L’imaging rivela come le microplastiche possono danneggiare il cervello

L’inquinamento da microplastiche – piccole particelle di plastica di dimensioni inferiori a 5 mm – rappresenta una minaccia continua per la salute umana. Studi indipendenti hanno trovato microplastiche nei tessuti umani e nel flusso sanguigno.

 

 

L’inquinamento da microplastiche – piccole particelle di plastica di dimensioni inferiori a 5 mm – rappresenta una minaccia continua per la salute umana.

Studi indipendenti hanno trovato microplastiche nei tessuti umani e nel flusso sanguigno.

E mentre il sangue circola in tutto il corpo e attraverso gli organi vitali, queste microplastiche raggiungono le regioni critiche e portano a disfunzioni e malattie dei tessuti. Le microplastiche possono anche causare irregolarità funzionali nel cervello, ma non è chiaro esattamente come esercitino effetti neurotossici.

Una collaborazione di ricerca condotta presso l’Accademia di ricerca cinese di scienze ambientali e l’Università di Pechino ha fatto luce su questo enigma.

In una serie di studi di imaging cerebrale riportati su Science Advances, i ricercatori hanno monitorato la progressione delle microplastiche fluorescenti attraverso il cervello dei topi.

Hanno scoperto che le microplastiche che entrano nel flusso sanguigno vengono inghiottite dalle cellule immunitarie, che quindi ostruiscono i vasi sanguigni nel cervello e causano anomalie neurocomportamentali.

“Comprendere la presenza e lo stato delle microplastiche nel sangue è fondamentale. Pertanto, è essenziale sviluppare metodi per rilevare le microplastiche all’interno del flusso sanguigno”, spiega il ricercatore principale Haipeng Huang dell’Università di Pechino.

“Ci siamo concentrati sul cervello per la sua importanza fondamentale: se le microplastiche inducono lesioni in questa regione, potrebbero avere un impatto profondo su tutto il corpo. La nostra tecnologia sperimentale ci consente di osservare i vasi sanguigni all’interno del cervello e rilevare le microplastiche presenti in questi vasi”.

Imaging in vivo

Huang e colleghi hanno sviluppato un sistema di imaging delle microplastiche integrando un sistema di microscopia a due fotoni con particelle di plastica fluorescenti e hanno dimostrato che potrebbe visualizzare i vasi sanguigni cerebrali nei topi svegli.

Hanno poi nutrito cinque topi con acqua contenente microplastiche fluorescenti di 5 μm di diametro.

Dopo un paio d’ore, le immagini a fluorescenza hanno rivelato microplastiche all’interno dei vasi cerebrali degli animali.

Mentre si muovono attraverso il sangue che scorre rapidamente, le microplastiche generano un segnale di fluorescenza simile a un fulmine, che i ricercatori chiamano “flash microplastico” (MP-flash).

Questo MP-flash è stato osservato in quattro dei topi, con l’intera traiettoria MP-flash catturata in un singolo fotogramma di imaging inferiore a 208 ms.

Tre ore dopo la somministrazione delle microplastiche, i ricercatori hanno osservato cellule fluorescenti nel flusso sanguigno.

I segnali provenienti da queste cellule erano di intensità paragonabile al segnale MP-flash, suggerendo che le cellule avevano inghiottito le microplastiche nel sangue per creare cellule marcate con microplastica (cellule MPL).

Il team nota che le microplastiche non si attaccano direttamente alla parete del vaso o attraversano il tessuto cerebrale.

Per testare ulteriormente questa idea, i ricercatori hanno iniettato microplastiche direttamente nel flusso sanguigno dei topi.

In pochi minuti, hanno visto il segnale MP-Flash nei vasi sanguigni del cervello e circa 6 minuti dopo sono apparse le cellule MPL. Non sono state osservate cellule fluorescenti nei topi non trattati.

La citometria a flusso del sangue di topo dopo l’iniezione di microplastiche ha rivelato che le cellule MPL, che avevano un diametro di circa 21 μm, erano cellule immunitarie, per lo più neutrofili e macrofagi.

Il monitoraggio di queste cellule MPL ha rivelato che a volte rimanevano intrappolate all’interno di un vaso sanguigno.

Alcune cellule sono uscite dal campo di imaging dopo un periodo di ostruzione, mentre altre sono rimaste nei vasi cerebrali per periodi prolungati, in alcuni casi per quasi 2,5 ore di imaging.

Il team ha anche scoperto che una settimana dopo l’iniezione, le cellule MPL non erano ancora state eliminate, sebbene la densità dei blocchi fosse molto ridotta.

“[Mentre] la maggior parte delle cellule MPL fluisce rapidamente con il flusso sanguigno, una piccola frazione rimane intrappolata all’interno dei vasi sanguigni”, dice Huang.

“Forniamo un esempio in cui una cellula MPL è intrappolata in una curva microvascolare e, dopo un po’ di tempo, è abbastanza fortunata da fuggire. Molte cellule ostruite sono meno fortunate, poiché il blocco può persistere per diverse settimane. Le celle ostruite possono anche innescare una reazione a catena simile a un incidente, con conseguente collisione di diverse celle MPL in un’unica posizione e ponendo rischi significativi”.

I blocchi delle cellule MPL hanno anche ostacolato il flusso sanguigno nel cervello del topo. Utilizzando l’imaging a contrasto laser speckle per monitorare il flusso sanguigno, i ricercatori hanno visto una ridotta perfusione nei vasi corticali cerebrali, in particolare a 30 minuti dopo l’iniezione di microplastiche e colpendo in particolare i vasi più piccoli.

Cambiamento del comportamento

Infine, Huang e colleghi hanno studiato se il ridotto afflusso di sangue al cervello causato da blocchi cellulari causasse cambiamenti comportamentali nei topi.

In un esperimento in campo aperto (utilizzato per valutare il comportamento esplorativo dei roditori) i topi a cui sono state iniettate microplastiche hanno viaggiato su distanze più brevi a velocità inferiori rispetto ai topi del gruppo di controllo.

Il test Y-maze per valutare la memoria ha anche mostrato che i topi trattati con microplastiche hanno percorso distanze totali inferiori rispetto agli animali di controllo, con una significativa riduzione della memoria spaziale.

I test per valutare la coordinazione motoria e la resistenza hanno rivelato che le microplastiche inibiscono ulteriormente le capacità motorie.

Entro il giorno 28 dopo l’iniezione, queste menomazioni comportamentali sono state ripristinate, in corrispondenza con il recupero osservato dell’ostruzione delle cellule MPL nel sistema vascolare cerebrale a 28 giorni.

I ricercatori concludono che il loro studio dimostra che le microplastiche danneggiano il cervello indirettamente, attraverso l’ostruzione cellulare e l’interruzione della circolazione sanguigna, piuttosto che penetrare direttamente nei tessuti.

Sottolineano, tuttavia, che questo meccanismo potrebbe non essere necessariamente applicabile agli esseri umani, che hanno un volume di sangue circolante circa 1200 volte maggiore rispetto ai topi e diametri vascolari significativamente diversi.

“In futuro, abbiamo in programma di collaborare con i medici”, afferma Huang.

“Miglioreremo le nostre tecniche di imaging per il rilevamento di microplastiche nei vasi sanguigni umani e indagheremo se l’incidente automobilistico con cellule MPL si verifica nell’uomo. Prevediamo che questa ricerca porterà a nuove entusiasmanti scoperte”.

Huang sottolinea come l’uso della tecnologia di imaging microplastico fluorescente abbia trasformato radicalmente la ricerca in questo campo negli ultimi cinque anni.

«In futuro, i progressi nell’imaging in tempo reale della profondità e la maggiore capacità di tracciamento delle particelle di microplastica in vivo potrebbero guidare ulteriormente l’innovazione in quest’area di studio», afferma.

Immagine: Haipeng Huang