De studie gebruikte moleculaire modellering van membraanstructuren en de PAMPA-methode om de membraanpermeabiliteit van microplastics te bestuderen. In de afbeelding aan de linkerkant is de voorkeurslocatie van PET-plastic in de simulatie op de oppervlaktedelen van het membraan. In de afbeelding rechts werd de PAMPA-methode gebruikt om de beweging van plastic over een membraan tussen twee kamers te bestuderen. Krediet: Universiteit van Oost-Finland
Het voorkomen van microplastics in de natuur is uitgebreid onderzocht, ook aan de Universiteit van Oost-Finland. Er is echter weinig bekend over de gezondheidseffecten van microplastics en ook het begrip van hun transport in het menselijk lichaam ontbreekt. Eventuele nadelige gezondheidseffecten die mogelijk verband houden met kunststoffen, kunnen worden veroorzaakt door de kunststofverbinding zelf of door de milieutoxines die het met zich meebrengt. Van veel bekende vetoplosbare milieutoxines en zware metalen is bekend dat ze zich kunnen hechten aan het oppervlak van kleine plastic deeltjes. Daarom is het belangrijk om de transportmechanismen van microplastics in het menselijk lichaam te onderzoeken. Er zijn echter onvoldoende onderzoeksmethoden ontwikkeld om dit transport te bestuderen. Een andere belangrijke uitdaging in het onderzoek naar microplastics is het gebrek aan gestandaardiseerde methoden.
Met behulp van moleculaire modellering analyseerden onderzoekers van de School of Pharmacy van de Universiteit van Oost-Finland het gedrag en transport van microplastics van nanoformaat in dubbellaagse membranen die celmembranen nabootsen. De onderzoekers voerden eenvoudige moleculaire dynamische simulaties uit met behulp van bekende en veelgebruikte polyethyleen (PE) en polyethyleentereftalaat (PET) deeltjes.
De celmembraanpermeabiliteit van verpulverde PE- en PET-kunststoffen werd ook onderzocht met behulp van de Parallel Artificial Membrane Permeability Assay-methode, PAMPA. De methode wordt meestal gebruikt om de passieve opname van medicijnen te onderzoeken, maar is nog niet eerder gebruikt om microplastics te bestuderen. De PAMPA-methode werd gebruikt om de hoeveelheid materie die het membraan doordringt te onderzoeken. De hoeveelheid plastic die het kunstmatige membraan doordringt, werd met bepaalde tussenpozen gemeten met NMR-spectroscopie.
In beide experimenten werd de beweging van moleculen alleen gecontroleerd door concentratieverschillen aan verschillende zijden van het membraan en door incidentele beweging veroorzaakt door warmte. Met andere woorden, de methoden gaven informatie over de passieve permeatie van moleculen door de membranen.
In de computersimulaties bleek dat PE-deeltjes de voorkeur gaven aan het midden van het lipidemembraan als hun locatie. In de PAMPA-experimenten drong PE-plastic gedeeltelijk door het membraan, maar de doorlaatbaarheid van het membraan nam in de loop van de tijd aanzienlijk af, waarschijnlijk door de ophoping van plastic in het membraan. In de simulaties was de voorkeurslocatie van PET-deeltjes tot op zekere hoogte het oppervlaktedeel van het membraan, en in de experimenten drongen ze redelijk goed door het membraan. Volgens deze studie werden de eigenschappen van de membraanstructuren niet significant beïnvloed door individuele kunststoffen.
De studie biedt een startpunt voor de verdere ontwikkeling van computersimulaties en experimentele methoden voor de behoeften van microplastics-onderzoek. Er is nog aanzienlijk meer informatie nodig over het actieve transport van microplastics, zoals hun binding aan transporteiwitten, mogelijke fagocytose en toxische effecten op cellen.
Joni Järvenpää et al, het samenspel van PE- en PET-oligomeren met membraandubbellagen, Wetenschappelijke rapporten (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-06217-4
Wetenschappelijke rapporten
Geleverd door de Universiteit van Oost-Finland
