und Nanoplastikpartikel fast nie „nackt“: Sie sind sofort mit Proteinen, Lipiden und anderen Umweltmolekülen bedeckt – eine Korona, die bestimmt, wie das Partikel mit Zellen interagiert, ob es die Blut-Hirn-Schranke passiert und welche Rezeptoren es „sehen“. Die neue Arbeit zeigt direkt, dass es die Korona ist, die das neurotoxische Potenzial verstärken kann.
• Der Kontext verstärkt die Besorgnis: Unabhängige Studien haben Mikroplastik im menschlichen Riechkolben und sogar erhöhte Konzentrationen im Gehirn verstorbener Menschen festgestellt; in Übersichtsartikeln werden die Penetrationswege der Blut-Hirn-Schranke, oxidativer Stress und Neuroinflammation erörtert.

Wie ist dies im Vergleich zu früheren Daten?

• Für Nanopartikel ist seit langem bekannt, dass die Zusammensetzung der Korona die „biologische Identität“ und die Aufnahme durch Makrophagen/Mikroglia bestimmt; ähnliche Daten werden für Mikroplastik gesammelt, darunter auch Arbeiten zum Einfluss der Korona aus dem Magen-Darm-Trakt/Serum auf die zelluläre Aufnahme. Der neue Artikel ist eine der ersten detaillierten proteomischen Analysen speziell von Gehirnzellen.

Einschränkungen

• Dabei handelt es sich um ein In-vitro-Zellmodell: Es zeigt die Mechanismen, beantwortet aber keine direkten Fragen zu Dosis, Dauer und Reversibilität der Wirkungen im Körper.
• Es wurden spezifische Partikeltypen und Proteinkorona verwendet; in einer realen Umgebung verändert sich die Zusammensetzung der Korona (Blut, Liquor, Atemschleim usw.) und damit die biologischen Effekte. Tiermodelle und Biomonitoring beim Menschen sind erforderlich.

Was dies für die Risikobewertung und Politik bedeuten könnte

• Testsysteme zur Toxizität von Kunststoffen müssen eine „Corona“-Phase in relevanten Bioflüssigkeiten (Blut, Zerebrospinalflüssigkeit) beinhalten, sonst unterschätzen wir das Risiko.
• Für Regulierungsbehörden und Industrie ist dies ein Argument, Mikroplastikemissionen zu reduzieren, die Entwicklung von Materialien mit geringerer Affinität zu Proteinkoronas zu beschleunigen und in die Überwachung von Kunststoffen in Lebensmitteln, Luft und Wasser zu investieren. Die Berichte betonen, dass die Standardisierung von Messungen und die Erfassung von Koronas unmittelbare Priorität haben.

Was der Leser heute tun sollte

• Reduzieren Sie den Kontakt mit Mikroplastikquellen: Wählen Sie gefiltertes Leitungswasser statt Flaschenwasser, vermeiden Sie nach Möglichkeit das Erhitzen von Lebensmitteln in Plastik und waschen Sie Kunststoffe mit niedriger Temperatur bzw. mit Mikrofaserfiltern. (Diese Tipps stammen nicht aus dem Artikel, entsprechen aber aktuellen Risikobewertungen.)

Quelle: Ashim J. et al. Protein-Mikroplastik-Krönungskomplexe lösen Proteomveränderungen in aus dem Gehirn stammenden neuronalen und glialen Zellen aus. Umweltwissenschaft und -technologie.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146