19. Oktober 2023 ǀ Standardprotokolle existieren für die meisten Schadstoffe, um ihre Risiken für Ökosysteme zu bewerten. Für Mikro- und Nanoplastik (MNP) fehlen jedoch solche Richtlinien. Forscher, darunter auch vom IGB, haben neue Protokolle entwickelt, um die Ökotoxizität dieser Substanzen standardisiert zu bewerten.

Expositionsexperimente, die nach bestimmten Protokollen durchgeführt werden, sind üblich für Studien zur Ökotoxizität. In diesen Experimenten werden Organismen verschiedenen Substanzen in möglichst realistischen Umweltbedingungen ausgesetzt.

Herausforderungen und Überlegungen bei der Bewertung der Ökotoxizität von Mikro- und Nanoplastik

In bisherigen Ökotoxizitätsstudien zu Mikro- und Nanoplastik (MNP) werden handelsübliche kugelförmige Partikel als MNP-Modelle verwendet. Allerdings variieren Kunststoffpartikel in der Natur in Form, Größe und chemischer Zusammensetzung.

Dr. Fazel A. Monikh, Erstautor der Studie und Wissenschaftler am IGB in Neuglobsow, betont: „Jede dieser Eigenschaften kann ihr dynamisches Verhalten und ihre Toxikologie beeinflussen und sollte bei der Durchführung ökotoxikologischer Experimente zur Bewertung potentieller Risiken berücksichtigt werden“.

Zurzeit werden für die Bewertung der Ökotoxizität von MNPs Protokolle angewendet, die für lösliche Chemikalien oder solche, die stabile Mischungen bilden, entwickelt wurden. Im Gegensatz dazu lösen sich Kunststoffpartikel nicht auf und vermischen sich nicht regelmäßig in der Flüssigkeit, in der sie schwimmen.

Neues Protokoll zur Untersuchung der Toxizität von Mikro- und Nanopartikeln

In der Fachzeitschrift Nature Protocols stellen die Forscher Expositionsprotokolle vor, die partikelspezifische Eigenschaften von MNPs und ihr dynamisches Verhalten in Boden- und Gewässerökosystemen berücksichtigen. Sie präsentieren auch eine Methode zur künstlichen Herstellung realistischer Mikro- und Nanopartikel für Experimente. Das Protokoll ist für Toxizitätstests von MNPs in kontrollierten Labor-, Meso- oder Makrokosmen konzipiert, jedoch nicht für Feldüberwachungen geeignet.

Fazel A. Monikh betont: „Das neue Protokoll ist eine wichtige Grundlage für Forschende in der Ökotoxikologie, um die Dosis-Wirkungs-Beziehungen nach der Exposition von Organismen gegenüber MNPs zu verstehen; aber auch für die Industrie, um sicherere Kunststoffe zu entwickeln und Toxizitätstests an Kunststoffen durchzuführen und um regulatorische Anforderungen zu erfüllen“.

Berücksichtigung der Unterschiede zwischen Mikro- und Nanoplastik in Toxizitätstests

Die Protokolle nehmen auch Rücksicht auf die Differenzen zwischen Mikro- und Nanoplastik. Nanoplastik ähnelt in Größe und Form großen Proteinen. Daher unterscheidet sich ihr natürliches Verhalten von dem ihrer Mikroplastik-Gegenstücke und sie könnten möglicherweise in der Lage sein, in Zellen einzudringen. Darüber hinaus liegt ein größerer Prozentsatz der Moleküle in Nanoplastik auf der Partikeloberfläche, was die Interaktionen mit Zellkomponenten verstärken kann.

„Es ist daher von Bedeutung, die Unterschiede zwischen Mikro- und Nanoplastik zu berücksichtigen, wenn Toxizitätstests mit diesen Partikeln durchgeführt werden“, so Hans Peter Grossart, IGB-Forscher und Mitverfasser der Studie.