Wien (OTS) – Während die Verschmutzung durch Mikroplastik
voranschreitet, bleibt
die Erforschung möglicher Auswirkungen auf die Gesundheit durch
technische Hürden erschwert: Bislang fehlen geeignete Methoden, um
die Teilchen im Körper präzise zu identifizieren, ohne Gewebe zu
zerstören. Im Rahmen zweier Forschungsprojekte hat nun ein
wissenschaftliches Team der MedUni Wien gemeinsam mit
Partnerinstitutionen eine neue Methode etabliert, die Mikroplastik im
Gewebe zerstörungsfrei und ortsaufgelöst lokalisiert – also so, dass
die exakte Lage der Partikel innerhalb der intakt gebliebenen
Gewebestruktur sichtbar wird. Die aktuell in den Fachjournalen
„Analytical Chemistry“ und „Scientific Reports“ publizierten
Studienergebnisse können die Forschung vorantreiben und zur Klärung
möglicher Zusammenhänge zwischen Mikroplastikbelastung und
chronischen Erkrankungen beitragen.
Die Studien wurden in Kooperation der RECENDT GmbH – Research
Center for Non-Destructive Testing in Linz durchgeführt, wo die OPTIR
genannte Methode bereits in anderem Zusammenhang eingesetzt wird.
OPTIR steht für Optical Photothermal Infrared Spectroscopy (optische
photothermale Infrarotspektroskopie) und wurde ursprünglich
entwickelt, um chemische Strukturen in komplexen Materialien mit
hoher Ortsauflösung sichtbar zu machen. Im Rahmen der aktuelle
publizierten Forschungsarbeiten hat das wissenschaftliche Team um
Lukas Kenner vom Klinischen Institut für Pathologie der MedUni Wien
zum ersten Mal gezeigt, dass und wie die Methode auf menschliche
Gewebeproben angewendet waren kann.
Infrarot-Fingerabdruck für präzise Identifikation
OPTIR nutzt die Reaktion verschiedener Materialien auf infrarotes
Laserlicht. Dieses Licht erhitzt die Proben lokal, wobei sich
Kunststoffe wie Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) oder
Polyethylenterephthalat (PET) aufgrund ihrer chemischen Struktur auf
eine für sie jeweils charakteristische Weise verhalten. Diese
spezifischen Signale werden über eine zweite Lichtquelle erfasst,
wodurch ein sogenannter Infrarot-Fingerabdruck entsteht, der eine
eindeutige chemische Identifikation erlaubt – ohne das Gewebe zu
beschädigen.
Das Besondere an dem nun entwickelten Untersuchungskonzept: Die
Methode wurde erstmals erfolgreich auf sogenannte FFPE-Proben (
formalin-fixiert und paraffineingebettet) angewendet – jene Gewebe,
wie sie routinemäßig in der klinischen Pathologie untersucht und
archiviert werden. Die Gewebestruktur bleibt dabei vollständig
erhalten, wodurch es möglich ist, die chemische Analyse direkt mit
anschließenden histologischen (mikroskopischen) oder genetischen
Beurteilungen zu verbinden. So lassen sich Mikroplastikpartikel nicht
nur nachweisen, sondern auch in Zusammenhang mit Gewebeveränderungen
untersuchen. „In der aktuell publizierten Studie konnten wir in
menschlichem Dickdarmgewebe verschiedene Mikroplastikpartikel
identifizieren, darunter PE, PS und PET. Diese befanden sich
auffällig häufig in Bereichen mit entzündlichen Veränderungen“,
berichtet Lukas Kenner. Ergänzende Experimente mit Mäusen und
dreidimensionalen Zellkulturen zeigten darüber hinaus, dass auch
extrem kleine Partikel mit einem Durchmesser von nur 250 Nanometern (
0,00025 Millimeter) zuverlässig erkannt werden können. PE, PS und PET
sind besonders weit verbreitete Kunststoffe, die in vielen
Alltagsgegenständen wie Frischhaltefolien, Plastiksäcken,
Trinkflaschen oder Lebensmittelverpackungen zu finden sind.
Meilenstein für medizinische Mikroplastikforschung
Mikroplastik – also Kunststoffpartikel kleiner als fünf Millimeter –
gelangt über Luft, Wasser oder Nahrungsmittel in den menschlichen
Körper. Seine Auswirkungen auf die Gesundheit sind Gegenstand
intensiver Forschung. Eine zentrale Herausforderung dabei ist
bislang, dass verfügbare Analyseverfahren entweder das Gewebe
zerstören oder keine Aussagen über den genauen Ort der Partikel
erlauben. „Die von uns etablierte Anwendung der OPTIR-Technologie
zeigt erstmals, dass beides möglich ist: präzise chemische
Identifikation und Erhalt der räumlichen Gewebeinformation – ein
Meilenstein für die medizinische Mikroplastikforschung“, so Lukas
Kenner.
Publikationen:
Analytical Chemistry
Detection of Unlabeled Polystyrene Micro- and Nanoplastics in
Mammalian Tissue by Optical Photothermal Infrared Spectroscopy.
Kristina Duswald, Verena Pichler, Verena Kopatz, Tanja Limberger,
Verena Karl, David Hennerbichler, Robert Zimmerleiter, Wolfgang
Wadsak, Mike Hettich, Elisabeth S. Gruber, Lukas Kenner, Markus
Brandstetter.
DOI: 10.1021/acs.analchem.4c05400
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c05400
Scientific Reports
Unveiling Hidden Threats: Introduction of a Routine Workflow for
Label-Free and Non-destructive Detection of Microplastics in Human
FFPE Tissue Sections.
Elisabeth S. Gruber, Verena Karl, Kristina Duswald, Mukund S.
Bhamidipalli, Michaela Schlederer, Tanja Limberger, Verena Kopatz,
Béla Teleky, Lukas Kenner, Markus Brandstetter
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2025.01.09.24319030v1.full
