Mikrodarm zur Bewertung des Risikos von Mikroplastik für die menschliche Gesundheit
Nanokunststoffe und Mikroplastik sind Abfälle, die bei der Zersetzung größerer Kunststoffprodukte entstehen. Mikroplastik hat in der Regel einen Durchmesser von weniger als fünf Millimetern, Nanokunststoffe von weniger als einem Mikrometer. Nanokunststoffe und Mikroplastik sind heute überall zu finden: in Ozeanen, Meeren, Flüssen und Seen, aber auch in Böden, der Atmosphäre und sogar in der Nahrungskette. „Es gibt eine Debatte über die genauen von Ort zu Ort variierenden Mengen, aber da wir weiterhin Kunststoffe verwenden, nimmt die Menge offensichtlich zu“, sagt Bastien Venzac, wissenschaftlicher Mitarbeiter im über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekt MIGMIPS. Trotz zunehmender Besorgnis über die möglichen Auswirkungen von Nanokunststoffen und Mikroplastik auf die menschliche Gesundheit gibt es nach wie vor erhebliche Wissenslücken in Bezug auf ihre Toxizität. „Zunächst müssen wir wissen, welche Arten von Nanokunststoffen und Mikroplastik die wichtigsten Abwehrbarrieren des menschlichen Körpers, nämlich Lunge, Darm und Haut, durchdringen können“, erklärt Venzac vom Französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung, dem Träger des Projekts. MIGMIPS wurde zur Entwicklung einer Methode eingerichtet, mit der bestimmt werden kann, welcher Durchmesser, welche Zusammensetzung und welche Form von Nanokunststoffen und Mikroplastik das Darmepithel durchdringen können. Derzeit wird eine Veröffentlichung vorbereitet, in der das Modell zur Nachahmung des Darmepithel genau beschrieben wird.
Eine genauere technische Lösung
Das übliche Verfahren zur Überprüfung der Durchlässigkeit der Darmbarriere oder des Epithels besteht darin, es in vitro auf einer porösen Membran zu kultivieren und dann zu testen, welche Partikel die Struktur passieren können. „Die meisten verfügbaren Membranen waren jedoch nicht für Nanokunststoffe und Mikroplastik ausgelegt, da ihre Poren zur Durchdringung zu klein waren. Außerdem unterscheiden sich die gezüchteten Epithelien immer noch stark von den echten“, fügt Venzac hinzu. MIGMIPS nutzte den hochauflösenden 3D-Druck zur Herstellung einer hochporösen Membran, auf der ein genaueres Darmepithel gezüchtet werden kann, das sogar seine gefaltete Form annehmen kann. „Ursprünglich wollten wir ein poröses Hydrogel mit einer Auflösung von etwa 20-50 Mikrometern direkt in die entsprechende Form 3D-drucken. Wir erkannten jedoch, dass es nicht robust genug sein würde, um das Epithel zu halten, da die Poren zu klein sind. Deshalb haben wir uns entschieden, ein nicht poröses Acrylatharz zu verwenden und gleichzeitig eine netzartige Struktur mit einer Auflösung von etwa 500 Nanometern zu drucken, um die Porengrößen beim Drucken zu kontrollieren“, erklärt Venzac. Das Team testet derzeit, wie das fischnetzartige Design der Membran die Entwicklung und Funktion des Epithels beeinflusst. Durch die Variation der Netzporengröße und des Faserdurchmessers (von 500 Nanometern bis zu zwei Mikrometern) hat Venzac bisher einen Schwellenwert für die Porengröße von etwa sechs Mikrometern gefunden. Liegt die Porengröße darüber, dringen die Zellen durch und können so kein dichtes Epithel bilden.
Ohne Messung keine Regulierung
Aus einem Bericht der Weltgesundheitsorganisation über die möglichen Auswirkungen der Exposition von Nanokunststoffen und Mikroplastik auf die menschliche Gesundheit geht hervor, dass die Mikroplastikkonzentration im Trinkwasser über 100 Partikel pro Liter beträgt und der Mensch wahrscheinlich täglich etwa 3 000 Mikroplastikpartikel einatmet. Trotz fehlender Daten wird geschätzt, dass Erwachsene täglich etwa 0,6 Mikrogramm Mikroplastik mit der Nahrung aufnehmen. „Der Bericht der Weltgesundheitsorganisation hat zwar keine besonders hohen Risiken durch Mikroplastik hervorgehoben, aber nicht, weil es keine gibt, sondern weil die Daten noch nicht vorliegen“, so Venzac. Die Modelle von MIGMIPS bieten Gesundheitsforschenden ein Instrument, mit dem sie die Fähigkeit von Nanokunststoffen und Mikroplastik bewerten können, in den menschlichen Körper einzudringen und dort potenziell Schaden anzurichten. In den kommenden Jahren könnte dies auch für die Politik von unschätzbarem Wert sein, wenn es um die Ausarbeitung von Rechtsvorschriften zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung und der Bedrohung durch Mikroplastik geht. Dazu wird das Team ab nächstem Jahr testen, ob Nanokunststoffe und Mikroplastik die Darmbarriere durchbrechen können.
Schlüsselbegriffe
MIGMIPS, Darm, Mikroplastik, Nanokunststoff, Epithel, Membran, 3D-Druck, Toxizität, Gesundheit
