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:
Ženy ve vědě: Jak překonat překážky a uspět ve vědeckém světě?
Grafen - mladý a nedočkavý favorit
Na CEITEC VUT zkoumají střelná zranění. Nová metoda pomůže určit čas jejich vzniku
Ve vývoji nanobotů patříme mezi pět předních zemí světa. Za jejich výzkumem stojí Martin Pumera
Unikátní robotický skener otevírá nové možnosti využití termovize v medicíně. Uplatnění ale najde i v dalších odvětvích