„Insgesamt würde ich die aktuellen Daten als explorativ einordnen“, sagt Prof. Dr. Frank Winkler vom Universitätsklinikum Heidelberg gegenüber dem Science Media Center Germany (SMC)2. „Sie sind geeignet, wichtige neue Forschungsfragen zu generieren, erlauben aber noch keine Schlussfolgerungen zu einer ursächlichen Rolle von Mikro- oder Nanoplastik in der Entstehung oder Progression von Hirntumoren.“
Forscher untersuchen 191 Gewebeproben mit modernster Analytik
Untersucht wurden insgesamt 191 Gewebeproben. Darunter befanden sich 156 Proben von 113 Patientinnen und Patienten mit Hirn- oder Hirnhauttumoren sowie 35 Proben von 5 verstorbenen Personen ohne neurologische bzw. onkologische Erkrankung. Die Tumorproben wurden intraoperativ unter kontrollierten Bedingungen entnommen, um exogene Kontaminationen möglichst auszuschließen.
Bei der Analyse von Mikro- und Nanoplastik kamen mehrere physikalische Verfahren zum Einsatz, die unterschiedliche Eigenschaften der Partikel erfassen:
- Die Laser-Direct-Infrared-Spektroskopie (LDIR) nutzt Infrarotlicht, um die chemische Zusammensetzung von Partikeln zu bestimmen. Da verschiedene Kunststoffe charakteristische Wellenlängen absorbieren, lassen sie sich eindeutig identifizieren – und das zerstörungsfrei.
- Ähnlich arbeitet die optische photothermale Infrarot-Spektroskopie (O-PTIR): Hier wird die Probe durch Infrarotlaser minimal erwärmt, wodurch sich je nach Material die optischen Eigenschaften verändern. Auch diese Methode liefert ein spezifisches Spektrum. Sie kann sogar Partikel unter einem Mikrometer nachweisen – ebenfalls ohne die Probe zu beeinträchtigen.
- Im Unterschied dazu ist die Pyrolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (Py-GC/MS) ein zerstörendes Verfahren. Hier wird die Probe stark erhitzt, sodass sich die Kunststoffbestandteile zersetzen. Die entstehenden Gase werden anschließend getrennt und anhand ihrer Masse identifiziert. Das erlaubt Rückschlüsse auf den jeweiligen Kunststoff.
- Ergänzend wurde die Rasterelektronenmikroskopie (REM) eingesetzt. Sie liefert hochauflösende Bilder der Partikel und gibt Aufschluss über deren Form, Oberflächenstruktur und topographische Eigenschaften.
Eine Kombination der Methoden erlaubt sowohl qualitative als auch quantitative Aussagen zu Partikelgröße, -struktur und chemischer Zusammensetzung.
Deutliche Konzentrationsunterschiede je nach Gewebe
Zu den Ergebnissen: Die Studie zeigt deutliche Unterschiede in der MNP-Belastung je nach Gewebetyp. In gesundem Hirngewebe lag die durchschnittliche Konzentration bei 50,3 µg/g, während in den Hirnhäuten gesunder Personen 60,9 µg/g gemessen wurden. Eine besonders hohe Belastung zeigte sich im peritumoralen Gewebe, etwa bei Gliomen, mit durchschnittlich 129,4 µg/g. Im eigentlichen Tumorgewebe wurden jedoch signifikant niedrigere Werte festgestellt.
„Prinzipiell sind die ... Methoden zum Nachweis von Mikro- und Nanoplastik geeignet. Die vorgestellten Ergebnisse sind aber nicht plausibel, da die angegebenen Partikel und deren Massen (viel) zu hoch sind“, so Dr. Dieter Fischer vom Leibniz-Institut für Polymerforschung in Dresden. „Wahrscheinlich ist in menschlichem Gewebe MNP vorhanden, aber sicherlich nicht in den hier berichteten Mengen (...).“ Als Grund für solche Diskrepanzen nennt er methodischen Fehler und dadurch bedingte Fehlinterpretationen bei der Identifizierung und Quantifizierung des Mikro- und Nanoplastiks.
Tumorumgebung als möglicher Akkumulationsort
Laut Studie ist die MNP-Konzentration im direkten Tumorumfeld mehr als doppelt so hoch wie im gesunden Hirngewebe. Wie kann das sein? Hier diskutieren die Autoren mehrere Hypothesen. So könnte eine durch das Tumorwachstum gestörte Blut-Hirn-Schranke das Eindringen von MNP-Partikeln erleichtern. Gleichzeitig vermuten die Wissenschaftler, dass das schnell proliferierende Tumorgewebe vorhandenes Mikroplastik gewissermaßen „verdünnt“, während es sich im weniger dynamischen Randbereich anreichert. Zudem könnten strukturelle Veränderungen und inflammatorische Prozesse im peritumoralen Gewebe die lokale Retention begünstigen. Kausale Beweise liefert die Arbeit jedoch nicht.
Oberfläche der Partikel korreliert mit Tumorwachstum
Neben der reinen Konzentration untersuchten die Forschenden auch physikalische Eigenschaften der Partikel. Dabei zeigte sich ein potenziell relevanter Zusammenhang: Eine größere Partikeloberfläche korrelierte mit einem schnelleren Tumorwachstum. Dieser Befund ist insofern wichtig, als größere Oberflächen mehr toxische Substanzen binden können, etwa Umweltgifte oder Schwermetalle. Ob diese Wechselwirkungen tumorbiologisch relevant sind, bleibt jedoch unklar.
Fragen zur Größe der Partikel bleiben offen
Experten kritisieren vor allem ein weiteres Ergebnis der Veröffentlichung: „Es ist nicht plausibel, dass die mit LDIR/O-PTIR (siehe oben) ‚gefundenen‘ Mikroplastik-Partikel – die im Durchschnitt 32 Mikrometer Durchmesser haben – aus den Gewebeproben stammen“, kommentiert Fischer. Denn sie seien auch in den Proben aus gesundem Gewebe nachgewiesen worden. „Wie sollen diese großen Partikel bei Gesunden die Blut-Hirn-Schranke überwunden haben?“, fragt sich der Fischer.
PD Dr. Eleonore Fröhlich von der Medizinischen Universität Graz wundert sich ebenfalls: „Die durchschnittliche Partikelgröße von 32 Mikrometern ist überraschend, da derartig große Partikel kaum über den Blutweg ins Gehirn gelangen können“, so ihre Einschätzung. „Es wäre hier nur die Erklärungsmöglichkeit, dass sie von medizinischen Eingriffen im Gehirn herrühren, was selten der Fall sein dürfte. Alternativ könnten diese Partikel durch Verklumpung entstanden sein.“
Kausalität oder Assoziation? Die Frage ist weiter offen
Unabhängig von solchen Fragen bleibt vor allem offen, ob MNP die Tumorentwicklung oder -progression fördert oder ob erst der Tumor zu einer erhöhten Aufnahme beziehungsweise Retention der Partikel führt.
„Für einen kausalen Zusammenhang in Richtung ,Plastik führt zur Tumorentstehung oder -progression‘ gibt es derzeit meines Erachtens keine belastbaren Daten“, kommentiert Winkler. „Theoretisch denkbare Mechanismen wären chronische Entzündung, oxidative Stressreaktionen oder Effekte auf die Blut-Hirn-Schranke.“ Auch Interaktionen mit Immunzellen oder Veränderungen der Mikroumgebung könnten eine Rolle spielen. „Allerdings bewegen wir uns hier klar im Bereich plausibler Hypothesen, nicht gesicherter Evidenz.“
Winkler: „Umgekehrt erscheint mir die Gegenrichtung – also ,der Tumor führt zu vermehrter Plastikakkumulation‘ – mindestens ebenso plausibel, wenn nicht naheliegender.“ Hirntumoren, insbesondere Gliome, gingen mit einer gestörten Blut-Hirn-Schranke, mit veränderter Gefäßpermeabilität und mit ausgeprägten Umbauprozessen der extrazellulären Matrix einher. Solche Veränderungen könnten die Anreicherung exogener Partikel im Tumor und seinem Umfeld begünstigen. Auch der erhöhte Zellaustausch durch Absterben und Zellteilung und die veränderte Gewebearchitektur könnten zu einer Anreicherung führen.
Fazit: Impulse für neue Studien
Die neuen Daten liefern trotz zahlreicher Fragen zumindest eine Grundlage für weitere neuroonkologische Arbeiten – insbesondere zur Rolle der Blut-Hirn-Schranke, zur Interaktion von MNP mit zellulären Strukturen und zu möglichen inflammatorischen Effekten. Aufgrund der hohen weltweiten Exposition mit Mikroplastik spricht viel dafür, Details weiter zu untersuchen.
Der Beitrag ist im Original auf Medscape.de erschienen. 
