Nanoplasty se dnes přirozeně vyskytují prakticky všude – ve vzduchu, v prachu i v potravinách – nelze se jim zcela vyhnout. Vznikají především rozpadem větších plastových předmětů a jejich dalším opotřebením ve venkovním prostředí i v interiérech. Ultrajemné polystyrenové nanoplasty se mohou zabudovávat do ochranné vrstvy plic, měnit její strukturu a oslabovat ochrannou funkci. Zjistili to badatelé z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR ve spolupráci s kolegy z Polska a Slovinska.
Na rozdíl od větších mikroplastů se tyto jemné nanočástice mohou dlouho udržet ve vzduchu, a právě proto se snadno dostávají do dýchacích cest a z nich až do plic. Výzkumná skupina Lukáše Cwiklika z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR nyní odhalila, jak mohou polystyrenové nanoplasty ovlivňovat plicní surfaktant – jemnou lipidovo-proteinovou vrstvu, která vystýlá plicní sklípky a je nezbytná pro správnou funkci plic. Studii vydal časopis Journal of Hazardous Materials.
Výzkum spojil počítačové simulace a laboratorní experimenty
Výzkumný tým zkoumal interakce nanoplastů se dvěma klíčovými strukturami plicního surfaktantu: s monovrstvou na rozhraní vzduchu a kapaliny v plicních sklípcích a s dvojvrstvami, které tvoří zásobní rezervoáry surfaktantu pod povrchem. Kombinoval přitom atomistické molekulárně dynamické simulace s experimentálními metodami, jako bylo měření povrchového tlaku, fluorescenční spektroskopie a Brewsterova úhlová mikroskopie, aby mohl porovnat dění na molekulární úrovni s chováním reálných modelových systémů.
Nanoplasty mění strukturu surfaktantu a mohou pronikat hlouběji do plic
Výsledky prokázaly, že ultrajemné polystyrenové částice nezůstávají jen na povrchu.
„Naše studie ukazuje, že nanoplasty se na plicním surfaktantu nejen zachytí, ale mohou se do něj také zabudovat a spolu s jeho přirozenou recyklací postupovat dál do hlubších struktur plic. Právě tento mechanismus považujeme za zvlášť důležitý, protože naznačuje, že jejich působení se nemusí omezit jen na samotný povrch plic,“ říká Lukasz Cwiklik.
Konkrétně výzkum doložil, že nanoplasty navíc zvyšují uspořádanost lipidů a snižují tekutost ochranné vrstvy plic. Zároveň mění místní složení surfaktantu a mohou se nejprve hromadit v povrchové monovrstvě plicního sklípku a následně pronikat i do hlubších dvojvrstevných struktur, které se podílejí na jeho recyklaci. To naznačuje cestu, jak se nanoplasty mohou dostávat hlouběji do plicní tkáně a narušovat jednu z nejcitlivějších ochranných bariér v dýchacím systému.
Podle autorů a autorek je potřeba v navazujícím výzkumu zjistit, jaké důsledky může mít dlouhodobé vdechování ultrajemných plastových částic pro lidské zdraví.
„Právě skutečnost, že nanoplasty jsou běžnou součástí vzduchu, který dýcháme, dělá z tohoto tématu vážnou otázku pro veřejné zdraví. Pokud ovlivňují fungování plicního surfaktantu, je na místě brát jejich možné dopady na lidské zdraví velmi vážně,“ říká Katarina Vazdar z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.
Foto: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR
Zdroj: Akademie věd ČR
Interactions of ultra-fine polystyrene nanoparticles with lung surfactant monolayers and bilayers: A combined molecular dynamics and experimental study
Airborne nanoplastics represent an emerging threat to respiratory health, yet their interactions with lung surfactant remain poorly characterized. Here, we combine atomistic molecular dynamics simulations and experiments to investigate the effects of ultra-fine polystyrene (PS) nanoparticles on lung surfactant monolayers and bilayers, the structures that together reflect the complex architecture of real lung surfactant. Simulations showed that polystyrene nanoparticles embedded in the hydrophobic core of the surfactant, increase lipid chain order and disrupt its fluidity, with effects dependent on the polymer length. In particular, lipid sorting occurs near polystyrene, including cholesterol exclusion and POPG (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylglycerol) enrichment. Experimental measurements, including surface pressure, fluorescence spectroscopy, and Brewster angle microscopy, confirmed the PS-induced structural changes. The results indicate that polystyrene nanoparticles may initially accumulate in the alveolar monolayer and subsequently migrate into the underlying bilayer reservoirs, promoting deeper tissue penetration. These findings highlight the potential of nanoplastics to impair surfactant function and affect lung health.
Blog & Podcast by Pepik Hipik & Knižní kočka 