Микропластик проникает повсюду, его частицы обнаруживаются в пробах воды, биопсиях тканей и при посмертных исследованиях. Теперь же ученые получили возможность наблюдать их непосредственно внутри живых организмов. Исследователи из Университетского колледжа Лондона (UCL), Бирмингемского университета и Кингстонского университета разработали лазерную технику визуализации, позволяющую картировать эти мельчайшие частицы глубоко в тканях мышей без необходимости проведения операций. Это открывает новые горизонты для изучения движения микропластика в организме и его долгосрочного влияния на здоровье человека.
Принцип фотоакустической визуализации
Новый метод, получивший название фотоакустической визуализации, основан на направлении импульсов лазерного света в ткани. Микропластик поглощает этот свет, и каждая частица имеет уникальный спектр поглощения. В результате поглощения света генерируются высокочастотные звуковые волны. Эти волны улавливаются ультразвуковыми детекторами, что позволяет создать подробную карту распределения микропластика внутри тела.
В ходе экспериментов мышам вводили контролируемое количество микропластика – около половины миллиграмма. По словам Стивена Патрика, преподавателя медицинской визуализации из UCL, такое количество визуально напоминает «небольшую щепотку очень мелкой соли». Исследователи смогли точно отслеживать перемещение частиц через живые ткани в течение нескольких месяцев, что более точно имитирует их путь в человеческом организме. Было установлено, где частицы накапливаются, как долго они сохраняются и способствуют ли развитию заболеваний, поражающих мозг, кровеносные сосуды и другие органы.
Обнаружение и виды микропластика
Метод основан на обнаружении пигментов, которые обычно добавляют в потребительские пластмассы для придания цвета, отмечает Стивен Патрик. Наиболее легко обнаруживаются черные, серые, зеленые и синие частицы микропластика. Ученые протестировали свой подход на микропластике, полученном из обычных потребительских изделий, включая черные колпачки от шариковых ручек (такие, которые часто грызут) и зеленые крышки от бутылок для напитков, которые, как известно, выделяют микропластик при открывании и закрывании. По мнению Патрика, знание типичного распределения цветов микропластика в организме позволит более точно оценивать его общее количество, исходя из видимой фракции. В настоящее время эта технология дает лишь минимальную оценку и пока позволяет выявлять распространенные виды микропластика, такие как полипропилен (часто встречается в пищевых контейнерах и кофейных стаканчиках) и полиэтилен (используется в одноразовых пакетах).
Преимущества нового метода
Растет обеспокоенность влиянием микропластика на организм человека. Его обнаруживают в крови, органах и тканях, связывают с онкологическими заболеваниями, инфарктами и проблемами с репродуктивной функцией. Однако до сих пор изучение этих мельчайших пластиковых частиц в живых тканях представляло значительные трудности. Существующие методы, как правило, основывались на биопсии или анализе тканей после вскрытия, что ограничивало возможности долговременных наблюдений. Кроме того, микропластик приходилось химически метить, что могло изменять его поведение и препятствовать реалистичному изучению. Химические методы могут приводить к путанице, принимая жиры в организме за микропластик; например, высокое содержание полиэтилена, обнаруженное в мозгу, могло быть результатом схожего сигнала от жирных кислот, отмечают эксперты. В то время как жиры не дают фотоакустического сигнала на используемых длинах волн для обнаружения микропластика, требуются дальнейшие исследования для подтверждения отсутствия аналогичных сигналов от других пигментов в организме, которые могли бы быть ошибочно интерпретированы.
Новый подход подтвердил свою эффективность в обнаружении отдельных частиц микропластика размером до 45 микрометров (0,045 мм), что тоньше толщины человеческого волоса. При этом, по словам Патрика, хотя техника еще не была полностью подтверждена для более мелких частиц, текущие неопубликованные результаты позволяют предположить возможность обнаружения даже нанопластика при концентрациях, ранее зафиксированных в организме (порядка нескольких миллиграммов на миллилитр). Однако для еще более низких концентраций это может стать проблемой. Патрик считает, что точность метода можно улучшить, используя «несколько хитростей и умных способов сбора и обработки сигналов», поскольку первоначальная работа проводилась с «довольно простой установкой и минимальной обработкой изображений», что оставляет простор для дальнейшего совершенствования в обнаружении мелких частиц и их незначительных количеств.
Перспективы и дальнейшие исследования
Идеальное будущее клиническое исследование, по мнению Стивена Патрика, должно было бы подтвердить результаты фотоакустических измерений путем сопоставления с другими независимыми методами, например, анализом тканей или биопсий у группы пациентов, которым все равно предстоит удаление тканей в рамках других диагностических или лечебных процедур. Такая валидация будет необходима, прежде чем метод можно будет использовать как самостоятельный инструмент для измерения содержания микропластика у пациентов.
Будущие исследования могут охватывать общие механизмы транспорта, удержания и выведения микропластика из организма, а также зависимость этих процессов от размера, формы частиц и сопутствующих заболеваний, например, взаимосвязь с сосудистыми заболеваниями и циррозом печени. Отдельную область интереса представляет нейродегенерация, в частности, вопрос о том, могут ли микропластики служить центрами для образования белковых агрегатов бета-амилоида или альфа-синуклеина, связанных с болезнями Альцгеймера и Паркинсона соответственно.
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Advanced Science.
