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Wie Nanoplastik den Stoffwechsel beeinflussen kann

Leipzig (8. März 2023) — Der Kunststoff PET, aus dem zum Beispiel Plastikflaschen hergestellt werden, ist in der Umwelt allgegenwärtig. Welche negativen Auswirkungen kleinste Plastikpartikel von PET auf Stoffwechsel und Entwicklung eines Organismus haben können, wurde von Wissenschaftlern der Universität Leipzig und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in einer gemeinsamen Studie untersucht. Die aktuellen Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht worden.

Die steigende Verwendung von Plastik stellt weltweit eine Bedrohung für die Ökosysteme dar. Eine der großen Sorgen ist die Präsenz von Kunststoffen in Form von kleinen Partikeln, die auch Mikroplastik und Nanoplastik genannt werden. Diese Teilchen werden im Trinkwasser, in Lebensmitteln und sogar in der Luft analytisch nachgewiesen. Nanoplastik kann von Menschen und Tieren durch Nahrung sowie Wasser aufgenommen werden. Es besteht die Sorge, dass sich Mikroplastik im Laufe der Zeit im Körper anreichern könnte. Die vollständigen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sind jedoch nicht bekannt und Ziel wissenschaftlicher Untersuchungen, wie bei der aktuellen Studie der Universität Leipzig.

Polyethylenterephthalat, bekannt als PET, ist ein sehr häufig verwendetes Kunststoffmaterial. Es wird für die Herstellung praktischer Behälter für Lebensmittel, Getränke oder Plastiktüten genutzt. Über die schädigende Wirkung von PET-Nanoplastik ist bislang wenig bekannt. In einem aktuellen Forschungsprojekt haben sich Wissenschaftler:innen der Universität Leipzig mit den Auswirkungen von PET-Nanoplastik auf Embryonen von Zebrafischen konzentriert.

Dabei fanden sie heraus, dass sich die winzigen Plastikteilchen in mehreren Organen der Modelltiere, wie Leber, Darm, Niere und Gehirn, anreicherten. Zudem führte die PET-Nanoplastik zu Verhaltensstörungen der Embryonen, da weniger Bewegungen beobachtet wurden. „Unsere Studie gibt zum ersten Mal einen Einblick in die durch PET-Nanokunststoffe induzierten Toxizitätswege und die zugrundeliegenden schädigenden Mechanismen in intakten Zebrafisch-Larven. Wir konnten sehen, dass die Leberfunktion erheblich beeinträchtigt und oxidativer Stress erzeugt wird. PET-Nanoplastik beeinflusst zudem die Zellmembran und die Energetik der Lebewesen“, sagt Korrespondenzautorin Dr. Alia Matysik, Wissenschaftlerin am Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Medizinischen Fakultät.

Mit Hilfe der High-Resolution Magic-Angle Spinning (HR-MAS) Methode, einer nicht-invasiven Analyse-Methode, bei der Kernspin-Resonanz (NMR) auf Feststoffe und weiche Materie angewendet wird, wurden die Embryos der Zebrafische untersucht. Diese wissenschaftliche Methode hat den Vorzug, von außen in Materie hineinschauen zu können, ohne zum Beispiel ein Gewebe verletzen oder Instrumente in den Körper einführen zu müssen. Die Erforschung des Stoffwechsels der Zellen und Gewebe der Zebrafische wurde in dieser Studie mit zellulären Assays und Verhaltenstests kombiniert. „Wir haben modernste analytische NMR-Methoden verwendet, um ein umfassendes Systemverständnis der von PET-Nanoplastik betroffenen Stoffwechselwege zu erhalten. Wir konnten beobachten, wie die PET-Anreicherung die Biochemie eines Organismus verändert“, sagt Dr. Matysik.

„Dieses Forschungsergebnis zeigt die nachteiligen Auswirkungen von PET-Nanokunststoffen, die bei Zebrafisch-Embryos beobachtet wurden und auch bei Säugetieren und Menschen eine Rolle spielen könnten. Eine klare Antwort darauf haben wir noch nicht, aber man muss nun davon ausgehen, dass PET-Nanoplastik in unsere Ökosysteme eingreift. In jedem Fall sollte der Eintrag von Kunststoffen in die Umwelt verhindert werden. Man muss vermuten, dass die Vermeidung dieser Form von Müll die große Herausausforderung der nahen Zukunft wird“, sagt Prof. Jörg Matysik vom Institut für Analytische Chemie, der an der Studie seiner Frau beteiligt war.

Die Wissenschaftler der Universität Leipzig wollen die Forschung zu dem Thema fortführen, um auch die Auswirkungen von Nanokunststoffen auf die Gehirnfunktion zu untersuchen. „Wir sehen bereits, dass sich PET-Nanoplastik im Gehirn anreichert. Wir wollen nun herausfinden, ob es Auswirkungen auf die Gehirnfunktion und neurodegenerative Erkrankungen hat“, sagt Dr. Alia Matysik.

Originalpublikation

• Originalpublikation in Scientific Reports: A mechanistic understanding of the effects of
  polyethylene terephthalate nanoparticles in the zebrafish (Danio rerio) embryo”.
• DOI: 10.1038/s41598-023-28712-y
• https://www.uni-leipzig.de/newsdetail?tx_news_pi1%5Bnews_preview%5D=144744&cHash=b5d8672422ffdf2005934170e3ba5c99

Abb.: Repräsentative Forschungsbilder, die die Wirkung von PET-Nanopartikeln (PET NPs) nach 24 Stunden (A) und 72 Stunden (B) auf frühe Stadien der Zebrafisch-Embryo-Entwicklung zeigen. Foto: Bashirova et al. Scientific Reports 13: 1891 (2023). © Bashirova et al., Universität Leipzig

Abb. oben: Der Kunststoff PET, aus dem zum Beispiel Plastikflaschen hergestellt werden, ist in der Umwelt allgegenwärtig. © Colourbox

Quelle: Universität Leipzig, 08.03.2023 (tB).