Una investigación de la URV demuestra el mecanismo por el cuál los microplásticos, cuando entran en contacto con membranas de las células, estiran y reducen en gran medida su estabilidad mecánica

Se calcula que, desde los años cincuenta, se han vertido a los océanos más de 70 millones de toneladas de microplásticos debido a procesos de producción industrial. Estos plásticos son ingeridos por organismos acuáticos y humanos a través del agua, la comida y aire que se respira. Se estima que su tamaño va de 0,1 micras a 5 mm y están hechos, sobre todo, de polipropileno, polietileno, poliestireno, poliamida y acrílicos. Las partículas de plástico del tamaño de un micrómetro están presentes literalmente en todas partes: en los océanos, en el aire, en la nieve del Himalaya e incluso se han detectado en placentas humanas. Pasta de dientes, cremas solares, productos químicos comunes o envases también contienen plásticos. Y aunque los estudios indican que el consumo de microplásticos no conduce a la muerte o intoxicación inmediata o intoxicación alimentaria; sí existe cada vez más evidencia sobre sus efectos en las células a nivel molecular, que son difíciles de identificar de forma experimental.

En este contexto, Vladimir Baulin, físico e investigador del Departamento de Química Física e Inorgánica de la URV, en colaboración con Jean-Baptiste Fleury, de la Universidad de Saarland en Alemania, ha descubierto en un estudio reciente que los microplásticos pueden desestabilizar mecánicamente las membranas lipídicas al adherirse a ellas y apretarlas. Los resultados de su estudio los ha publicado la revista científica PNAS.

Para comprobar cómo se produce el efecto mecánico que ejercen los microplásticos sobre estas membranas, los investigadores utilizaron un modelo teórico que fue posteriormente confirmado con experimentos en la bicapa lipídica -la barrera que protege la célula- con un dispositivo microfluídico especial. A través de este sistema descubrieron cuál es el mecanismo mediante el cual se produce el estiramiento mecánico de las membranas. Una vez identificado este mecanismo, los investigadores comprobaron sus hallazgos en glóbulos rojos atrapados en una micropipeta. Los resultados de este experimento concluyen que los microplásticos estiran las membranas de los glóbulos rojos humanos y reducen en gran medida su estabilidad mecánica, lo que puede afectar a su buen funcionamiento alterando, por ejemplo, su capacidad para transportar oxígeno.

El método teórico desarrollado por el físico de la URV Vladimir Baulin describe cómo actúan exactamente los microplásticos en las membranas celulares. Cuando lo pusieron a prueba, este modelo predijo que cada partícula consumiría parte del área de la membrana, lo que induce a que ésta se contraiga alrededor de las partículas de plástico. Este efecto conduce inevitablemente a un estiramiento mecánico de la membrana celular. “Con este experimento hemos demostrado que el modelo teórico puede incluso predecir cuantitativamente el aumento en la tensión de la membrana celular. Ha sido un resultado inesperado teniendo en cuenta que es un modelo muy simple», explica Baulin. Para confirmar la predicción del modelo, se utilizó la técnica de microfluidos en un modelo más simple que una membrana celular humana, como son los glóbulos rojos, y se midió la tensión de estas membranas en contacto con microplásticos. Los investigadores descubrieron que las partículas de plástico nunca se mantenían estáticas en las células, sino que se movían constantemente por difusión continua. Ante estos resultados, los investigadores consideran que esta difusión es la causa del mantenimiento de este efecto mecánico e impide la relajación mecánica de la célula. Los investigadores concluyen que esta prueba experimental del modelo teórico permite sacar conclusiones sobre la validez general de este mecanismo, que puede ser transferido a un gran número de células u órganos humanos.

«Actualmente se está discutiendo la posible toxicidad de los microplásticos en las células humanas», explica Jean-Baptiste Fleury, que realiza investigaciones como físico experimental en la Universidad de Saarland. “A priori, los microplásticos no son fatales inmediatamente después de su ingestión en organismos vivos. Sin embargo, se reconoce cada vez más que los microplásticos pueden oxidar o estresar las células a través de procesos biológicos. La posibilidad de estresar una membrana celular por un efecto puramente físico, sin embargo, es completamente ignorada por la gran mayoría de los estudios”, añade. De hecho, desde un punto de vista físico, no cabe esperar ningún efecto. Una membrana celular se considera «líquida», es decir, similar a un líquido. Se sabe que cualquier efecto mecánico sobre un líquido desaparece con el tiempo. “Sorprendentemente, sin embargo, observamos que las membranas de las células artificiales y los glóbulos rojos se estiran en presencia de microplásticos”, continúa. Según el investigador, aparentemente, la membrana de los glóbulos rojos humanos se deforma de forma espontánea, explicando el efecto masivo que estos microplásticos tiene sobre las membranas celulares.

Ésta es una nueva línea de investigación del grupo de Vladimir Baulin dedicada a los mecanismos microscópicos de contaminación en el medio marino. La URV cuenta desde hace pocos meses con una nueva spin-off, DeepSea Numerical, a través de la que se pretende construir una red de laboratorios subacuáticos abiertos a personal investigador de todo el mundo para albergar experimentos que puedan realizarse bajo el agua con el objetivo de monitorizar y salvaguardar la biodiversidad.

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