Optical nanoscopy investigation of plastic nanoparticle and nanofiber uptake in zebrafish

Aanleiding

Plastic vervuiling is een wereldwijd probleem, vooral in aquatische milieus. Plastic afval valt uiteen in microscopisch en nanoscopisch puin dat door de fauna geabsorbeerd kan worden. Micro- en nanoplastics kunnen de gezondheid van ecosystemen beïnvloeden en bioaccumulatie in de voedselketen kan een gevaar voor de mens vormen. Om de gezondheidsrisico’s vast te stellen, is het noodzakelijk om het pad van micro- en nanoplastics door levende organismen te volgen.

Doel en onderzoeksopzet

In dit project zijn zebravisembryo’s als modelsysteem gebruikt om de opname van microplastics te onderzoeken. Hiervoor is een lichtmicroscopie methode ontwikkeld, die gevoelig genoeg is om fluorescerende microplasics te detecteren in zebravisembryo’s. Het betrof een goedkope versie van een lattice light-sheet microscoop. Om de resolutie van de microscoop te testen, zijn experimenten uitgevoerd met fluorescerende microsferen, geïmmobiliseerd in agarose. Daarna is de interactie van microplastics met zebravisembryo’s bestudeerd, waarbij verschillende fabricagemethoden zijn getest.

Resultaten

De ontwikkelde lattice light-sheet microscopie is een geschikte methode om fluorescerende deeltjes in kleine transparante dieren te volgen. Fabricage van staafvormige plastic nanodeeltjes met een diameter <20 micrometer bleek echter moeilijk. Een methode gebaseerd op het inbedden en snijden van kunststoffen met behulp van een ultramicrotoom faalde voornamelijk door het oplossen van de plastic materialen, ondanks de nominale chemische compatibiliteit van de bulkmaterialen.

Op basis van voorlopige waarnemingen vonden de onderzoekers geen relevante deeltjesopname door zebravisembryo’s van microplastics-bollen bij milieurelevante concentraties. Bij deeltjesconcentraties honderd keer hoger dan de milieuconcentraties accumuleren de microplastics op het oppervlakte van de zebravis eitjes, wat de groei van het zebravisembryo afremt. De onderzoekers zagen dat microplastics via de mond van het zebravisembryo opgenomen worden. Binnen een paar uur na blootstelling accumuleren ze in de darm van het zebravisembryo. De experimenten waren beperkt tot dieren met een maximale leeftijd van 5 dagen.

Uitvoerende partijen

Dit project is uitgevoerd door Dr. N.G. Ceffa en Dr. E.C. Carroll van de Technische Universiteit Delft, in samenwerking met Dr. ir. M.G. Vijver van de Universiteit Leiden.