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Interview Mikroplastik – der Feind in unserem Körper?

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Mikroplastik kommt auf unserem Planeten mittlerweile nahezu ubiquitär vor. Kein Wunder also, dass es über die Nahrungskette auch in unserem Körper landet. Ein multidisziplinäres Forscherteam untersucht nun welche Folgen Mikroplastik und Nanoplastik im Menschen haben könnte.

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Der Initiator des Verbundprojektes PlasMark, Dr. Kristian Wende, Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie Greifswald (INP), im Labor
Der Initiator des Verbundprojektes PlasMark, Dr. Kristian Wende, Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie Greifswald (INP), im Labor
(Bild: INP Greifswald e.V.)

LP: „Mikroplastik am Nordpol entdeckt“. Solche Meldungen zeigen, wie global das Problem des Mikroplastiks ist. Warum ist das so?

Dr. Kristian Wende: In der Tat mehren sich die Berichte über den Nachweis anthropogener Substanzen an den entlegensten Orten der Erde, z. B. in der Antarktis. Laut einer kürzlich im Fachmagazin „Nature“ publizierten Studie überstieg die Masse der von Menschen gemachten Kunststoffprodukte im Jahr 2020 erstmals die der natürlichen Biomasse auf der Erde (1 Teratonne). Im Vergleich dazu betrug die Masse im Jahr 1900 gerade einmal 3% davon.

Kunststoffe traten ihren Siegeszug im Jahr 1907 an – mit dem von Leo Baekeland erfundenen Bakelit. Viele weitere Verbindungen folgten, so dass Kunststoffe aus unserem Alltag heute nicht mehr weg zu denken sind. Beispiele hierfür sind Tüten aus Polyethylen, Pfannen, die mit Teflon beschichtet sind, die Verwendung von Kunststoffen in Fahrzeugen bzw. als Dämm- und Baumaterialen. Kunststoffe sind chemisch sehr widerstandsfähig und können – einmal in die Umwelt eingebracht – sehr lange in ihr verweilen. Der Grund dafür ist, dass es kaum (Mikro-) Organismen gibt, die sie als Nährstoffgrundlage nutzen.

Parallel kommt es durch physikalisch-chemische Alterungsprozesse zur Entstehung kleiner und kleinster Plastikpartikel. Hier wiederholt sich die Geschichte. Kunststoffe werden wie früher die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) v. a.in den Industrienationen freigesetzt. Die Folgen treten an unberührten, entlegenen Orten auf. In den 1980er-Jahren führten hohe Konzentrationen von FCKWs zum Ozonloch über der Antarktis und Australien, welches nur durch eine konzertierte Aktion aller Staaten wieder geschlossen werden konnte. Heute sind es Kunststoff­partikel, die die Ökosysteme unseres Planeten stören und deren Folgen heute noch nicht abschätzbar sind. Kunststoffe finden sich heute bereits in Meerestieren wie Muscheln und Fischen.

Und auch der Mensch, der an der Spitze der Nahrungskette steht, nimmt im globalen Durchschnitt wöchentlich fünf Gramm Kunststoff – etwa eine Kreditkarte – auf. Das allerdings nicht am Stück, sondern in bis zu 2.000 Einzelteilchen. Es bleibt abzuwarten, ob die Menschheit es schafft, die Freisetzung von Kunststoffen zu begrenzen, um die zu erwartenden gefährlichen Folgen zu reduzieren bzw. abzuwenden – ähnlich wie es beim Ozonloch gelang.

LP: Im Projekt Plasmark werden Möglichkeiten der markierungsfreien Diagnostik von Plastikpartikeln im menschlichen Körper entwickelt. Mit welchen Methoden erfolgt deren Nachweis in Zellen bzw. Geweben?

Dr. Kristian Wende: Wir sind Teil eines Konsortiums, dass neben dem Greifswalder Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) noch aus der Universität Greifswald (Institut für Biochemie, Institut für Physik) und dem Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam (AIP) besteht. Federführend sind an allen drei Einrichtungen die vom BMBF geförderten Zentren für Innovationskompetenz (ZIK), die insbesondere jungen Forschenden einen Karriereschub anbieten. Ihr gemeinsamer Hintergrund ist die vorhandene fachliche Expertise. So sind beispielsweise spektroskopische Untersuchungen an astronomischen Körpern – z. B. Sternen – im Kern nicht verschieden von denjenigen an einem Partikel, der in einem biologischen System eingeschlossen ist.

Die am AIP sehr gut etablierte Raman-Spektroskopie kann beispielsweise Aufschluss zur chemischen Komposition von Körpern – oder Kunststoffpartikeln geben. An der Universität Greifswald wird an der Verbesserung der Terahertzspektroskopie geforscht, einer vielversprechenden Technologie zur Verbesserung der Sicherheit im Flugwesen oder Materialprüfung. Am INP existiert darüber hinaus eine hohe Expertise betreffs unterschiedlicher spektroskopischer Methoden zur Analyse von Oberflächen, u.a. unter Verwendung der hyperspektralen Bildgebung. Diese Methode fußt darauf, dass ein chemischer Stoff mit seiner charakteristischen Molekülstruktur mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge in Wechselwirkung tritt und einen markanten Teil davon absorbiert. Das verbleibende – diffus reflektierte – Licht wird mittels Computern analysiert. Es ermöglicht Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung des gemessenen Partikels, so dass letztlich die Kunststoffe in Zellen und Geweben sichtbar gemacht werden können.

Hier gibt es weiteren Forschungsbedarf, insbesondere in puncto der erreichbaren Auflösung. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Technologie zur Anfertigung histologischer Gewebeschnitte, die Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Kunststoffpartikeln ermöglicht. Dafür ist eine hohe Messgeschwindigkeit unentbehrlich.

LP: Wie wollen Sie herausfinden, welche Folgen Mikroplastik im Körper hat und welche Krankheiten es verursachen könnte?

Dr. Kristian Wende: Zunächst einmal werden wir systematisch die Wirkung von Plastikpartikeln in experimentellen Modellen im Labor analysieren. Dies schließt auch bisher weniger beleuchtete Aspekte der Toxikologie von Polymeren ein wie z. B. die Genotoxizität, Langzeitversuche, Entzündungsantworten, das Immunsystem sowie biomechanische Aspekte in Zellen. Mit all diesen Versuchen verfolgen wir das Ziel, Erkenntnisse über Störungen in zellulären Prozessen zu gewinnen, die die Auslöser für verschiedene Krankheiten sein können.

Gleichzeitig dienen mit Plastik gefütterte Zellen und Gewebe als Probenstandard für die Mikroskopie-Techniken, um diesen auf Plastik-Spektren zu optimieren. Die Vision des Projekts liegt in der Zukunft. Das heißt, es wird ein Mikroskop entwickelt, mit dem Plastiksignaturen in Ultradünn-Gewebeschnitten identifizierbar sind. Diese Schnitte werden standardmäßig bei der histopathologischen Untersuchung von gesundem und krankem Patientengewebe angefertigt. Sie befinden sich zu hunderttausenden in den Biobanken deutscher Universitätskliniken, wo sie auf ihren Plastikgehalt untersucht werden.

Es wäre retrospektiv damit möglich, den Plastikgehalt mit verschiedenen Krankheits­bildern wie Parkinson, Alzheimer, Leberzirrhose, Diabetes oder Krebs zu assoziieren. Korreliert der Plastikgehalt mit dem Auftreten der Krankheit, wäre zwar noch nicht der Beweis erbracht, dass die Plastik­partikel wirklich als Auslöser fungierten, aber es könnte ein Hinweis auf die Rolle der Plastikpartikel in der Krankheitsentstehung sein.

Herr Dr. Wende, vielen Dank für das Gespräch.

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