Misvorming van hart, ogen en zenuwstelsel: nano-plastics verstoren groei
Nano-plastics verstoren de ontwikkeling. Meiru Wang, onderzoeker bij het Instituut Biologie Leiden, keek naar de extreme effecten die piepschuim nano-deeltjes kunnen hebben, met kippenembryo’s als model. Haar resultaten zijn alarmerend. Zeker omdat nano-plastics overal zijn. In de lucht, drijvend door onze zeeën en rivieren, in cosmetica en shampoo… onderzoekers kijken nu zelfs of we ze in menselijke medicijnen kunnen gebruiken.
‘We zien misvormingen in het zenuwstelsel, hart, ogen en andere delen van het gezicht,’ vertelt Wang. ‘We gebruiken daarvoor een hoge concentratie van piepschuim nano-deeltjes, die we normaal niet in een organisme zien. Maar het laat zien wat nano-plastics kunnen doen in extreme gevallen bij erg jonge embryo’s. En dat geeft ons richtlijnen van wat kan gebeuren in minder ernstige gevallen in de ontwikkelingsfase in het echt.’ De volledige resultaten zijn nu gepubliceerd in Environmental International.
Nano-plastics richten zich op stamcellen
De nano-deeltjes lijken de neural crest cellen als doelwit te hebben, zag Wang. Deze stamcellen vormen zich vroeg in de ontwikkeling van alle vertebraten. De neural crest cellen starten in wat uiteindelijk het beenmerg zal zijn, en verplaatsen zich door het ontwikkelende lichaam om een deel van het zenuwstelsel te gaan functioneren. Ook vormen ze op deze manier verschillende belangrijke organen, zoals slagaders, het hart en gezicht.
‘Wanneer je het achterliggende mechanisme snapt, valt de rest op zijn plek.’
Maar wanneer nano-deeltjes de neural crest cellen omringen, gaat het mis. Michael Richardson, begeleider van Wang, legt uit: ‘Wanneer je het achterliggende mechanisme snapt, valt de rest op zijn plek. Wij zien dat de plastics blijven plakken aan de neural crest cellen, waardoor de cellen afsterven. De stamcellen zijn normaal gesproken plakkerig, waardoor ze tijdens de ontwikkeling kleven aan de organen waar ze nodig zijn. Een goed metafoor is het maken van deeg. Als je bijvoorbeeld brood maakt, gebruik je bloem zodat het deeg niet meer blijft plakken. In dit geval is het echter zo dat dit juist de verplaatsing van de cellen tegenhoudt.’
Mechanismes vinden met 3D-reconstructies, X-rays en expertise
Het onderzoeksproject betrok meerdere onderzoekscentra, waaronder het CML. Hun nieuwe wetenschappelijke directeur, Martina Vijver, is Wangs co-begeleider. ‘Omdat de plastics zo klein zijn, is het met gebruikelijke technieken onmogelijk om ze te zien. Dat maakt het lastig om onderzoek te doen. We kunnen ze alleen zien wanneer we ze fluorescent labelen,’ legt Richardson uit. ‘Samenwerken is cruciaal, want duidelijke resultaten kun je alleen samen bereiken.’
De onderzoeker vervolgt: ‘Bij Naturalis Biodiversity Center in Leiden, konden Martin Rücklin en Bertie Joan van Heuven een 3D reconstructie van de embryo's maken, zodat we de misvormingen in kaart konden brengen. En met hoge resolutie X-rays in Zwitserland, konden we zien wat in het hart gebeurde. Ervaren onderzoekers van het LUMC kon ons vervolgens uitleggen wat we zagen.’
Een stap vooruit
Wang is erg blij met het onderzoek, ondanks de zorgwekkende resultaten. ‘In onderzoek begint alles met een vraagteken, waarbij je zelf de gaten kunt invullen. Ik heb veel geweldige supervisors en collega’s, die mij aanmoedigen en zelfverzekerder maken. Dit onderzoek is slechts één stap om de uiteindelijke effecten van nano-plastics op hun omgeving te bekijken. En zeker omdat onderzoekers nu kijken naar het gebruik in menselijke medicijnen, denk ik dat we moeten oppassen voordat we deze drastische effecten in mensen zullen zien.’
Lees de publicatie
Wang, M., Rücklin, M., Poelmann, R. E., de Mooij, C. L., Fokkema, M., Lamers, G. E., ... & Richardson, M. K. (2023). Nanoplastics causes extensive congenital malformations during embryonic development by passively targeting neural crest cells. Environment International, 107865. https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.107865