Mikroplasty v akvarijních zebřičkách: Mikro-CT jako nedestruktivní způsob zobrazování mikroplastů v biologických vzorcích

Vzhledem k tomu, jak dlouho plasty přetrvávají v krajině a jejich širokému rozšíření, je dnes znečištění plasty považováno za celosvětovou krizi. Zatímco makroplasty s obavami sledujeme už dlouho, stále vážnější hrozbu pro ekosystémy představují mikroplasty – plastové fragmenty o velikosti 1 až 1000 µm, protože jejich šíření v potravním řetězci může být potenciálně nebezpečné pro lidské zdraví. Nově publikovaná studie Viktórie Parobkové z CEITEC VUT a spoluautorů představuje metodu mikro-CT jako způsob zobrazení mikroplastů v biologických vzorcích, aniž by došlo k jejich poškození. Studie měla ověřit možnosti využití této metody a demonstruje její výhody na vzorcích zebřiček (odb. dánio pruhované). Metoda se dá potenciálně aplikovat i na jiné biologické vzorky.

K detekci mikroplastů v biologických vzorcích, především k posouzení jejich vlivu na organismy, se tradičně používají úspěšné metody, jako je spektroskopie a pyrolýza. Tyto techniky však mají značná omezení, zejména pokud jde o přípravu vzorků. Často je nutné tkáň chemicky rozložit nebo nařezat pro histologii, což s sebou nese dva významné problémy – ztrácí se informace o prostorovém rozložení a zvyšuje se riziko kontaminace, kvůli čemuž lze dostávat falešně pozitivní nálezy.

Výzkumný tým Laboratoře rentgenové mikro a nano počítačové tomografie na CEITEC VUT využil pokročilé mikro-CT systémy, které tyto nevýhody nemají, neboť umožňují přímou analýzu biologických vzorků bez nutnosti destruktivní přípravy. Díky tomu jsou kritické prostorové informace zachovány, a výzkumníci tak jsou schopni identifikovat místa lokalizace a akumulace mikroplastů – faktory, které jsou klíčové pro pochopení potenciálních toxikologických účinků. Aplikace mikro-CT na biologické vzorky, v tomto případě na populární akvarijní rybičky zebřičky (dánia pruhovaná), je předmětem studie Advancing microplastic detection in zebrafish with micro-computed tomography: A novel approach to revealing microplastic distribution in organisms publikované v Journal of Hazardous Materials.

Proč je prostorové rozmístění mikroplastových částic důležité? Když pochopíme, kde se mikroplasty v tkáních hromadí, mohli bychom také získat zásadní informace o tom, jakou roli hrají při vzniku různých zdravotních problémů. Předchozí studie například ukázaly, že dlouhodobé vystavení mikroplastům může způsobovat významné poškození tenkého střeva ryb, což má vliv na jejich trávení, růst a schopnost reprodukce. Při studiu širšího vlivu mikroplastů v gastrointestinálním traktu nám tak mikro-CT dává nástroj, jak můžeme studovanou oblast zobrazit s vysokým rozlišením, aniž bychom tkáň zničili.

Při všech výhodách mikro-CT však existuje jedna nevýhoda, kterou bylo pro tým náročné překonat. Poněvadž mikro-CT spočívá v zobrazování rozdílů v hustotě a mikroplasty mají obvykle nízkou hustotu, bylo obtížné je při vizualizaci odlišit od okolních biologických tkání. Aby tým tento problém vyřešil, zvýšili kontrast mezi mikroplasty a tkání pomocí speciálních barvicích technik. Jako referenční částice pro studii zvolili mikroplasty z polyethylenu, protože jde o částici známého typu, velikosti a tvaru. Jodem obarvené vybrané polyetylenové mikročástice pak vykazovaly dostatečný kontrast vůči okolní tkáni, což je pro vizualizaci měkkých tkání v mikro-CT nezbytné.

Dalším klíčovým faktorem úspěšné detekce bylo prostorové rozlišení. Tým musel vyvážit potřebu vysokého rozlišení se snahou o komplexní zobrazení vzorku. Menší vzorky sice poskytují vyšší prostorové rozlišení, ale jejich menší velikost také znamená, že dostáváme informace pouze o omezené oblasti těla. „Abychom tyto dva přístupy vyvážili, vyvinuli jsme dvě strategie skenování: skenování celých ryb, které se zaměřuje na oblast břicha, a skenování extrahovaných střev, které nám díky zmenšenému objemu vzorku odkrývá jemnější detaily. Tento kompromis mezi velikostí vzorku a rozlišením je rozhodující při navrhování metodiky detekce mikroplastů na bázi mikro-CT,“ vysvětluje Viktória Parobková.

Studie měla ověřit možnosti využití mikro-CT a jako první tohoto druhu ukazuje, že je tato metoda k detekci mikroplastů v biologických vzorcích skutečně použitelná. „Vzhledem k tomu, že jsme pracovali s dobře definovanými polyetylenovými mikročásticemi, naše další kroky se zaměří na rozšíření techniky na různé typy mikroplastů, tvary a také hustoty – různé polymery vykazují odlišnou hustotu, což ovlivňuje, jak dobře je můžeme pomocí mikro-CT vizualizovat,“ říká Parobková. Systematickým zkoumáním těchto proměnných chce tým metodiku zdokonalit a posoudit možnosti širšího použití pro environmentální a toxikologické studie.

Metodika byla vyvinuta na zebřičkách, ale lze ji přizpůsobit i jiným biologickým modelům. Mikro-CT je proto slibným kandidátem pro biomedicínské aplikace, zejména pro monitorování akumulace mikroplastů v tkáních trávicího traktu. Hlavní nevýhodou je, že by mikroplasty pravděpodobně musely být v nanometrovém měřítku, aby prošly buněčnými bariérami a byly detekovatelné v systémovém oběhu, což je pro mikro-CT se současnou technologií značná výzva. S rozvojem rozlišení a zobrazovacích technik však mohou být budoucí systémy mikro-CT schopny detekovat i tyto nejmenší částice. Tato metodologie tak má potenciál být využita při studiích potenciálních zdravotních rizik vycházejících z vlivu mikroplastůu lidí.

Zdroj: CEITEC VUT

Témata

Související články:
V CEITEC VUT umí z keramiky vyrobit neprůstřelné sklo i náhradní kloub
Plasty v Antarktidě stárnou jinak. Unikátní výzkum zjišťuje proč
Vědci dokáží předpovědět, jak se bude embryo vyvíjet. Odhalí tak genetické vady
Metoda LIBS umí rychle odhalit změny složení materiálu. Odborníci z CEITEC VUT budou zkoumat její možné využití při diagnostice rakoviny
Vědci z CEITEC VUT chtějí nabídnout keramické pancíře pro pouštní i subarktické oblasti