Nanoplastik zerstört „Darm-Leber-Gehirn“: Neue Bedrohung bei Alzheimer

Wissenschaftler der Monash University (Australien) und der South China University of Technology (China) haben in Environmental Science & Technology eine detaillierte präklinische Studie veröffentlicht, die zeigt, dass Dosen von Polystyrol-Nanoplastik (PSNPs), die der Hintergrundverschmutzung entsprechen, nicht nur die klassischen Gehirnmanifestationen der Alzheimer-Krankheit (AD) verstärken, sondern die Pathologie auch über das zentrale Nervensystem hinaus entlang der Darm-Leber-Hirn-Achse verbreiten können.

Voraussetzungen

Plastikverschmutzung ist ein universeller Umweltfaktor, und Nanoplastik (<100 nm) durchdringt alle Ökosysteme. Ihre Auswirkungen auf die Gesundheit haben in den letzten Jahren ernsthafte Bedenken ausgelöst, doch die Zusammenhänge mit neurodegenerativen Erkrankungen sind noch wenig erforscht.

Modell und Design

• Tiermodell: APP/PS1-transgene Mäuse, die Schlüsselmarker von AD (β-Amyloid-Akkumulation, Tau-Pathologie) reproduzieren.
• Exposition: Die Aufnahme von 50 nm PSNP im Trinkwasser in Konzentrationen von 0,1–1 mg/kg/Tag über 12 Wochen ist für den Menschen ein realistischer Bereich.
• Beurteilung kognitiver Funktionen: Morris-Labyrinth-Test und Objekterkennung.
  • Gewebeanalyse:
  • Immunhistochemie des Gehirns (Marker Iba1, GFAP, β-Amyloid, p-Tau)
  • 16S rRNA-Sequenzierung von Fäkalien für Mikrobiota
  • Leberhistologie (HE-Färbung, Ölrot O)
  • Systemisches Plasmazytokinprofil (ELISA für IL-6, TNF-α)

Wichtigste Ergebnisse

1. Beschleunigte Neuroinflammation und Neurodegeneration

• Mikroglia- und Astrozytenreaktion: Die Anzahl der Iba1⁺-Mikroglia und GFAP⁺-Astrozyten im Hippocampus und Kortex stieg im Vergleich zu nicht exponiertem APP/PS1 um 45–60 % (p < 0,01).
• Amyloid-Plaques und p-Tau: Die Plaquefläche nahm um 35 % zu und phosphoryliertes Tau (p-Tau) nahm um 28 % zu (p < 0,05).
• Kognitive Defizite: Im Morris-Labyrinth erhöhte sich die Zeit zum Auffinden der versteckten Plattform um 40 %, und im Objekterkennungstest sank der Diskriminationsindex um 30 % (p<0,01).

2. Darmdysbiose und „Leaky Gut“

• Verringerte α-Diversität: Der Shannon-Index in der Mikrobiota nahm um 20 % ab (p < 0,05).
• Zunahme entzündungsfördernder Gattungen: Escherichia/Shigella und Enterococcus nahmen um 60 % zu, während nützliche Lactobacillus um 45 % zurückgingen.
• Darmbarrierefunktion: Die ZO-1-Proteinexpression im Epithel nahm um 50 % ab, was mit einem zweifachen Anstieg der Plasma-Lipopolysaccharid-(LPS)-Werte einherging (p < 0,01).

3. Leberschäden und systemische Entzündungen

• Grad der Steatose: Laut Oil Red O-Färbung ist der Anteil der Fetteinschlüsse in der Leber um das 3,5-fache erhöht.
• Hepatitis-ähnliche Veränderungen: erhöhte Phagozyteninfiltration und Fibrose ohne Alkohol.
• Systemische Zytokine: IL-6 und TNF-α im Plasma stiegen um das 2,0- bzw. 1,8-Fache (p < 0,01).

Axialer Ausbreitungsmechanismus

Die Forscher vermuten, dass Nanoplastik die Mikrobiota stört, was zu Darmdurchlässigkeit und der Translokation bakterieller Endotoxine in die Leber führt. Dort entstehen Stoffwechsel- und Entzündungsschäden, die die Entgiftungsfähigkeit der Leber beeinträchtigen und den systemischen Spiegel entzündungsfördernder Mediatoren erhöhen. Werden diese Faktoren ins Gehirn freigesetzt, lösen sie die klassischen neurodegenerativen Prozesse der Alzheimer-Krankheit aus und beschleunigen sie.

Autorenangaben

„Unsere Daten zeigen erstmals, dass Nanoplastik nicht lokal, sondern systemisch wirkt und nicht nur die zerebralen, sondern auch die Leber- und Darmaspekte der Alzheimer-Krankheit verschlimmert“, sagt Prof. Pu Chun Ke, leitender Autor. „Dies unterstreicht die dringende Notwendigkeit, die Umweltbelastung durch Nanopartikel zu begrenzen und Maßnahmen zum Schutz des körpereigenen Barrieregewebes zu erforschen.“

In der Diskussion heben die Autoren die folgenden Kernpunkte hervor:

• Systemische Wirkung von Nanoplastik.
  „Unsere Daten zeigen, dass selbst ökologisch realistische Mengen von Polystyrol-Nanoplastik nicht auf lokale neurotoxische Effekte beschränkt sind, sondern eine Kaskade von Entzündungs- und Stoffwechselstörungen entlang der Darm-Leber-Hirn-Achse auslösen“, bemerkt Professor Pu Chun Ke.

• Zerstörung der Barrierefunktionen.
  „Eine Verletzung der Integrität des Darmepithels und die anschließende Translokation mikrobieller Endotoxine in den systemischen Blutkreislauf verschlimmern nicht nur Leber-, sondern auch neuroinflammatorische Prozesse erheblich“, betont Co-Autor Dr. Li Wang.

• Notwendigkeit einer Umweltkontrolle:
  „Unsere Erkenntnisse erfordern eine Neubewertung der zulässigen Nanoplastikmengen in Trinkwasser und Lebensmitteln und fördern die Entwicklung von Barriere- und probiotischen Strategien zum Schutz vor deren schädlichen Auswirkungen“, sagt Dr. Mei Zhang.

Ausblick und Empfehlungen

• Umweltschutz: Verschärfung der Grenzwerte für Nanoplastik im Trinkwasser und in der Nahrungskette.
• Medizinische Überwachung: Bei Patienten mit ZNS-Demenz ist der Zustand des Darms und der Leber auf Dysbiose und nichtalkoholische Steatohepatitis zu untersuchen.
• Weitere Studien: Bewertung der Wirkung anderer Arten von Nanoplastik (PET, PVC) und der Möglichkeit einer Neuroprotektion durch Probiotika oder Barrieretherapie.

Diese Studie stuft Nanoplastik als einen der neuen Risikofaktoren für systemische und neurodegenerative Erkrankungen ein, die die sofortige Aufmerksamkeit von Umweltschützern und Ärzten erfordern.