Нанопластик вызывает аномальный рост ветвей в нейронах.

Крошечные кусочки пластика могут проникать в клетки головного мозга и изменять их физическое развитие, при этом наиболее заметные изменения вызывают самые мелкие частицы. Новые исследования показывают, что, хотя низкие уровни микроскопических частиц полистирола не убивают клетки головного мозга и не препятствуют их взаимодействию, частицы размером всего 50 нанометров в ширину вызывают аномально длинный рост ветвей нервных клеток. Эти результаты были опубликованы в журнале NanoImpact, поднимая новые вопросы о том, как загрязнение окружающей среды пластиком может влиять на неврологическое здоровье с течением времени.

Глобальное производство пластика продолжает расти с каждым годом, генерируя огромное количество отходов, которые в конечном итоге распадаются на микроскопические фрагменты. Эти фрагменты могут попадать в организм человека через воду, которую мы пьем, пищу, которую мы едим, и воздух, которым мы дышим. Попав внутрь, эти крошечные частицы перемещаются по кровотоку и могут оседать в различных органах, включая легкие, печень и почки.

Недавние исследования показали, что частицы пластика также могут преодолевать гематоэнцефалический барьер. Этот барьер представляет собой высокоизбирательную границу клеток, которая обычно защищает мозг от вредных веществ, циркулирующих в крови. Обнаружение пластика в тканях головного мозга вызвало широкую обеспокоенность по поводу потенциальных неврологических рисков. Это открытие побудило исследователей изучить, как именно эти синтетические материалы взаимодействуют с чувствительными клетками головного мозга.

В большинстве предыдущих лабораторных исследований токсичности пластика использовались исключительно высокие дозы или крупные частицы пластика. Ученые часто тестировали эти огромные дозы на устойчивых, иммортализованных линиях раковых клеток, а не на нормальной ткани головного мозга. Такой подход оставлял большой пробел в нашем понимании того, как реальные количества мелкого пластика могут влиять на здоровые, развивающиеся нейронные сети головного мозга. Чтобы восполнить этот пробел, группа исследователей из Университета Восточной Финляндии разработала эксперимент по наблюдению за воздействием низких доз микроскопического пластика на высокочувствительные клетки головного мозга.

Исследование возглавила Вероника Горова, докторант Института молекулярных наук им. А.И. Виртанена. Горова и ее коллеги сосредоточили свои усилия на понимании того, как сам физический размер фрагмента пластика влияет на его биологическое воздействие. Они предположили, что более мелкие частицы будут легче поглощаться клетками, что приведет к более выраженным биологическим изменениям, чем их более крупные аналоги.

Исследователи решили изучить первичные кортикальные нейроны — специализированные клетки, взятые непосредственно из внешнего слоя мозга эмбриональных мышей. Нейроны являются основными посредниками нервной системы, используя электрические и химические сигналы для обработки информации и управления организмом. Используя свежие клетки, а не бессмертные лабораторные штаммы, команда создала модель, которая более точно имитирует реакцию живого мозга на чужеродные материалы.

Для проверки своей гипотезы команда подвергла эти нейроны воздействию крошечных сфер из полистирола — очень распространенного типа пластика, используемого во всем, от упаковки продуктов питания до строительной изоляции. Они использовали частицы трех чрезвычайно малых размеров: 50 нанометров, 100 нанометров и 250 нанометров в диаметре. Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет примерно от 80 000 до 100 000 нанометров, что делает даже самые крупные из протестированных пластиков совершенно невидимыми невооруженным глазом.

Нейроны были погружены в жидкость, содержащую эти пластиковые сферы, на 24 часа. Исследователи намеренно поддерживали низкую концентрацию пластика. Они хотели смоделировать более реалистичное воздействие окружающей среды и наблюдать за едва заметными изменениями в клетках, а не просто отравлять нейроны чрезмерным количеством чужеродного вещества.

После периода воздействия команда использовала современные микроскопы для изучения нейронов. Им удалось наблюдать накопление 250-нанометровых кусочков пластика внутри клеток головного мозга. Команда отметила, что по мере увеличения концентрации пластика в окружающей жидкости увеличивалось и количество пластика, поглощаемого клетками.

Микроскопы, использованные в исследовании, не могли четко визуализировать 50-нанометровые кусочки из-за их невероятно малого размера. Однако исследователи предположили, что эти крошечные кусочки также проникают в клетки. Чтобы определить, вредит ли пластик выживанию нейронов, исследователи провели тест на измерение метаболического состояния клеток.

Они обнаружили, что эти низкие дозы не нарушали выживаемость или метаболическую функцию нейронов. Клетки продолжали нормально перерабатывать энергию, не проявляя признаков отмирания. Только когда исследователи применили чрезвычайно высокие дозы пластика, значительно превышающие запланированный диапазон испытаний, нейроны начали проявлять признаки повреждения и снижения выживаемости.

Затем команда исследовала, влияют ли крошечные кусочки пластика на физическую форму клеток. Нейроны отращивают длинные тонкие отростки, называемые нейритами, которые в конечном итоге становятся проводниками, соединяющими различные части мозга. Правильный рост нейритов является важной частью развития мозга и обучения.

Используя специализированное программное обеспечение для обработки изображений, исследователи измерили длину этих отростков после воздействия пластика. Они обнаружили, что нейроны, подвергшиеся воздействию пластика размером 50 нанометров, отращивали более длинные отростки, чем те, которые подвергались воздействию прозрачной жидкости. Клетки, подвергшиеся воздействию более крупного пластика размером 100 и 250 нанометров, не демонстрировали этого аномального удлинения отростков.

Чтобы понять, что происходит на более глубоком уровне, команда изучила нейрональный транскриптом. Транскриптом — это полный набор генетических инструкций, или молекул РНК, которые клетка активно считывает и использует в любой момент времени. Изучая эти инструкции, ученые могут увидеть, какие гены клетка включает или выключает в ответ на стресс.

Генетический анализ выявил незначительные изменения в клетках, подвергшихся воздействию пластика размером 50 нанометров. Исследователи обнаружили изменения в активности генов, которые, как известно, контролируют рост нервных отростков и развитие клеток. Например, специфический ген, связанный с удлинением нервных ветвей, функционирование которого зависит от кальция, был очень активен. Этот генетический сдвиг совпал с физическим удлинением ветвей, которое они наблюдали под микроскопом.

Напротив, более крупные 250-нанометровые частицы пластика не вызывали таких же генетических сдвигов. «Важно понимать, что имеет значение не только концентрация и материал, но и размер частиц», — сказала Горова в пресс-релизе. «С уменьшением размера наночастиц мы наблюдали более выраженные, хотя и относительно незначительные изменения».

Наконец, ученые проверили, нарушают ли частицы пластика электрическую связь между нейронами. Они поместили клетки на микроскопические сенсорные пластины, способные обнаруживать крошечные электрические искры, которые нейроны используют для общения друг с другом. После наблюдения за клетками в течение целого дня после воздействия пластика команда не обнаружила изменений в частоте импульсации или силе электрических сигналов.

Результаты электрических тестов не были статистически значимыми, что означает, что пластик не оказал надежного влияния на способность клеток к коммуникации. Клетки мозга продолжали нормально взаимодействовать, несмотря на присутствие инородного материала. Это говорит о том, что, хотя мельчайшие частицы пластика изменяют физическую структуру и генетические сигналы клеток, они не сразу отключают основную электрическую сеть мозга.

Хотя это исследование дает подробное представление о том, как микроскопические частицы пластика взаимодействуют с отдельными клетками мозга, исследователи отметили несколько ограничений своей работы. Эксперимент включал выращивание изолированных нервных клеток в чашке Петри, в которой отсутствуют защитные барьеры и сложные взаимодействия, характерные для полноценного живого мозга. Человеческий мозг содержит множество типов вспомогательных клеток, которые могут помогать удалять инородные материалы или по-разному реагировать на пластик.

Кроме того, лабораторное воздействие длилось всего 24 часа. В реальном мире люди и животные подвергаются непрерывному, пожизненному воздействию пластика из окружающей среды. Исследователи отмечают, что кратковременное воздействие в лабораторных условиях не может полностью воспроизвести кумулятивный эффект десятилетий накопления пластика в организме человека.

Команда также полностью сосредоточилась на полистироле. Хотя полистирол является широко исследуемым материалом, это лишь один из многих видов пластика, загрязняющих окружающую среду. В будущих исследованиях необходимо будет протестировать другие распространенные материалы, такие как полиэтилен, чтобы выяснить, вызывают ли различные химические соединения различные реакции в нервных клетках.

Исследователи планируют продолжить изучение того, как эти материалы влияют на неврологическое здоровье в течение более длительных периодов времени. «В будущем было бы интересно изучить эффекты с помощью более сложных моделей и длительного воздействия, чтобы приблизиться к реальной ситуации», — сказала Горова. Постепенно создавая более реалистичные модели, научное сообщество надеется в конечном итоге определить истинный риск, который повседневное загрязнение пластиком представляет для развивающегося человеческого мозга.

Источник: https://www.psypost.org/nanoplastics-cause-abnormal-branch-growth-in-neurons/

Само исследование: https://doi.org/10.1016/j.impact.2026.100614