Begin 2019 verdeelde ZonMw 1,8 miljoen euro over 15 pilotprojecten gericht op het inventariseren van de gezondheidseffecten van microplastic en nanoplastic vezels. Dit is het eerste grootschalige initiatief op dit gebied in de wereld. Tijdens de Plastic Health Summit op 3 oktober in Amsterdam werden de eerste voorlopige resultaten gepresenteerd. Eén van de projecten, over de impact van deze vezels op onze longen, wordt geleid door de Groningse hoogleraar farmaceutische immunologie prof. dr. Barbro Melgert.

Dit artikel is een interview met prof. dr. Barbro Melgert en is afkomstig uit MedNet Longziekten nr 1-2020. www.mednet.nl.

“Dit onderzoek staat nog in de kinderschoenen, maar het belang van de indoor luchtkwaliteit voor de volksgezondheid wordt steeds evidenter.” Haar advies: goede ventilatie, kleding zonder kunststoffen en regelmatig stofzuigen en HEPA-filters vervangen.

Melgert studeerde in 1994 af als apotheker en is sindsdien als onderzoeker verbonden aan de Rijksuniversiteit Groningen. Momenteel kijkt zij bij de afdeling Molecular Pharmacology naar veranderingen in het aangeboren immuunsysteem bij longziekten, met name door luchtverontreiniging, binnen en buiten. “In Nederland ontstaat COPD meestal bij rokers, maar wereldwijd lopen miljoenen mensen het op vanwege luchtverontreiniging. Energiebesparende huisisolatie leidt tot verminderde ventilatie, en dus verslechtering van het binnenmilieu. Microplastics zijn daar een niet te verwaarlozen component van – in vrijwel alles wat we in huis hebben en wat we als kleding dragen zijn kunststoffen verwerkt.

Uit rapporten van de Environmental Protection Agency is gebleken dat een gemiddeld Amerikaans huishouden jaarlijks zo’n 20 kg stof produceert. Hoe zich dat verhoudt tot de Nederlandse situatie weet ik niet, maar ga er maar vanuit dat het ook hier substantieel is. Ongeveer een derde van dat stof bestaat uit plastic vezels, voornamelijk van kleding, vloerbedekking en gordijnen. Het gros van die stofdeeltjes is niet met het blote oog zichtbaar. Een cruciale vraag is wat we daarvan inademen. Blijft het meeste hangen in de neusholtes? We weten inmiddels dat deeltjes met een diameter tussen 2 en 5 micrometer diep in de longen terecht kunnen komen. Deeltjes groter dan 10 micrometer blijven doorgaans hangen in de bovenste luchtwegen. Aangezien longweefsel microplastics niet kan afbreken, is het denkbaar dat ze zouden kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van longziekten.”

Lastige analyses

Melgert ziet een aantal grote uitdagingen. Hoe toon je microplastic aan in het milieu en bepaal je de samenstelling ervan? En hoe detecteer je dergelijke stoffen in het lichaam? “Er zijn duizenden soorten kunststoffen en plastics, in eindeloos veel combinaties, en we beschikken eigenlijk nog nauwelijks over adequate analysemethoden. In ons eigen onderzoek concentreren we ons op ongekleurd nylon en polyester, maar fabrikanten zijn bepaald niet scheutig met informatie over de precieze samenstelling. Er worden stoffen aan toegevoegd om de vezels soepel te houden, zoals de beruchte ftalaten, bekend vanwege hormoonverstorende effecten. Ook worden bijvoorbeeld uv-stabilisatoren gebruikt om degradatie door uv-licht te voorkomen. Naast verfstoffen en pigmenten kunnen de vezels ook de brandvertragende polybroomdifenylethers bevatten. Een probleem voor de analyses is ook dat de stoffen die in het verleden werden geproduceerd en in het milieu terechtkwamen nauwelijks vergelijkbaar zijn met de huidige. Wij werken samen met de onderzoeksgroep van dr. Ingeborg Kooter van TNO Utrecht, waar men de deeltjes kan karakteriseren met scanningelektronenmicroscopie. Om beter inzicht te krijgen in de moleculaire samenstelling kan ramanspectroscopie worden toegepast.”

Gevaarlijke meelifters?

Deeltjes die ronddwarrelen in de lucht kunnen op filters worden verzameld tot er voldoende is voor een analyse. Daarbij gaat het overigens niet alleen om de kunststofvezels zelf. Melgert: “Met name de kleine ronde deeltjes hebben een elektrische lading die ertoe bijdraagt dat er allerlei andere substanties aan vastplakken, zoals de ‘diesel exhaust particles’ uit uitlaatgassen, of deeltjes uit sigarettenrook, maar bijvoorbeeld ook virusdeeltjes.”

In welke mate worden ingeademde microplastics door het lichaam opgenomen? Bewaard in een fysiologische vloeistof bij lichaamstemperatuur wordt na 180 dagen geen enkele verandering gezien, wat suggereert dat ze lang persisteren in de longen.1 “20 jaar geleden liet Amerikaans microscopieonderzoek van 114 longweefsels na resecties bij longkankerpatiënten zien dat 97% van de tumorweefsels positief was voor deeltjes van cellulose en plastic, en 83% van aangrenzende relatief gezonde longweefsels.2 De vraag is nu of ook gezonde personen zo’n hoge prevalentie vertonen op pulmonaire microvezels. Het zal een grote uitdaging zijn om dit aan te tonen.”

Onvolgroeide minilongen

De onderzoeksgroep van Melgert gebruikt zogeheten minilongen als model: “Uit longepitheel van patiënten of muizen isoleren we cellen met regeneratieve capaciteit. In een speciale voedingsgel groeien die onder optimale omstandigheden uit tot organoïden met kenmerken van longblaasjes. Zo’n voedingsgel kan dan al of niet zijn gemengd met een medium dat microplastics bevat. Vervolgens worden de organoïden gekarakteriseerd. We tellen ze, meten ze op en voeren celspecifieke kleuringen uit om een indruk te krijgen van hun ontwikkeling. Onderzoeker dr. Fransien van Dijk presenteerde in Amsterdam de eerste verrassende resultaten: in aanwezigheid van microplastics konden de organoïden zich niet of nauwelijks ontwikkelen. Ook het in contact brengen van de cellen met medium waaruit de microvezels waren verwijderd had een impact, hetgeen doet vermoeden dat ook stoffen die aan de microvezels hechten relevant zijn. Organoïden zijn na twee weken volledig tot ontwikkeling gekomen. Wanneer volgroeide organoïden in contact werden gebracht met microplastics zagen we eigenlijk niets gebeuren. Dat suggereert dat effecten vooral zouden kunnen optreden bij foetussen of bij mensen met regenererend weefsel vanwege een longziekte. Overigens konden we bij deze experimenten niet vaststellen in hoeverre de vezels ook actief door organoïden waren opgenomen.”

Muizenmodel

Een andere invalshoek is het werken met levende muizen, door ze microplastics te laten inademen en post mortem de longen te onderzoeken. “Prof. dr. Nienke Vrisekoop leidt in het UMC Utrecht een ZonMwpilot-studie naar de penetratie van microplastics door de darm- en longwand. Als bacteriën ons lichaam binnendringen zijn neutrofiele macrofagen de eerste afweercellen die erop afkomen, ze internaliseren en onschadelijk maken. Deze cellen blijken ook microplastics te internaliseren, maar kunnen ze niet afbreken. Wat voor effecten heeft dat op de levensduur en functionaliteit van deze neutrofielen? Zijn er verschillende responsen op gestandaardiseerde plastics en microplastics verweerd door uv-licht en/of zeewater? Vrisekoop en ik willen in het muizenmodel onder andere onderzoeken of er aan microplastics blootgestelde longen ontstekingsreacties ontstaan en in hoeverre het mogelijk is uit dergelijke longen organoïden te kweken. In weefselkweek lijken de neutrofielen in aanwezigheid van microplastics zeer actief te worden en de vraag is of dat ook gebeurt binnen organoïden of muizenlongen. Samen met dr. Ingeborg Kooter van TNO hebben we daartoe een subsidieaanvraag ingediend bij het Longfonds. Ook willen we het muizenmodel gebruiken om een detectiemethode te optimaliseren waarmee we dan vervolgens longweefsel van overleden personen gaan analyseren. Weefselmateriaal is meestal gefixeerd met formaline en heeft daartoe een behandeling met xyleen ondergaan, dat onder andere nylon oplost. Bovendien zijn tijdens de vele fixatiestappen ook weer vezels geïntroduceerd. In samenwerking met het ziekenhuis van Leeuwarden bekijken we momenteel in formaline gefixeerd weefsel dat niet met xyleen is behandeld.”

In het kader van de ZonMw-pilostudie werkt Melgert samen met dr. Matthew Cole van het Britse Plymouth Marine Laboratory om goed gekarakteriseerde vezels te verkrijgen. “Hij gebruikt dergelijke vezels om het effect van microvezels op waterorganismen te bestuderen.” Verder zijn ook prof. dr. Reinoud Gosens en dr. Anna Salvati van het Groningen Research Institute of Pharmacy bij de pilotstudie betrokken. “Zij zijn respectievelijk gespecialiseerd in regeneratieve farmacologie en het karakteriseren van de cellulaire opname van nanodeeltjes.”

Opmerkelijke luchtconcentraties

De directeur-generaal van de WHO noemde in 2017 luchtverontreiniging ‘het nieuwe roken’: ruim 8 miljoen mensen sterven jaarlijks door het inademen van verontreinigde lucht. Er is overweldigend bewijs voor zowel acute als chronische schade en vermoedelijk heeft het impact op alle organen van het lichaam. Jaarlijks wordt wereldwijd zo’n 335 miljoen ton plastics geproduceerd (in Europa ongeveer 60 miljoen ton), vooral polyethyleen, polypropyleen en polystyreen, en veel daarvan verdwijnt in het milieu. Hoewel de afbraak ervan zeer langzaam lijkt te verlopen, is aangetoond dat het na verloop van tijd fragmenteert tot deeltjes van kleiner dan 5 mm (microplastics) en, uiteindelijk, kleiner dan 0,1 micrometer (nanoplastics). Juist nanoplastics kunnen klein genoeg zijn om biologische membranen te passeren en het functioneren van cellen te beïnvloeden. Analyses van neergeslagen stof in de Pyreneeën lieten zien dat microplastics zich via de atmosfeer over grote afstanden naar afgelegen gebieden kunnen verplaatsen3 en inmiddels zijn ook schattingen gepubliceerd van de concentraties microplastics afkomstig uit de lucht boven Parijs4, Dongguan (China)5 en Hamburg6. Op de eerste Plastic Health Summit presenteerde Stephanie Wright, onderzoeker bij prof. dr. Frank Kelly in het Londense Kings College, de situatie in Londen: de gevonden waarden bleken respectievelijk 20, 7 en 3 keer hoger dan in de genoemde andere steden (al kan deze variatie gedeeltelijk liggen aan de gebruikte analysemethoden). Overigens heeft het Franse onderzoek ook de buitenlucht vergeleken met de situatie in huis: was het buiten 0,3-1,5 vezels/m3, binnen ging het om 1,0-60,0 vezels/m3. Van die ‘indoorvezels’ was het meeste cellulose en een derde was van petrochemische oorsprong.7

Bronnen:

  1. Law BD, Bunn WB, Hesterberg TW. Solubility of polymeric organic fibers and manmade vitreous fibres in Gambles Solution. Inhal Toxicol. 1990;2:321-39.
  2. Pauly JL, Stegmeier SJ, Allaart HA, et al. Inhaled cellulosic and plastic fibers found in human lung tissue. Cancer Epidemiol Biomarkers & Prevention. 1998;7:419-28.
  3. Allen S, Allen D, Phoenix VR, et al. Atmospheric transport and deposition of microplastics in a remote mountain catchment. Nature Geosci. 2019;12:339-44.
  4. Dris R, Gasperi J, Saad M, et al. Synthetic fibers in atmospheric fallout: a source of microplastics in the environment? Marine Pollut Bull. 2016;104:290-3.
  5. Cal L, Wang J, Peng J, et al. Characteristic of microplastics in the atmospheric fallout from Dongguan city, China: preliminary research and first evidence. Environm Sci Pollut Res Int. 2017;24:24928-35.
  6. Klein M, Fischer EK. Microplastic abundance in atmospheric deposition within the Metropolitan area of Hamburg, Germany. Sci Total Environm. 2019;685:96-103.
  7. Dris R, Gasperi C, Mirande C, et al. A first overview of textile fibers, including microplastics, in indoor and outdoor environments. Environm Pollut. 2017;221:453-8.

Meer informatie over het programma Microplastics & Health waar onder andere het onderzoek van Barbro Melchert onder valt, kunt u teruglezen op de programmapagina van ZonMw.

Naar boven
Direct naar: InhoudDirect naar: NavigatieDirect naar: Onderkant website