Автор: доктор Приом Бозе, доктор философии 14 апреля 2026 года
Рецензент: Лорен Хардакер
Большинство лабораторных исследований микропластика проводятся с использованием высоких доз и в упрощенных условиях, что вызывает вопросы о том, насколько точно они отражают реальное воздействие микропластика на организм человека и связанные с этим риски для здоровья.
В недавнем исследовании Environment and Health, объединившем систематический обзор литературы и метаанализ, были проанализированы методологические пробелы в токсикологических исследованиях микропластика и предложена междисциплинарная концепция, позволяющая привести лабораторные методы в соответствие с реальными условиями воздействия.
Почему лабораторные исследования микропластика часто не отражают реальные риски
Микропластик (МП) встречается повсюду: от донных отложений в океане и сельскохозяйственных почв до крови, легочной ткани и артериальных бляшек человека. В ряде токсикологических и эпидемиологических исследований сообщается о связи между микропластиком и потенциальными последствиями для здоровья, включая окислительный стресс, хроническое воспаление, нейротоксичность и повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний. Однако в статье подчеркивается, что имеющиеся эпидемиологические данные в основном носят корреляционный характер и не доказывают наличие прямой причинно-следственной связи. Однако исследования, на которых основаны эти оценки, имеют одно существенное ограничение.
Выявление методологических несоответствий между исследованиями контролируемого воздействия и реальными условиями
Разрыв между контролируемыми лабораторными условиями и реальным воздействием на организм был известен давно, но его не удалось ни количественно оценить, ни устранить с помощью комплексных практических мер. В ходе текущего исследования мы определили масштаб этих методологических недостатков в опубликованных научных работах и разработали практическую схему с использованием аналитической химии и искусственного интеллекта (ИИ), чтобы сделать будущие исследования более релевантными для реальных условий.
После удаления дубликатов в обзор были включены 88 исследований. Метаанализ выявил значительные расхождения между экспериментами по изучению токсичности микропластика и реальными условиями, в том числе значительное преобладание полистирола, который фигурировал почти в половине всех исследований, несмотря на разнообразный состав микропластика в окружающей среде. В большинстве исследований изучалось кратковременное воздействие микропластика в течение от 0 до 21 дня, при этом не учитывались хронические эффекты. Примерно 64 % исследований были посвящены мелким частицам (0–10 мкм), при этом не учитывалось более широкое распределение частиц по размерам в окружающей среде.
Выбор модели и условия воздействия усугубили эти различия. В качестве модельных организмов чаще всего использовались насекомые и членистоногие, что ограничивало возможность экстраполяции результатов на другие экосистемы, поскольку во многих исследованиях не удавалось воспроизвести совместное воздействие загрязняющих веществ и старение модельных организмов в лабораторных условиях.
Биодоступность, зависящая от типа, размера, формы, химического состава поверхности и степени выветривания полимера, также была представлена в неверном свете. Полимеры неправильной формы лучше проникают в ткани и сильнее реагируют на окислительный стресс, однако параметры, определяющие их токсичность, до сих пор не изучены, а для реалистичных с точки зрения окружающей среды микропластикатов не существует морфологических стандартов.
Количественная оценка воздействия оставалась серьезной проблемой. Концентрация веществ в лабораторных условиях обычно была в 10²–107 раз выше, чем в окружающей среде, и при дозах, характерных для окружающей среды, редко наблюдались негативные последствия. Отсутствие стандартизированных показателей еще больше затрудняло оценку.
Старение под воздействием окружающей среды может привести к появлению дополнительных путей токсического воздействия, которые практически не учитывались в лабораторных моделях. Фотоокисление под воздействием ультрафиолета, основной механизм разрушения полимеров, приводит к выделению токсичных летучих органических соединений (ЛОС), характерных для конкретного полимера. Однако, как отмечается в статье, ни в одном исследовании не проводилось количественной оценки выделения ЛОС при световом старении в реальных условиях окружающей среды. Слабо связанные добавки, в том числе антипирены, пластификаторы и противомикробные вещества, легко вымываются в окружающую среду и могут накапливаться в результате биоаккумуляции.
Микропластик также выступает в роли переносчика загрязняющих веществ в окружающей среде, адсорбируя полициклические ароматические углеводороды, полихлорированные бифенилы, тяжелые металлы и устойчивые к антибиотикам микроорганизмы по принципу «троянского коня». Полиамид (ПА) обладает наибольшей способностью к адсорбции тяжелых металлов, которая зависит от поверхностных функциональных групп и физико-химических условий.
Точный биомониторинг воздействия микропластика по-прежнему затруднен из-за отсутствия стандартизированных методов отбора проб, экстракции и количественной оценки. Каждый из доступных аналитических инструментов имеет свои ограничения, а загрязнение от пластиковых инструментов в клинических условиях невозможно достоверно отличить от реального сигнала.
Новые методы, такие как масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой для отдельных частиц (single-particle inductively coupled plasma mass spectrometry, SP-ICP-MS) и пиролизно-газовая хроматография-масс-спектрометрия (pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry, Py-GC/MS), обеспечивают более высокую чувствительность. Метод Py-GC/MS особенно полезен для анализа нанопластика, но остаточные примеси и продукты пиролиза, не относящиеся к пластику, все равно могут давать ложные результаты. Из-за этих пробелов вопрос об истинных уровнях воздействия на организм человека оставался дискуссионным, что затрудняло проведение биологически реалистичных экспериментов in vitro.
Стратегии, позволяющие привести токсикологические исследования в соответствие с экологическими реалиями
Чтобы преодолеть разрыв между лабораторными условиями и реальным воздействием, необходимо работать по нескольким взаимосвязанным направлениям. Важно использовать микро- и наночастицы из природных источников в реалистичных концентрациях и в течение времени, достаточного для выявления экологически значимых эффектов. Чтобы обосновать эффективную политику управления окружающей средой, необходимо, чтобы будущие токсикологические исследования соответствовали этим требованиям.
Эталонные материалы должны представлять собой не только монодисперсные сферические частицы, но и функционализированные образцы неправильной формы, которые включают в себя поверхностное окисление, загрязнение и биоплёнку, что более точно отражает реальные условия окружающей среды.
Протоколы длительного воздействия низких доз не менее важны, учитывая химическую инертность и повсеместное распространение микропластика. Для оценки совокупной токсичности как для почвенных, так и для водных организмов необходимы исследования, которые будут проводиться в течение нескольких дней или месяцев и сопровождаться эпидемиологическим мониторингом и сопоставлением с данными о состоянии здоровья.
Помимо разработки методов воздействия, механистическое моделирование должно учитывать, что микропластик может выступать как в качестве физического раздражителя, так и в качестве переносчика химических загрязнителей. Это включает в себя кинетику растворения при различных значениях pH, температуры и микробных условиях, а также перенос наночастиц пластика (НП) через биологические барьеры, такие как гематоэнцефалический барьер. Необходимо учитывать роль «экокоронации» — поверхностного слоя последовательно адсорбированных органических веществ и загрязнителей — в изменении иммунного распознавания и хроническом воспалении.
Микрофизиологические системы, в том числе микрофлюидные органоиды и трехмерные органоиды, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (hiPSC), в сочетании с мультиомными подходами представляют собой мощные платформы для высокопроизводительного механистического скрининга в условиях, максимально приближенных к реальным.
Что касается обнаружения, то онлайн-инструменты in situ, такие как рамановская и инфракрасная спектроскопия, проточная цитометрия с флуоресцентной маркировкой, поверхностно-усиленное рамановское рассеяние (surface-enhanced Raman scattering, SERS), гиперспектральная визуализация, спектроскопия лазерного пробоя (laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS) и пиролизная масс-спектрометрия, позволяют проводить анализ сложных матриц, в том числе сточных вод, ила и донных отложений, в полевых условиях в режиме реального времени. Сочетание гиперспектральной рамановской визуализации отдельных частиц и наномасштабной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS) позволяет повысить разрешение до клеточного уровня, что дает возможность отслеживать загрязняющие вещества и анализировать неоднородность популяций частиц.
Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО) объединяют эти достижения в системы прогнозирования рисков. МО и глубокое обучение (ГО) автоматизируют идентификацию и классификацию частиц, а трансферное обучение (ТО) позволяет использовать данные о модельных организмах для прогнозирования токсичности для конкретных органов человека. Многомерные ансамблевые модели, объединяющие физико-химические свойства, старение в окружающей среде и взаимодействие с сопутствующими загрязняющими веществами, позволяют перейти от однофакторного к динамическому многофакторному анализу при оценке рисков, связанных с микропластиком.
Выводы
Загрязнение микропластиком представляет собой серьезную глобальную проблему для окружающей среды и здоровья населения, однако сохраняющиеся различия между лабораторными условиями и реальными сценариями воздействия продолжают ставить под сомнение достоверность токсикологических данных. Количественных данных о воздействии на человека по-прежнему недостаточно, последствия хронического воздействия низких доз и сопутствующих загрязнителей на здоровье изучены плохо, а экспериментальные подходы по-прежнему далеки от реальной экологической ситуации.
Важно отметить, что на сегодняшний день не установлена прямая причинно-следственная связь между микропластиком и конкретными заболеваниями человека. Для разработки научно обоснованной политики и эффективного регулирования необходимо устранить эти пробелы с помощью стандартизированных методов, реалистичных с точки зрения воздействия на окружающую среду исследований и комплексной оценки жизненного цикла.
Ссылка на журнал:
Цзан Ю. и др. (2026) Разрыв между лабораторными экспериментами и воздействием в реальных условиях: токсикологическая оценка микропластика основана на недостаточных доказательствах. Окружающая среда и здоровье. DOI: https://doi.org/10.1021/envhealth.6c00030. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/envhealth.6c00030
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся