Tutkijat selvittivät nanokokoisen muovin liikkeitä kalvorakenteissa molekyylimallinnuksen menetelmin. Tulosten perusteella passiivinen kulkeutuminen solukalvon läpi voi olla joillekin mikromuoveille merkittävä kulkeutumismekanismi soluun.
Mikromuovien esiintymistä luonnossa on tutkittu paljon myös Itä-Suomen yliopistossa. Sen sijaan mikromuovien terveysvaikutuksista tiedetään vasta vähän, eikä niiden kulkeutumista ihmiselimistöön tunneta tarkkaan. Muoviin mahdollisesti liittyvät terveyshaitat voivat johtua muoviyhdisteestä itsestään tai sen kuljettamista ympäristömyrkyistä. Monien tunnettujen rasvaliukoisten ympäristömyrkkyjen ja raskasmetallien tiedetään voivan tarttua pienten muovihiukkasten pintaan. Tästä syystä on tärkeää selvittää mikromuovien kulkeutumismekanismeja ihmiseen. Kulkeutumisen selvittämiseen ei kuitenkaan ole vielä kehitetty riittävästi tutkimusmenetelmiä. Toinen keskeinen haaste mikromuovien tutkimuksessa on standardisoitujen menetelmien puute.
Itä-Suomen yliopiston farmasian laitoksen tutkijat selvittivät molekyylimallinnuksen avulla nanokokoisten mikromuovien käyttäytymistä ja kulkeutumista solukalvon kaltaisissa kaksoiskalvorakenteissa. Yksinkertaisissa simulaatioissa käytettiin hyvin yleisiä ja tunnettuja PET- ja PE-muovien eli polyeteenitereftalaatin ja polyeteenin osasia.
Jauhettujen PE- ja PET-muovien kalvonläpäisevyyttä tutkittiin myös niin sanotulla PAMPA (Parallel Artificial Membrane Permeability Assay) -menetelmällä. Menetelmää on yleensä käytetty lääkkeiden passiivisen imeytymisen tutkimiseen, mutta sillä ei ole aiemmin tutkittu mikromuoveja. PAMPA-menetelmällä voitiin tutkia kalvon läpäisseen aineen määrää. Keinotekoisen kalvon läpäisseen muovin määrää mitattiin NMR-spektroskopialla tietyin aikavälein.
Molemmissa kokeissa molekyylien liikkeitä ohjasivat vain pitoisuuserot kalvon eri puolilla ja satunnainen lämpöliike. Menetelmillä saatiin siis tietoa molekyylien passiivisesta kulkeutumisesta kalvojen läpi.
Tietokonesimulaatioissa havaittiin PE-hiukkasten hakeutuvan helposti lipidikalvon keskiosaan. PAMPA-kokeissa PE-muovi läpäisi kalvon osittain, mutta ajan myötä kalvonläpäisevyys hidastui merkittävästi, mikä johtui luultavasti muovin kertymisestä kalvoon. PET-hiukkaset puolestaan hakeutuivat simulaatioissa osittain kalvon pintaosiin, ja kokeellisesti ne läpäisivät kalvon melko hyvin. Kalvorakenteiden ominaisuuksiin yksittäiset muovit eivät tämän tutkimuksen mukaan vaikuttaneet merkittävästi.
Tutkimus antaa lähtökohtia kehittää tietokonesimulaatioita ja kokeellisia menetelmiä edelleen mikromuovitutkimuksen tarpeisiin. Merkittävästi lisää tietoa kaivataan vielä mikromuovin aktiivisesta kulkeutumisesta, kuten kuljetinproteiineihin sitoutumisesta tai solusyönnin mahdollisuudesta, ja toksisista vaikutuksista soluihin.
Tutkimusta rahoittivat Olvi-säätiö ja Itä-Suomen yliopiston tohtorikoulu. Tietokonesimulaatioissa käytettiin CSC - Tieteen tietotekniikan keskuksen suurteholaskentaresursseja.
Tutkimuksessa käytettiin kalvorakenteiden molekyylimallinnusta ja PAMPA-menetelmää mikromuovien kalvoläpäisevyyden tutkimiseen. Vasemmassa kuvassa PET-muovi on hakeutunut simulaatiossa kalvon pintaosiin. Oikeassa kuvassa olevassa PAMPA-menetelmässä tutkittiin muovin liikkumista kahden kammion väliin asetetun kalvon lävitse.
Lisätietoja:
Nuorempi tutkija Joni Järvenpää, Itä-Suomen yliopisto, farmasian laitos, joni.jarvenpaa (a) uef.fi, https://uefconnect.uef.fi/henkilo/joni.jarvenpaa/
Yliopistotutkija Maija Lahtela-Kakkonen, Itä-Suomen yliopisto, farmasian laitos, maija.lahtela-kakkonen (a) uef.fi, https://uefconnect.uef.fi/henkilo/maija.lahtela-kakkonen/
Artikkeli:
Järvenpää, J., Perkkiö, M., Laitinen, R., Lahtela-Kakkonen, M. PE and PET oligomers’ interplay with membrane bilayers. Sci Rep 12, 2234 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-06217-4
