Oberflächeneigenschaften von Mikroplastik Nicht gleich gefährlich – identische Modellpartikel wirken doch sehr verschieden

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Gleiche Größe, gleiche Form und gleiches Material. Mit standardisierten Modellpartikeln untersuchen Forscher weltweit, wie sich Mikroplastik auf Zellen auswirkt. Eine neue Studie der Uni Bayreuth zeigt nun aber, dass die Interaktion der scheinbar gleichen Partikel erheblich variiert, abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Kunststoffteilchen.

Viele Studien untersuchen mögliche Auswirkungen von Mikroplastik auf Zellen und Organismen. Das ist wichtig, schließlich sind die Partikel mittlerweile nahezu überall in der Umwelt nachweisbar. Für Grundlagenforschung nutzen Wissenschaftler meist kommerziell erhältliche Mikroplastik-Modellpartikel aus Polystyrol. Damit soll sichergestellt werden, dass verschiedene Arbeiten miteinander vergleichbar sind, weil sie die gleichen Partikel in den Experimenten verwenden. Doch neue Erkenntnisse eines Teams der Universität Bayreuth zeigen nun, dass scheinbar identische Mikroplastik-Modellpartikel verschiedener Hersteller tatsächlich stark verschiedene Eigenschaften aufweisen, und deshalb unterschiedlich mit Zellen interagieren.

Mit diesem Einblick liefern die Wissenschaftler einen Erklärungsansatz, weshalb Effektstudien in der Vergangenheit oft scheinbar widersprüchliche Ergebnisse lieferten. Die Ergebnisse der Arbeit verdeutlichen, wie wichtig es für zukünftige Studien ist, die verwendeten Modellpartikel gründlich zu charakterisieren.

Das Potenzial für abweichende Studienergebnisse

Ein wichtiger Parameter, den die Forschenden dabei identifiziert haben, ist das Zetapotenzial der Partikel, das mit der Ladung eines Partikels in einer Lösung zusammenhängt. Partikel mit einem größeren Zetapotenzialbetrag interagierten stärker mit den Zellen. Partikel, die stärker mit Zellen interagierten, wurden dann effizienter in die Zellen aufgenommen.

„Die Interaktionen von Mikroplastikpartikeln mit Zellen sind eine Grundlage für potenziell schädliche Auswirkungen auf Organismen“, betont Prof. Dr. Holger Kress, einer der Initiatoren der neuen Studie. Er fährt fort: „Diese Interaktionen können auch bestimmen, wie Mikroplastikpartikel biologische Barrieren überwinden, in Gewebe eindringen, und sich im Organismus verteilen könnten“.

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Forscher für Unterschiede scheinbar gleicher Partikel sensibilisieren

Die Ergebnisse dieser in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie bieten eine mögliche Erklärung für die scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse früherer Studien, die auf Polystyrol-Mikroplastikpartikeln beruhten. Indem sie die starken Unterschiede zwischen nominell identischen Polystyrolpartikeln verschiedener Hersteller hervorheben, zeigen die Forscher die Notwendigkeit für Effektstudien, die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Mikroplastikmodellpartikel gründlich zu charakterisieren.

Prof. Dr. Christian Laforsch, Sprecher des Sonderforschungsbereichs 1357 – „Mikroplastik“, betont: „Unsere Studie unterstreicht die Komplexität des Mikroplastikproblems und hebt hervor, dass die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mikroplastikpartikeln wichtig sind, um ihre Wechselwirkungen in der Umwelt zu verstehen“.

Mit ihrer Studie möchten die Forschenden das Bewusstsein für dieses Problem in der aktuellen Forschung schärfen. Erst, wenn die Vergleichbarkeit von Studien über die potenziell negativen Auswirkungen von Mikroplastik gewährleistet ist, wird eine zuverlässige Bewertung der mit Mikroplastikpartikeln verbundenen Risiken sowie die Entwicklung neuer umweltfreundlicher Kunststoffe möglich.

Originalpublikation: Wieland, S., Ramsperger, A.F.R.M., Gross, W. et al. Nominally identical microplastic models differ greatly in their particle-cell interactions, Nat Commun 15, 922 (2024), DOI: 10.1038/s41467-024-45281-4

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