Nanoplastik und Reifenabrieb: Unterschätzte Gefahr für die Augen

Eine Untersuchung eines chinesischen Forschungsteams hat ergeben, dass kleineste Kunststoffteilchen in Kombination mit dem Autoreifenantioxidans 6PPD zu schwereren Fehlbildungen der Augen führen und das Sehverhalten beeinträchtigen kann.

Mikro- und Nanokunststoffe sind mittlerweile in Gewässern allgegenwärtig. Größtenteils stammen sie aus dem Abbau von Kunststoffen und Reifenabriebpartikeln, die von Straßen freigesetzt werden. Reifenzusatzstoffe, die den Abbau von Gummi verhindern sollen, werden regelmäßig in Flüsse und Küstengewässer gespült. Dort kommen sie zusammen mit Plastikabfällen vor.

Von Reifen stammende Verbindungen können zu Entwicklungsstörungen führen

Frühere Studien haben gezeigt, dass Nanokunststoffe hydrophobe Chemikalien adsorbieren. Dadurch könnten sie deren biologische Wirkung verändern. Gleichzeitig werden von Reifen stammende Verbindungen mit Entwicklungsstörungen und neurologischer Toxizität bei Wasserorganismen in Verbindung gebracht.

Es ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie diese Schadstoffe während der frühen Entwicklung interagieren, insbesondere in empfindlichen Organen wie dem Auge. Angesichts dieser Herausforderungen hat das chinesische Forschungsteam untersucht, wie sich die kombinierte Exposition gegenüber Kunststoffen und Chemikalien auf die Entwicklung und Funktion des Sehvermögens auswirkt.

Nanokunststoffe in Kombination mit 6PPD verursachen Fehlbildungen der Augen

Die Wissenschaftler der Wenzhou Medical University, Wenzhou (China) und der Chinese Academy of Sciences Beijing (China) berichteten nun im Fachjournal „Environmental Science and Ecotechnology“, dass Nanokunststoffe die durch das Reifenantioxidans 6PPD (N-(1,3-dimethylbutyl)-N’-phenyl-p-phenylenediamine) verursachten Augenschäden erheblich verschlimmern.

Anhand von Zebrafischembryonen untersuchte das Team wie Polystyrol-Nanokunststoffe während der frühen Entwicklung mit 6PPD interagieren. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die kombinierte Exposition zu schwereren Augenfehlbildungen, beeinträchtigtem Sehverhalten und molekularen Störungen führt als die alleinige Exposition gegenüber der Chemikalie.

Die Forscher setzten Zebrafischembryonen einer umweltrelevanten Konzentration von Polystyrol-Nanokunststoffen, subletalen Konzentrationen von 6PPD oder einer Kombination aus beidem aus. Während 6PPD allein messbare Augenanomalien verursachte, verstärkte die gleichzeitige Exposition mit Nanokunststoffen diese Effekte dramatisch. Die Embryonen zeigten myopieähnliche Augenfehlbildungen, eine gestörte Netzhautstruktur und einen erhöhten Zelltod im Augengewebe. Verhaltenstests ergaben darüber hinaus eine beeinträchtigte Phototaxis, was auf einen funktionellen Sehverlust hindeutet.

Fortschrittliche Bildgebungstechniken zeigten, dass sich Nanokunststoffe bevorzugt im Auge anreichern und die interne Konzentration von 6PPD deutlich erhöhen. Dieser „Trojanische-Pferd-Effekt” ermöglichte es der Chemikalie, tiefer in empfindliches Sehgewebe einzudringen. Histologische Analysen bestätigten Schäden an Netzhaut, Linse und Augenblutgefäßen. Dual-Omics-Profiling deckte zudem eine weitreichende Störung von Genen und Proteinen auf, die an der Phototransduktion, der Augenmorphogenese und der Regulierung von oxidativem Stress beteiligt sind.

Ferroptose als Schlüsselmechanismus identifiziert

Des Weiteren identifizierte die Studie Ferroptose als zentralen Mechanismus, der der verstärkten Toxizität zugrunde liegt. Die gleichzeitige Exposition löste übermäßige reaktive Sauerstoffspezies, mitochondriale Schäden und den Zusammenbruch der antioxidativen Abwehrmechanismen aus. Das wiederum führte zu einer irreversiblen Sehbeeinträchtigung.

Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse den Wissenschaftler zufolge, dass Nanokunststoffe die Wechselwirkung von aus Reifen stammenden Chemikalien mit sich entwickelnden biologischen Systemen grundlegend verändern können.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Nanokunststoffe nicht nur passive Abfälle sind“, stellten die Forscher fest. „Sie transportieren aktiv giftige Chemikalien in sich entwickelnde Gewebe und erhöhen so die biologischen Schäden erheblich.“

Neue Standards für den Umweltschutz

Das Team betonte, dass das Auge aufgrund seiner direkten Exposition und seiner komplexen neuronalen Struktur besonders anfällig sei. Durch die Entdeckung der Ferroptose als Schlüsselmechanismus liefert die Studie neue Erkenntnisse darüber, wie kombinierte Schadstoffe die zellulären Abwehrmechanismen überwältigen. Laut den Autoren kann die Bewertung von Schadstoffen einzeln die tatsächlichen Risiken erheblich unterschätzen, insbesondere in Umgebungen, die von Straßenabflüssen und Plastikverschmutzung betroffen sind.

Diese Erkenntnisse könnten wichtige Auswirkungen auf die Umweltverträglichkeitsprüfung und den Schutz aquatischer Ökosysteme haben. Die Studie legt nahe, dass die derzeitigen regulatorischen Rahmenbedingungen, die Chemikalien und Kunststoffe oft getrennt bewerten, möglicherweise nicht die tatsächlichen Gefahren einer gemischten Verschmutzung erfassen. Indem sie Nanokunststoffe als aktive Verstärker der chemischen Toxizität hervorhebt, fordert die Forschung integrierte Ansätze für das Verschmutzungsmanagement.

Zukünftige Studien könnten untersuchen, ob ähnliche Wechselwirkungen andere Organe bedrohen oder die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Letztendlich ist das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen unerlässlich für die Entwicklung genauerer Umweltsicherheitsstandards in einer zunehmend mit Kunststoffen verschmutzten Welt.

(sas/BIERMANN)