Сравнительный анализ накопления микропластика различных размеров в головном мозге крыс на основе автоматизированного морфометрического подхода

Введение. Микрочастицы пластика (МП) представляют собой угрозу для здоровья, однако недостаточно изучены процессы их накопления и распределения в живых организмах, особенно в тканях головного мозга.
Цель исследования – сравнительный анализ накопления микрочастиц пластика разного размера (100, 500 и 1000 нм) в головном мозге крыс с применением описательного и количественного подхода.
Материал и методы. Крысам-самкам линии Wistar, количеством 12 особей, разделённым на 4 группы, внутрисердечно вводили суспензию флуоресцирующих микрочастиц полистирола (диаметром 100, 500 и 1000 нм) или физиологический раствор (Контроль) объёмом 50 мкл. Накопление микропластика в тканях головного мозга оценивали с использованием флуоресцентной микроскопии с применением описательного подхода и компьютерной программы для количественной оценки содержания микрочастиц и их конгломератов. Данные анализировали методом Bootstrap с поправкой Холма–Бонферрони, значимость различий определялась при p < 0,05.
Результаты. Обнаружено, что флуоресцирующие микрочастицы пластика накапливаются преимущественно в коре головного мозга, причем группа «МП 1000» демонстрировала большее количество чётко очерченных конгломератов по сравнению с группами «МП 100» и «МП 500». Плотность микрочастиц пластика также была выше в экспериментальных группах по сравнению с контролем, особенно в группе «МП 1000».
Ограничения исследования. Исследование было ограничено изучением распределения микрочастиц пластика трех размеров в токсикологическом эксперименте на одном виде животных (лабораторная крыса). Не учитывалась фаза полового цикла крыс-самок.
Заключение. Интеграция всех трех подходов позволяет глубже понять динамику накопления микрочастиц: описательный подход показывает способность частиц проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), количественный – предоставляет данные о содержании и распределении частиц и конгломератов.

эксперимент, микропластик, микрочастицы, головной мозг, распределение, метод оценки, компьютерная программа

1. Золотова Н.А., Джалилова Д.Ш., Цветков И.С., Сентябрева А.В., Макарова О.В. Морфологическая характеристика внутренних органов мышей при длительном потреблении микропластика. Клиническая и экспериментальная морфология. 2023; 12: 82–92.

2. Song Z., Wu H., Fang X., Feng X., Zhou L. The cardiovascular toxicity of polystyrene microplastics in rats: based on untargeted metabolomics analysis. Front Pharmacol. 2024; 10(15): 1336369. https://doi.org/10.3389/fphar.2024.1336369

3. Farag A.A., Youssef H.S., Sliem R.E., El Gazzar W.B., Nabil S., Mokhtar M.M., Marei Y.M., Ismail N.S., Radwaan S.E., Badr A.M., Sayed A.E.H. Hematological consequences of polyethylene microplastics toxicity in male rats: Oxidative stress, genetic, and epigenetic links. Toxicology. 2023; 492(11): 153545.

4. Zhang Q., Lang Y., Tang X., Cheng W., Cheng Z., Rizwan M., Xie L., Liu Y., Xu H., Liu Y. Polystyrene microplastic-induced endoplasmic reticulum stress contributes to growth plate endochondral ossification disorder in young rat. Environ Toxicol. 2024; 39(6): 3314–29. https://doi.org/10.1002/tox.24182

5. Tian L., Zhang Y., Chen J., Liu X., Nie H., Li K., Liu H., Lai W., Shi Y., Xi Z., Lin B. Effects of nanoplastic exposure during pregnancy and lactation on neurodevelopment of rat offspring. J Hazard Mater. 2024; 474: 134800. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134800

6. Mercer G.V., Harvey N.E., Steeves K.L., Schneider C.M., Sled J.G., Macgowan C.K., Baschat A.A., Kingdom J.C., Simpson A.J., Simpson M.J., Jobst K.J., Cahill L.S. Maternal exposure to polystyrene nanoplastics alters fetal brain metabolism in mice. Metabolomics. 2023; 19(12): 96. https://doi.org/10.1007/s11306-023-02061-3

7. Prüst M., Meijer J., Westerink R.H.S. The plastic brain: neurotoxicity of micro- and nanoplastics. Part Fibre Toxicol. 2020; 17: 24. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00358-y

8. Rafiee M., Dargahi L., Eslami A., Beirami E., Jahangiri-rad M., Sabour S., Amereh F. Neurobehavioral assessment of rats exposed to pristine polystyrene nanoplastics upon oral exposure. Chemosphere. 2018; 193: 745–53. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.11.076

9. Song S., van Dijk F., Vasse G.F., Liu Q., Gosselink I.F., Weltjens E., Remels A.H.V., de Jager M.H., Bos S., Li C., Stoeger T., Rehberg M., Kutschke D., van Eck G.W.A., Wu X., Willems S.H., Boom D.H.A., Kooter I.M., Spierings D., Wardenaar R., Cole M., Nawijn M.C., Salvati A., Gosens R., Melgert B.N. Inhalable Textile Microplastic Fibers Impair Airway Epithelial Differentiation. Am J Respir Crit Care Med. 2024; 209(4): 427–43. https://doi.org/10.1164/rccm.202211-2099OC

10. da Silva Brito W.A., Mutter F., Wende K., Cecchini A.L., Schmidt A., Bekeschus S. Consequences of nano and microplastic exposure in rodent models: the known and unknown. Part Fibre Toxicol. 2022; 19(1): 28. https://doi.org/10.1186/s12989-022-00473-y

11. Prata J.C., da Costa J.P., Lopes I., Duarte A.C., Rocha-Santos T. Environmental exposure to microplastics: An overview on possible human health effects. Sci Total Environ. 2020; 702: 134455. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134455

12. Yin K., Wang D., Zhang Y., Lu H., Hou L., Guo T., Zhao H., Xing M. Polystyrene microplastics promote liver inflammation by inducing the formation of macrophages extracellular traps. J Hazard Mater. 2023; 452: 131236. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131236

13. Guševac Stojanović I., Drakulić D., Todorović A., Martinović J., Filipović N., Stojanović Z. Acute Toxicity Assessment of Orally Administered Microplastic Particles in Adult Male Wistar Rats. Toxics. 2024; 12(3): 167. https://doi.org/10.3390/toxics12030167

14. Deng Y., Zhang Y., Lemos B., Ren H. Tissue accumulation of microplastics in mice and biomarker responses suggest widespread health risks of exposure. Sci Rep. 2017; 7: 46687. https://doi.org/10.1038/srep46687

15. Репина Э.Ф., Хмель А.О., Каримов Д.Д., Рябова Ю.В., Каримов Д.О., Кулагин Е.А., Ахмадеев А.Р., Кудояров Э.Р. Распространение микрочастиц пластика размером 1000 нанометров в жизненно важных органах при однократном введении лабораторным животным. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2025; 2: 40–4. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13695

16. Репина Э.Ф., Каримов Д.О., Кудояров Э.Р., Каримов Д.Д., Ахмадеев А.Р., Гизатуллина А.А., Рябова Ю.В., Хмель А.О. Предварительная оценка распределения микрочастиц пластика размером 500 нм в органах крыс при однократном поступлении. Медицина труда и экология человека. 2025; 1: 113–25. https://doi.org/10.24412/2411-3794-2025-10109

17. Kannan K., Vimalkumar K. A Review of Human Exposure to Microplastics and Insights Into Microplastics as Obesogens. Front Endocrinol (Lausanne). 2021; 12: 724989. https://doi.org/10.3389/fendo.2021.724989

18. Hillery A.M., Jani P.U., Florence A.T. Comparative, quantitative study of lymphoid and non-lymphoid uptake of 60 nm polystyrene particles. J Drug Target. 1994; 2(2): 151–6. https://doi.org/10.3109/10611869409015904

19. Braakhuis H.M., Park M.V., Gosens I., De Jong W.H., Cassee F.R. Physicochemical characteristics of nanomaterials that affect pulmonary inflammation. Part Fibre Toxicol. 2014; 1: 18. https://doi.org/10.1186/1743-8977-11-18

20. Powell J.J., Faria N., Thomas-McKay E., Pele L.C. Origin and fate of dietary nanoparticles and microparticles in the gastrointestinal tract. J Autoimmun. 2010; 34(3): J226–33. https://doi.org/10.1016/j.jaut.2009.11.006

21. Carr K.E., Smyth S.H., McCullough M.T., Morris J.F., Moyes S.M. Morphological aspects of interactions between microparticles and mammalian cells: intestinal uptake and onward movement. Prog Histochem Cytochem. 2012; 46(4): 185–252. https://doi.org/10.1016/j.proghi.2011.11.001

22. Каримов Д.О, Рябова Ю.В, Ахмадеев А.Р. Хуснутдинова Н.Ю, Кудояров Э.Р., Зайдуллин И.И. Программа для детекции микропластика на микроскопических снимках. Патент РФ № RU2024685872; 2024

23. Romano J.P., Wolf M. Multiple Testing of One-Sided Hypotheses: Combining Bonferroni and the Bootstrap. Predictive Econometrics and Big Data. 2018; 753: 78–94. https://doi.org/10.1007/978-3-319-70942-0_4

24. Shan S., Zhang Y., Zhao H., Zeng T., Zhao X. Polystyrene nanoplastics penetrate across the blood-brain barrier and induce activation of microglia in the brain of mice. Chemosphere. 2022; 298: 134261. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134261

25. Lee C.W., Hsu L.F., Wu I.L., Wang Y.L., Chen W.C., Liu Y.J., Yang L.T., Tan C.L., Luo Y.H., Wang C.C., Chiu H.W., Yang T.C., Lin Y.Y., Chang H.A., Chiang Y.C., Chen C.H., Lee M.H., Peng K.T., Huang C.C. Exposure to polystyrene microplastics impairs hippocampus-dependent learning and memory in mice. J Hazard Mater. 2022; 430: 128431. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128431

26. Gaspar L., Bartman S., Coppotelli G., Ross J.M. Acute Exposure to Microplastics Induced Changes in Behavior and Inflammation in Young and Old Mice. Int J Mol Sci. 2023; 24(15): 12308. https://doi.org/10.3390/ijms241512308

27. Jin H., Yang C., Jiang C., Li L., Pan M., Li D., Han X., Ding J. Evaluation of Neurotoxicity in BALB/c Mice following Chronic Exposure to Polystyrene Microplastics. Environ Health Perspect. 2022; 130(10): 107002. https://doi.org/10.1289/EHP10255

28. Amato-Lourenço L.F., Dantas K.C., Júnior G.R., Paes V.R., Ando R.A., de Oliveira Freitas R., da Costa O.M.M.M., Rabelo R.S., Soares Bispo K.C., Carvalho-Oliveira R., Mauad T. Microplastics in the Olfactory Bulb of the Human Brain. JAMA Netw Open. 2024; 7(9): e2440018. https://doi.org/10.1001/jamanetworkopen.2024.40018

29. Liang B., Huang Y., Zhong Y., Li Z., Ye R., Wang B., Zhang B., Meng H., Lin X., Du J., Hu M., Wu Q., Sui H., Yang X., Huang Z. Brain single-nucleus transcriptomics highlights that polystyrene nanoplastics potentially induce Parkinson’s disease-like neurodegeneration by causing energy metabolism disorders in mice. J Hazard Mater. 2022; 430: 128459. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128459

30. Yang Q., Dai H., Cheng Y., Wang B., Xu J., Zhang Y., Chen Y., Xu F., Ma Q., Lin F., Wang C. Oral feeding of nanoplastics affects brain function of mice by inducing macrophage IL-1 signal in the intestine. Cell Rep. 2023; 42(4): 112346. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112346