Una investigació de la URV demostra el mecanisme pel qual els microplàstics, quan entren en contacte amb membranes de les cèl·lules, estiren i redueixen en gran mesura la seva estabilitat mecànica

Es calcula que, des dels anys cinquanta, s’han abocat als oceans més de 70 milions de tones de microplàstics a causa de processos de producció industrial. Aquests plàstics són ingerits per organismes aquàtics i humans a través de l’aigua, el menjar i l’aire que es respira. S’estima que la seva mida va de 0,1 micres a 5 mil·límetres i estan fets, sobretot, de polipropilè, polietilè, poliestirè, poliamida i acrílics. Les partícules de plàstic de la mida d’un micròmetre són presents literalment a tot arreu: als oceans, a l’aire, a la neu de l’Himàlaia i fins i tot en placentes humanes. Pasta de dents, cremes solars, productes químics comuns o envasos també contenen plàstics. I encara que els estudis indiquen que el consum de microplàstics no condueix a la mort o intoxicació immediata o alimentària, sí que hi ha cada vegada més evidència dels seus efectes en les cèl·lules a escala molecular, que són difícils d’identificar de forma experimental.

En aquest context, Vladimir Baulin, físic i investigador del Departament de Química Física i Inorgànica de la URV, en col·laboració amb Jean-Baptiste Fleury, de la Universitat de Saarland (Alemanya), ha descobert en un estudi recent que els microplàstics poden desestabilitzar mecànicament les membranes lipídiques en adherir-s’hi i estrènyer-les. Els resultats de l’estudi els ha publicat la revista científica PNAS.

Per comprovar com es produeix l’efecte mecànic que exerceixen els microplàstics sobre aquestes membranes, els investigadors van utilitzar un model teòric que va ser posteriorment confirmat amb experiments en la bicapa lipídica -la barrera que protegeix la cèl·lula- amb un dispositiu microfluídic especial. A través d’aquest sistema van descobrir quin és el mecanisme mitjançant el qual es produeix l’estirament mecànic de les membranes. Un cop identificat aquest mecanisme, els investigadors van comprovar les troballes en glòbuls vermells atrapats en una micropipeta. Els resultats d’aquest experiment conclouen que els microplàstics estiren les membranes dels glòbuls vermells humans i en redueixen en gran mesura l’estabilitat mecànica, la qual cosa pot afectar-ne el bon funcionament i alterar-ne, per exemple, la capacitat per transportar oxigen.

El mètode teòric, desenvolupat pel físic de la URV Vladimir Baulin, descriu com actuen exactament els microplàstics en les membranes cel·lulars. Quan el van posar a prova, aquest model va predir que cada partícula consumiria part de l’àrea de la membrana, fet que indueix que aquesta es contregui al voltant de les partícules de plàstic. Aquest efecte condueix inevitablement a un estirament mecànic de la membrana cel·lular. “Amb aquest experiment hem demostrat que el model teòric pot fins i tot predir quantitativament l’augment en la tensió de la membrana cel·lular. Ha estat un resultat inesperat tenint en compte que és un model molt simple”, explica Baulin. Per confirmar la predicció del model, es va utilitzar la tècnica de microfluids en un model més simple que una membrana cel·lular humana, com són els glòbuls vermells, i es va mesurar la tensió d’aquestes membranes en contacte amb microplàstics. Els investigadors van descobrir que les partícules de plàstic mai no es mantenien estàtiques en les cèl·lules, sinó que es movien constantment per difusió contínua. Davant d’aquests resultats, els investigadors consideren que aquesta difusió és la causa del manteniment d’aquest efecte mecànic i impedeix la relaxació mecànica de la cèl·lula. Els investigadors apunten que aquesta prova experimental del model teòric permet treure conclusions sobre la validesa general d’aquest mecanisme, que pot ser transferit a un gran nombre de cèl·lules o òrgans humans.

“Actualment es discuteix la possible toxicitat dels microplàstics en les cèl·lules humanes”, explica Jean-Baptiste Fleury, que fa recerques com a físic experimental a la Universitat de Saarland. “A priori, els microplàstics no són fatals immediatament després de la seva ingestió en organismes vius. No obstant això, es reconeix cada vegada més que els microplàstics poden oxidar o estressar les cèl·lules a través de processos biològics. La possibilitat d’estressar una membrana cel·lular per un efecte purament físic, però, és completament ignorada per la gran majoria dels estudis”, afegeix. De fet, des d’un punt de vista físic, no cal esperar cap efecte. Una membrana cel·lular es considera “líquida”, és a dir, similar a un líquid. Se sap que qualsevol efecte mecànic sobre un líquid desapareix amb el temps. “Sorprenentment, però, observem que les membranes de les cèl·lules artificials i els glòbuls vermells s’estiren en presència de microplàstics”, continua. Segons l’investigador, aparentment la membrana dels glòbuls vermells humans es deforma de manera espontània, cosa que explica l’efecte massiu que aquests microplàstics tenen sobre les membranes cel·lulars.

Aquesta és una nova línia de recerca del grup de Vladimir Baulin dedicada als mecanismes microscòpics de contaminació en el medi marí. La URV compta des de fa pocs mesos amb una nova spin-off, DeepSea Numerical, mitjançant la qual es pretén construir una xarxa de laboratoris subaquàtics oberts a personal investigador de tot el món per albergar experiments sota l’aigua amb l’objectiu de monitoritzar i salvaguardar la biodiversitat.

Referència bibliogràfica: Fleury, J.-B.; Baulin, V. A. Microplastics Destabilize Lipid Membranes by Mechanical Stretching. PNAS 2021, 118 (31). https://doi.org/10.1073/pnas.2104610118.