Микропластик и обучаемость

Исследователи из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН на крысах изучают, как микропластик влияет на организм. Оказалось, что потребление микропластика снижает способность животных к обучению.

Во всем мире, по разным данным, производят до 400 миллионов тонн пластика в год. При этом утилизировать его сложно. Окружающая среда загрязняется, из-за чего мы постоянно вдыхаем микропластик из воздуха и потребляем его с водой. Однако накопительный эффект его воздействия пока неизвестен, непонятно, как он влияет на здоровье и скорость старения. Исследовав этот вопрос, ученые смогут увеличить продолжительность жизни человека и ее качество.

«На здоровье людей, помимо воздействия микропластика, оказывают влияние многие другие негативные факторы. Для того чтобы отделить это от других отрицательных эффектов, мы проводим исследования на модельных животных, которые находятся в постоянных условиях. С их помощью можно оценить возможные токсические эффекты приема микропластика», — рассказывает ведущий научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН доктор биологических наук Наталья Анатольевна Стефанова.

Синтез микропластика для экспериментов

Первым делом ученым нужно было синтезировать частицы микропластика нужного размера. Для этого исследователи растворили бутылку из-под питьевой воды из полиэтилентерефталата (ПЭТ) в концентрированной кислоте. После добавили к раствору осадитель, чтобы получить частицы размером от двух до пяти микрометров (сопоставимые с эритроцитами в крови крыс).

«Во всем мире в большинстве таких исследований используют модельные частицы из полистирола. Это идеальные сферы, которые просто синтезировать и легко купить любого размера. Однако, если использовать только такие идеальные частицы, говорить о том, что исследование приближено к жизни, достаточно сложно. Мы стремились создать условия максимально близкие к естественным», — отметила руководитель группы экологических исследований и хроматографического анализа Центра спектральных исследований НИОХ СО РАН кандидат химических наук Юлия Сергеевна Сотникова.

Кормление крыс

Поскольку в этом исследовании оценивали влияние микропластика на когнитивные способности крыс, нужно было сымитировать его употребление таким образом, чтобы у них не возник стресс. Единственный метод в таком случае — скармливать частицы вместе с едой.

Ученые готовили тесто из хлеба, муки, яйца и воды и делали из него лепешки. Внутрь помещали частицы микропластика, скатывали в комочки и подсушивали их на плите, чтобы они стали сухими снаружи. Получились хлебные шарики, которыми и кормили крыс.

«Эксперимент проводили с несколькими дозировками. Первую дозировку — 10 мг/кг выбрали, исходя из информации зарубежных ученых о том, что человек за неделю съедает около пяти граммов пластика (столько весит банковская карта). Пересчитав, сколько приходится на килограмм массы человека в день, мы подобрали нужную дозу для крыс. Вторая дозировка в десять раз больше — 100 мг/кг», — поделилась Юлия Сотникова.

Для исследования задействовали две линии крыс. Wistar — классические лабораторные крысы, на которых проводится большинство исследований, и OXYS — уникальная  линия, выведенная в ФИЦ ИЦиГ СО РАН, она отличается тем, что такие животные рано стареют. У крыс линии OXYS быстрее развиваются признаки возрастных заболеваний, таких как катаракта, ретинопатия и болезнь Альцгеймера.

Всего в эксперименте участвовало шесть групп крыс, по три группы каждой линии: контрольная (животные, не употреблявшие микропластик), группа, которая принимала 10 мг/кг, и группа, принимавшая 100 мг/кг. С полутора месяцев (периода полового созревания) до трех с половиной месяцев (активного репродуктивного периода) зверьков кормили микропластиком. После этого провели исследование способности к обучению и памяти в лабиринте Барнс.

Испытания в лабиринте Барнс

Лабиринт Барнс — это круглая платформа диаметром 122 сантиметра на высокой подставке больше метра. По ее периметру расположено несколько внешне одинаковых лунок, одна из них — полноценное убежище, в которое крыса полностью может спрятаться, остальные отверстия неглубокие.

«Крысы — норные животные. Если их посадить на открытую площадку в незнакомой обстановке, им становится страшно, зверьки не могут ни спрятаться, ни спрыгнуть вниз. Они видят, что есть отверстия, и начинают искать то, в котором можно укрыться. Задача каждой крысы — за определенный момент времени найти нужную норку. Обучение проходило в течение пяти последовательных дней, после чего мы проверяли, насколько подопытные запомнили местоположение лунки, в которой могут спрятаться», — прокомментировала Наталья Стефанова.

В процессе обучения животные используют одну из трех стратегий. Самая распространенная на первых днях обучения — бегать по окружности лабиринта и последовательно искать нужную лунку. Крыса запоминает, что укрытие есть, но не помнит, где оно. Вторая стратегия — искать лунку случайным образом. Крыса ищет укрытие не последовательно, а хаотично передвигаясь от одной лунки к другой. Обе этих стратегии не относятся к гиппокамп-зависимому обучению. Гиппокамп важен для запоминания (то есть перехода кратковременной памяти в долговременную) и ориентации в пространстве, необходимой для навигации. При болезни Альцгеймера эта структура мозга страдает одной из первых. Потеря кратковременной памяти и дезориентация — ранние симптомы заболевания.

Третья стратегия, наоборот, зависит от работы гиппокампа — крысы с точностью запоминают, где находится нужная лунка или знают сектор, в котором она расположена. В процессе обучения каждому животному присуждались баллы по определенным параметрам — когнитивный индекс. Баллы за дни эксперимента суммируются, животные с высоким индексом более обучаемые.

«Выяснилось, что микропластик в большей степени негативно повлиял на когнитивные способности здоровых животных, не склонных к раннему старению. В этом есть своя логика: когда у людей возникают проблемы со здоровьем, они к ним приспосабливаются. Человек вынужден жить в этих условиях, и, когда внезапно сваливается что-то плохое, ответная реакция будет быстрее. Гиппокамп-зависимое обучение использовали только контрольные крысы Wistar. Даже при дозировке в 10 мг/кг микропластика эти крысы показали, что вещество отрицательно влияет на когнитивные способности. К тому же этот эффект накопительный и в результате можно ожидать, что скорость старения увеличится», — сказала Наталья Стефанова.

Дальнейшие исследования

Работа по изучению воздействия микропластика на организм продолжается. Ученые взяли образцы мозга для гистологического исследования нейронов, глиальных клеток гиппокампа и префронтальной коры мозга — структур, которые отвечают за когнитивные функции. Планируется изучить молекулярные механизмы, происходящие под воздействием микропластика.

Исследователи намерены определить и концентрацию пластика в различных органах: печени, почках, сердце, миокарде и мозге. Для этого планируется использовать метод газовой пиролитической хромато-масс-спектрометрии. При нем образцы нагреваются до 600 °C, что позволяет разложить полимеры на уникальные продукты термического распада. Такой подход помогает точно установить виды присутствующих полимеров и их количество.

«В этом направлении пока проведены лишь предварительные эксперименты. Мы стараемся тщательно подготовить образцы, так как для метода пиролитической газовой хромато-масс-спектрометрии критически важна чистота пробы, исключающая посторонние примеси. Могу сказать, что уже обнаружены частицы микропластика в сердце крысы, подвергшейся воздействию, однако точное количество накопленного полимера пока остается неясным», — пояснила Юлия Сотникова.

Ирина Баранова