Leuchtende Mikroplastikpartikel könnten ihre toxische Wirkung offenbaren
Eine neue Strategie könnte Forschern dabei helfen, Mikro- und Nanokunststoffe in lebenden Organismen zu verfolgen und damit eine große Lücke im Verständnis darüber zu schließen, wie sich diese Partikel bewegen, verwandeln und Schaden anrichten.
Die Verschmutzung durch Plastik ist zu einem prägenden Merkmal der modernen Welt geworden. Plastikpartikel treiben durch die Ozeane, setzen sich in landwirtschaftlichen Böden ab, zirkulieren in der Raumluft und reichern sich in Wildtieren an. Studien haben auch messbare Konzentrationen im menschlichen Blut, Lebergewebe und Gehirn nachgewiesen.
Sobald diese Partikel jedoch in einen lebenden Körper gelangen, wird es zunehmend schwieriger, sie zu verfolgen. Ein neuer Artikel beschreibt eine Methode, mit der fluoreszierende Signale direkt in Kunststoffpartikel eingebettet werden können, sodass Wissenschaftler deren Bewegung und Umwandlung in Echtzeit verfolgen können.
Die weltweite Kunststoffproduktion übersteigt mittlerweile 460 Millionen Tonnen pro Jahr, wobei laut einer in New Contaminants veröffentlichten Studie jährlich mehr als 10 Millionen Tonnen Mikro- und Nanokunststoffe in die Umwelt gelangen.
Mikroplastik ist schwer nachzuverfolgen
Feldstudien haben die Exposition von Meeressäugern, Vögeln und Menschen dokumentiert, und Laborversuche haben diese Partikel mit oxidativem Stress, Entzündungen, Entwicklungsstörungen und kardiovaskulären Risiken in Verbindung gebracht.
Die meisten toxikologischen Untersuchungen stützen sich jedoch nach wie vor auf die Korrelation zwischen Dosis und Ergebnis, wobei der interne Weg der Partikel – ihr Transport, ihre Fragmentierung, Akkumulation und Ausscheidung – weitgehend ungeklärt bleibt.
Aktuelle Analysewerkzeuge können zwar eine detaillierte chemische Identifizierung liefern, sind jedoch in ihrer räumlichen und zeitlichen Auflösung begrenzt. Techniken wie Raman-Spektroskopie, Fourier-Transform-Infrarot-Mikroskopie und Massenspektrometrie basieren auf der Aufspaltung oder dem Schneiden von Gewebe und liefern nur eine Momentaufnahme, die in der Regel keine umfassende Aufklärung darüber liefert, wie sich Partikel in lebenden Systemen bewegen oder umwandeln.
Fluoreszenz in den Kunststoff einbauen
Der Artikel schlägt eine alternative Strategie vor: die direkte Einbettung von Fluoreszenz in die Molekülstruktur von Mikro- und Nanokunststoffen. Anstatt Partikel mit Farbstoffen zu beschichten, die sich in biologischen Umgebungen ablösen oder an Intensität verlieren können, beschreiben die Autoren die Synthese von Kunststoffen aus speziell entwickelten Monomeren mit aggregationsinduzierten Emissionseigenschaften (AIE).
Im Gegensatz zu herkömmlichen Fluoreszenzfarbstoffen, die bei Clusterbildung oft an Leuchtkraft verlieren, werden AIE-Materialien bei Aggregation heller. Diese Eigenschaft macht sie besonders geeignet für die Bildgebung von Partikeln, die sich in Organen wie Leber oder Darm ansammeln, wo die Signalstabilität oft eine Herausforderung darstellt.
Durch die Polymerisation von Partikeln mit integrierten fluoreszierenden Komponenten konnten die Forscher Mikro- und Nanokunststoffe mit stabiler, gleichmäßig verteilter Lumineszenz herstellen. Die Fluoreszenz bleibt auch bei einer Fragmentierung der Partikel bestehen und ermöglicht so eine kontinuierliche Visualisierung vom Verschlucken über den Transport bis hin zum möglichen Abbau.
Dieser Ansatz ermöglicht auch die Anpassung der Emissionswellenlänge und -intensität, was eine tiefere Gewebeabbildung und die mehrfarbige Markierung verschiedener Partikeltypen unterstützen kann.
Von der Erkennung zum Mechanismus
Die Autoren weisen darauf hin, dass die Methode noch einer systematischen experimentellen Validierung unterzogen wird. Sie basiert jedoch auf etablierten Prinzipien der Polymerchemie und Fluoreszenzbildgebung, was auf ihre technische Machbarkeit hindeutet.
Die Forschung zu Mikroplastik hat sich bislang weitgehend darauf konzentriert, zu dokumentieren, wo Partikel gefunden werden. Ebenso wichtig könnte es sein, zu klären, wie sie sich in lebenden Systemen verhalten. Wenn Wissenschaftler ihre Bewegung und Transformation direkt beobachten können, können sie möglicherweise besser verstehen, warum bestimmte Expositionen mit biologischen Schäden verbunden sind.