Mikroplastik im menschlichen Atmungssystem

Einleitung: Umweltverschmutzung durch Plastik ist ein eskalierendes globales Problem. Mikroplastik, Produkte des Kunststoffabbaus, kommt in Gewässern, im Boden und in der Luft vor und kann vom Menschen durch Verschlucken und Einatmen aufgenommen werden (Joana Correia Prata et al., 2020). Über die Menge und Art von Mikroplastik in der menschlichen Lunge ist wenig bekannt. Nur sehr wenige Studien deuten auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Mikroplastik in der Lunge und Atemwegsfunktion und -erkrankungen hin (Qiqing Chen et al., 2022). Es wird angenommen, dass die Exposition gegenüber Mikroplastik die Atemfunktion beeinträchtigen, Entzündungen auslösen und somit zur Entstehung von Stoffwechselstörungen und Lungenkrebs beitragen kann. Allerdings befinden sich diese Studien noch in einem frühen Stadium und können noch keinen schlüssigen Zusammenhang zwischen der Ansammlung von Mikroplastik und den beobachteten Gesundheitsstörungen herstellen und auch nicht die Mechanismen identifizieren, die hinter diesem Zusammenhang stehen. Es wird angenommen, dass sich eingeatmetes Mikroplastik im Lungenparenchym ablagert und über die Lymph- und Blutgefäße zu Brustlymphknoten und entfernten Organen wandert. Solche Studien wurden bisher jedoch nicht durchgeführt.

Studienziele: Angesichts der begrenzten verfügbaren Daten und der beobachteten Zunahme von Atemwegserkrankungen in den letzten Jahren zielt die Studie darauf ab, die Menge und Art von Mikroplastik im Lungenparenchym und regionalen Lymphknoten von Patienten mit Lungenkrebs und anderen Atemwegserkrankungen zu bewerten. Das Erreichen dieses Ziels soll dazu beitragen, die Rolle von Mikroplastik bei der Pathogenese von Atemwegserkrankungen zu klären. Zu den weiteren Schritten gehört die Identifizierung der Mechanismen, durch die Mikroplastik das Zielgewebe beeinflusst.

Studienmodell: Die Studie wird an Proben von Lungenparenchym und Lymphknoten durchgeführt, die von Patienten entnommen wurden, die sich einer Operation wegen Lungenkrebs und anderen Lungenerkrankungen wie Emphysem und interstitiellen Lungenerkrankungen unterziehen. Mikroplastikpartikel werden mittels Infrarot-Mikrospektroskopie (μFTIR) nachgewiesen.

Materialsammlung: Lungenparenchym, Lymphknoten und Blutproben werden von Patienten entnommen, die sich nach Einholung einer Einverständniserklärung einer Operation wegen Lungenerkrankungen unterziehen. Während der Operation werden Blutproben unter Vakuumbedingungen entnommen und für die anschließende Mikroplastikanalyse im Kreislaufsystem aufbewahrt, sofern die aktuelle Hypothese positiv bestätigt wird. Die Gewebeentnahme erfolgt unter Bedingungen, die eine externe Kontamination verhindern und keinen Einfluss auf den Operationsverlauf, das Operationsrisiko oder das postoperative Management haben. Die gesammelten Gewebe werden in sterile Behälter gegeben und zur weiteren Analyse bei -80 °C eingefroren.

Mikroplastik-Analyse: Die Analyse folgt etablierten Protokollen [Jenner et al., 2022], die darauf abzielen, organische Partikel zu entfernen und gleichzeitig die Integrität des Mikroplastiks zu bewahren. Nach dem Auftauen werden die Proben mit einer 30 %igen H2O2-Lösung behandelt, inkubiert und mithilfe eines Glasvakuumfiltrationssystems durch Aluminiumoxidfilter filtriert.

Identifizierung von Mikroplastik: Die Identifizierung erfolgt mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarot-Mikrospektroskopie (FTIR).

Datenerfassung: Zu den Daten gehören Wohngeschichte, berufliche Exposition, Komorbiditäten, Atemfunktionsparameter, Rauchen (aktiv oder passiv), E-Zigaretten-Konsum, COVID-19-Infektionsgeschichte, Operationsdetails, postoperativer Zustand und histopathologische Untersuchungsergebnisse.

Sammlung und Lagerung von Blutproben: Gesammelte und gefrorene Blutproben werden für eine vergleichende Analyse des Mikroplastikgehalts im Blut aufbewahrt. Dies wird die Unterscheidung zwischen inhalierten und aufgenommenen Mikroplastikquellen im menschlichen Körper unterstützen.

Erwartete Ergebnisse: Die verfügbaren Literaturdaten deuten darauf hin, dass Mikroplastik in den Atemwegen nachgewiesen und ihre Typen identifiziert werden. Ziel der geplanten Studien ist es, diese Hypothese zu überprüfen und einen Zusammenhang zwischen der Menge und Art des Plastiks und dem Auftreten und der Schwere von Lungenerkrankungen herzustellen. Die Identifizierung einer solchen Korrelation kann dabei helfen, einen weiteren Risikofaktor für diese Erkrankungen zu ermitteln. Weitere Studien, einschließlich der Analyse des Mikroplastikgehalts im Blut, sind geplant, um die durch Mikroplastik induzierten Mechanismen zu erforschen und im Rahmen eines nachfolgenden Forschungsprojekts eine detailliertere Analyse ihrer Herkunft im Körper bereitzustellen.