DOI: https://doi.org/10.1186/s43591-024-00090-w
تاريخ النشر: 2024-06-24
المؤلف: Martin Brits وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة الفجوة الحرجة في البيانات المتعلقة بتعرض الإنسان للميكرو والبلاستيك النانوي (MNPs) من خلال تقديم طريقة موثوقة للتحليل الكمي لستة بوليمرات بلاستيكية شائعة—البولي إيثيلين (PE)، والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والبولي (كلوريد الفينيل) (PVC)، والبولي (ميثيل ميثاكريلات) (PMMA)، والبولي بروبيلين (PP)، والبولي ستيرين (PS)—في عينات دم كاملة من البشر. قام المؤلفون بتحسين ظروف التحليل الحراري-الكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة (Py-GC-MS) لتعزيز الحساسية والانتقائية، وتنفيذ بروتوكولات صارمة لضمان الجودة والتحكم في الجودة لضمان موثوقية البيانات. أظهرت تجارب الاسترداد دقة عالية، مع قيم تتراوح من 68% إلى 109% لعينات التحكم في الجودة.
أظهر تحليل 68 عينة دم وجود بوليمرات بلاستيكية في 64 عينة، حيث كان البولي إيثيلين هو الأكثر انتشارًا، يليه PVC وPET وPMMA. ومن الجدير بالذكر أن 17 عينة أظهرت تركيزات بوليمر تتجاوز حد الكمية القابلة للقياس، بمتوسط تركيز قدره 1070 نانوغرام/مل، ونطاق من 170 إلى 2490 نانوغرام/مل. كان متوسط التركيز العام للبوليمرات عبر جميع العينات 268 نانوغرام/مل. تسلط هذه النتائج الضوء على الحاجة الملحة لمزيد من البحث لتحديد كميات MNPs بشكل شامل في مصفوفات بشرية ولتفهم أفضل للتداعيات الصحية المحتملة المرتبطة بوجودها في جسم الإنسان.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على القلق المتزايد بشأن الميكرو والبلاستيك النانوي (MNPs) بسبب حجمها الصغير، وانتشارها الواسع، وسميتها المحتملة، وآثارها الصحية الضارة. تُعرف MNPs بأنها جزيئات بلاستيكية صلبة غير قابلة للذوبان في الماء، وتشمل الميكرو بلاستيك (1 ميكرومتر إلى 5000 ميكرومتر) والنانوبلاستيك (أقل من 1 ميكرومتر). يمكن أن تنشأ من تحلل المنتجات البلاستيكية الأكبر أو يتم تصنيعها عمدًا للاستخدام التجاري. على الرغم من أن تأثيرات الصحة الناتجة عن التعرض لـ MNP لا تزال غير مفهومة جيدًا، تشير الدراسات الحالية إلى أنها قد تحفز الالتهاب، وتضر بالخلايا، وتسبب السمية الجينية في خلايا الإنسان، بالإضافة إلى الإجهاد التأكسدي والتغيرات الأيضية في نماذج حيوانية. ومن الجدير بالذكر أنه تم اكتشاف MNPs في عينات بيولوجية بشرية متنوعة، بما في ذلك الدم والمشيمة، مما يثير القلق بشأن قدرتها على عبور الحواجز البيولوجية وتأثيرها على صحة الإنسان.
تؤكد الورقة على التحديات في قياس MNPs في العينات البشرية، بما في ذلك تعقيدات استخراج الجزيئات الصغيرة من المصفوفات البيولوجية وتحديد خصائصها بدقة. تم استخدام تقنيات تحليلية متنوعة، مثل مطيافية رامان والكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة (Py-GC-MS)، لتحليل MNPs، حيث كانت Py-GC-MS فعالة بشكل خاص لقدرتها على تحليل البلاستيك إلى مركبات متطايرة قابلة للتعريف. يقترح المؤلفون طريقة موثوقة لاستخراج وتحليل كمي لستة بوليمرات ذات حجم إنتاج مرتفع في عينات دم كاملة من البشر، مما يعزز المنهجيات السابقة من خلال دمج تدابير صارمة لضمان الجودة والتحكم. تهدف هذه الدراسة إلى تقديم تقييم شامل لتركيزات MNP في دم الإنسان، مما يساهم في فهم المخاطر الصحية المحتملة المرتبطة بها.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم ظروف التجربة، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من صحة النتائج. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس حاسم لفهم نهج البحث وموثوقية النتائج التي تم الحصول عليها.
نتائج
تقدم الدراسة نتائج مهمة بشأن وجود الميكرو والبلاستيك النانوي (MNPs) في دم الإنسان، موسعةً على الأبحاث السابقة بحجم عينة أكبر من 68 مشاركًا. ومن الجدير بالذكر أن 64 من أصل 68 عينة دم تحتوي على مستويات قابلة للكشف من بوليمرات متنوعة، حيث كان البولي إيثيلين (PE) هو الأكثر انتشارًا، وتم الكشف عنه في 91% من العينات. تم أيضًا تحديد بوليمرات أخرى، مثل بولي كلوريد الفينيل (PVC) وبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، على الرغم من تكرار الكشف المنخفض (35% و25% على التوالي). تراوحت تركيزات هذه البوليمرات، حيث تراوحت تركيزات PE من 671 إلى 1867 نانوغرام/مل في 13 عينة، بينما تم الكشف عن PET وPVC في عينات أقل مع تركيزات أقل.
استخدمت الدراسة منهجيات صارمة، بما في ذلك مركبات قياس متميزة لكل بوليمر وتدابير صارمة للتحكم في الجودة، لتعزيز دقة البيانات. أظهر تحليل حجم الترشيح أن معظم كتلة البوليمر كانت مركزة في الجزء > 0.7 ميكرومتر، مما يتعارض مع الفرضية القائلة بأن الجزيئات الأصغر ستسيطر. على الرغم من أن وجود الجسيمات النانوية (NPs) لم يتم إثباته بشكل قاطع، تشير النتائج إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تركز على تقنيات الكشف الأكثر حساسية لاستكشاف خصائص أجزاء الحجم الأصغر. بشكل عام، تسهم هذه الأبحاث في تقديم رؤى قيمة حول انتشار وتركيز البوليمرات البلاستيكية في دم الإنسان، مما يبرز الحاجة إلى استمرار التحقيق في هذا المجال الناشئ.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تطوير طريقة موثوقة لاستخراج وتحليل كمي لستة بوليمرات ذات حجم إنتاج مرتفع (PP، PS، PVC، PMMA، PET، وPE) في عينات دم كاملة من البشر، مع التأكيد على تدابير صارمة للتحكم في الجودة لضمان موثوقية البيانات. تضمنت المنهجية تنظيف الزجاجيات ومواد الترشيح مسبقًا، تلاها عملية تحضير عينات مفصلة تضمنت استخدام محلول TRIS وإنزيم بروتيناز K للهضم. ثم خضعت العينات لتحليل الكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة (Py-GC-MS)، مع ظروف محسنة لمعدلات تدفق الغاز الحامل ودرجات حرارة التحلل لتعزيز الحساسية والانتقائية.
أشارت النتائج إلى وجود بوليمرات بلاستيكية في 64 من أصل 68 عينة دم، حيث كان البولي إيثيلين (PE) هو البوليمر الأكثر تكرارًا، يليه PVC وPET وPMMA. وُجد أن متوسط تركيز البوليمرات المقاسة في الدم كان 1070 نانوغرام/مل، مع نطاق من 170 إلى 2490 نانوغرام/مل. أظهرت الطريقة دقة جيدة وموثوقية، مع استرداد يتراوح من 68% إلى 109%. بينما يثير الكشف عن هذه البوليمرات مخاوف كبيرة بشأن الآثار الصحية المحتملة، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم التأثير الكامل للميكرو والنانوبلاستيك في الأنظمة البيولوجية البشرية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s43591-024-00090-w
Publication Date: 2024-06-24
Author(s): Martin Brits et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This study addresses the critical gap in data regarding human exposure to micro and nanoplastics (MNPs) by presenting a validated method for the quantitative analysis of six prevalent plastic polymers—polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), poly(vinyl chloride) (PVC), poly(methyl methacrylate) (PMMA), polypropylene (PP), and polystyrene (PS)—in human whole blood samples. The authors optimized pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS) conditions to enhance sensitivity and selectivity, implementing rigorous quality assurance and quality control protocols to ensure data reliability. Recovery experiments indicated high accuracy, with values ranging from 68% to 109% for quality control samples.
Analysis of 68 blood samples revealed plastic polymers in 64 samples, with PE being the most prevalent, followed by PVC, PET, and PMMA. Notably, 17 samples exhibited polymer concentrations exceeding the limit of quantitation, with a mean concentration of 1070 ng/mL, and a range from 170 to 2490 ng/mL. The overall mean concentration of polymers across all samples was 268 ng/mL. These findings highlight the urgent need for further research to comprehensively quantify MNPs in human matrices and to better understand the potential health implications associated with their presence in the human body.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the growing concern surrounding environmental micro and nanoplastics (MNPs) due to their small size, widespread presence, potential toxicity, and adverse health effects. MNPs, defined as solid plastic particles insoluble in water, include microplastics (1 μm to 5000 μm) and nanoplastics (less than 1 μm). They can originate from the degradation of larger plastic products or be intentionally synthesized for commercial use. Although the health impacts of MNP exposure remain poorly understood, existing studies suggest they may induce inflammation, cellular impairment, and genotoxicity in human cells, as well as oxidative stress and metabolic alterations in animal models. Notably, MNPs have been detected in various human biological samples, including blood and placenta, raising concerns about their potential to cross biological barriers and affect human health.
The paper emphasizes the challenges in quantifying MNPs in human samples, including the complexities of extracting small particles from biological matrices and accurately identifying their characteristics. Various analytical techniques, such as Raman spectroscopy and pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC-MS), have been employed to analyze MNPs, with Py-GC-MS being particularly effective for its ability to decompose plastics into identifiable volatile compounds. The authors propose a validated method for the extraction and quantitative analysis of six high-production volume polymers in human whole blood samples, enhancing previous methodologies by incorporating rigorous quality assurance and control measures. This study aims to provide a comprehensive assessment of MNP concentrations in human blood, contributing to the understanding of their potential health risks.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols for data collection, including any statistical analyses applied to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the findings. Overall, this section serves as a critical foundation for understanding the research approach and the reliability of the results obtained.
Results
The study presents significant findings regarding the presence of micro- and nanoplastics (MNPs) in human blood, expanding on previous research with a larger sample size of 68 participants. Notably, 64 out of 68 blood samples contained detectable levels of various polymers, with polyethylene (PE) being the most prevalent, detected in 91% of samples. Other polymers, such as polyvinyl chloride (PVC) and polyethylene terephthalate (PET), were also identified, albeit with lower detection frequencies (35% and 25%, respectively). The concentrations of these polymers varied, with PE concentrations ranging from 671 to 1867 ng/mL in 13 samples, while PET and PVC were detected in fewer samples with lower concentrations.
The study employed rigorous methodologies, including distinct quantitation compounds for each polymer and stringent quality control measures, to enhance data accuracy. The filtration size analysis revealed that most polymer mass was concentrated in the > 0.7 μm fraction, contradicting the hypothesis that smaller particles would dominate. Although the presence of nanoparticles (NPs) was not definitively established, the findings suggest that future research should focus on more sensitive detection techniques to explore the characteristics of smaller size fractions. Overall, this research contributes valuable insights into the prevalence and concentration of plastic polymers in human blood, highlighting the need for continued investigation in this emerging field.
Discussion
In this study, a validated method for the extraction and quantitative analysis of six high-production volume polymers (PP, PS, PVC, PMMA, PET, and PE) in human whole blood samples was developed, emphasizing stringent quality control measures to ensure data reliability. The methodology involved pre-cleaning of glassware and filtration materials, followed by a detailed sample preparation process that included the use of TRIS buffer and Proteinase K for digestion. The samples were then subjected to Pyrolysis Gas Chromatography-Mass Spectrometry (Py-GC-MS) analysis, with optimized conditions for carrier gas flow rates and pyrolysis temperatures to enhance sensitivity and selectivity.
Results indicated the presence of plastic polymers in 64 out of 68 blood samples, with polyethylene (PE) being the most frequently detected polymer, followed by PVC, PET, and PMMA. The mean concentration of quantified polymers in blood was found to be 1070 ng/mL, with a range of 170 to 2490 ng/mL. The method demonstrated good accuracy and precision, with recoveries ranging from 68% to 109%. While the detection of these polymers raises significant concerns regarding potential health implications, further research is necessary to fully understand the impact of micro and nanoplastics in human biological systems.