Itä-Suomen yliopistossa uraauurtavaa mikromuovitutkimusta - Nanokokoiset muovin osat saattavat kulkeutua solukalvon läpi
Farmasiataustaisen tutkijaryhmän tutkimuksissa saatiin tietoa muovimolekyylien passiivisesta kulkeutumisesta ihmisen solukalvoja kuvastavien lipidikalvojen läpi.
Kuva tietokoneella tehdystä molekyylimallinnuksesta. Kuvassa tuloksia kokeesta, jossa PET-muovin perusrakenneyksiköt hakeutuivat kalvorakenteen pintaosaan.
Mikromuovien esiintymistä luonnossa on tutkittu paljon. Niiden tiedetään olevan haitallisia kaloille ja muille mereneläville. Sen sijaan mikromuovien terveysvaikutuksia ihmisiin on tutkittu hyvin vähän.
Muovien mahdolliset terveyshaitat voivat johtua muovista itsestään tai sen kuljettamista ympäristömyrkyistä. Rasvaliukoisten ympäristömyrkkyjen ja raskasmetallien tiedetään voivan tarttua pienten muovihiukkasten pintaan. Mikromuovien ihmisen elimistöön kulkeutumisen selvittämiseksi ei aiemmin ole ollut sopivia tutkimusmenetelmiä.
Perinteisesti muovien vaikutuksia luonnossa on tutkinut ympäristötieteilijät. Farmasiataustainen tutkijaryhmä Itä-Suomen yliopistosta uudisti mikromuovien vaikutusten tutkimusta lääkeaineiden tutkimiseen käytettävien menetelmien avulla. Lääkeaineet ovat elimistölle vieraita aineita kuten mikromuovitkin.
”Olen proviisori, siksi menetelmät ovat minulle tuttuja ja normaaleja”, kertoo nuorempi tutkija Joni Järvenpää.
Tutkimuksissa käytettiin tavanomaisia muovilaatuja
Tutkijat selvittivät molekyylimallinnuksen avulla, miten mikromuovien atomit käyttäytyvät ihmisen yksinkertaistetun kalvomallin kanssa, joka muistuttaa ihmisen solukalvoa.
Tutkimuksessa käytetyssä molekyylidynamiikka-menetelmässä hyödynnettiin Kajaanissa sijaitsevan CSC- Tieteen tietotekniikan keskuksen supertietokone Puhdin laskentatehoa, sillä tarvittava laskentateho oli paljon suurempi mitä tavanomaisilla pöytäkoneilla pystyttäisiin laskemaan.
Tietokonesimulaatiossa supertietokone laski kuinka jopa kymmenet tuhannet molekyylit liikkuivat simulaation aikana ja vuorovaikuttivat toistensa kanssa. Molekyylien liikkeiden tarkastelu simulaation eri aikoina kertoi muovinosasten liikkeistä kalvoissa ja niiden vaikutuksista kalvojen rakenteisiin atomitasolla. Yksinkertaisissa simulaatioissa käytettiin hyvin yleisien ja tunnettujen PET- ja PE-muovien, eli polyeteenitereftalaatin ja polyeteenin perusosia.
Lisäksi tutkittiin myös jauhettujen PE- ja PET-muovien kalvonläpäisevyyttä niin sanotulla PAMPA-menetelmällä (Parallel Artificial Membrane Permeability Assay). Menetelmää on yleensä käytetty lääkkeiden passiivisen imeytymisen tutkimiseen. Nyt sillä tutkittiin kalvon läpäisseen muoviaineen määrää.
Kuvassa PAMPA-laite. Vasemmanpuoleiseen kammioon on juuri lisätty hienoa muovijauhetta ja oikeanpuoleisesta kammiosta tehdään näytteenotot. Kammioiden väliin on asetettu hyvin ohut kalvorakenne. Kammioiden pohjalla näkyvät magneettisekoittajat ja kammioiden ulkokehällä on lämminvesikierto letkujen kautta. © Joni Järvenpää
PAMPA-menetelmässä käytetään laitetta, jossa on kaksi kammiota, joiden välissä on lipidikalvo. Toiseen kammioon laitettiin mikromuovia. Keinotekoisen solukalvon läpäisseen muovin määrää mitattiin NMR-spektroskopialla. Se on ihmisten magneettikuvauslaitetta muistuttava laite, joka kuvaa atominytimien energiatilojen muutoksia hyvin voimakkaassa magneettikentässä.
”Muovit saatiin menemään kalvon sisälle yllättävän helposti”
Tietokonesimulaatioissa havaittiin PE-hiukkasten hakeutuvan helposti lipidikalvon keskiosaan. PET-hiukkaset puolestaan hakeutuivat vain osittain kalvon pintaosiin.
PAMPA-kokeissa PE-muovi läpäisi kalvon osittain. PET-muovi sen sijaan läpäisi lipidikalvorakenteen melko hyvin.
”Muovit saatiin menemään kalvon sisälle yllättävän helposti”, Joni Järvenpää toteaa.
Kalvorakenteiden ominaisuuksiin yksittäiset muovit eivät juurikaan vaikuttaneet.
”Ihmisten ei tarvitse silti pelätä. Tutkimuksemme antaa osviittaa, että ehkä on mahdollista, että mikromuovit kulkeutuvat elimistöön solukalvojen läpi. Yksittäinen tutkimus ei silti ole vielä varma todiste, vaan lisätutkimuksia tarvitaan merkittävästi lisää.”
Tutkimuksen tärkein tulos on Joni Järvenpään mukaan se, että uraauurtavalla tutkimuksella saatiin lähtökohta jatkotutkimuksille.
”Mikromuovitutkimuksen yleinen ongelma on se, että tutkimusmenetelmiä mikromuoveille ei ole kehitetty tai harmonisoitu. Kun jokainen tutkimusryhmä käyttää menetelmiä eri tavoin, on tulosten vertailu hankalaa. Uusia menetelmiä mikromuovien tutkimiseen tarvitaan lisää, jotta niiden terveysvaikutuksia voidaan tutkia paremmin.”
Seuraavaksi Järvenpään tutkimusryhmä tutkii miten suurempi määrä muovia vaikuttaa tuloksiin. Pidemmällä tulevaisuudessa odottavat tutkimukset, joissa mukaan otetaan ihmisen elimistön proteiineja.
”Nyt olemme tutkineet passiivista systeemiä. Tulevaisuudessa tutkimme mahdollisuutta sille, että jokin proteiini, esimerkiksi aminohappoja kuljettava proteiini, kuljettaisi mikromuovia ihmisen solun sisälle, ikään kuin vahingossa.”