المخاطر المحتملة للبلاستيك القابل للتحلل الحيوي: فريق البروفيسور جيانج هوي في جامعة بكين يقدم تقريرًا لأول مرة عن السمية التناسلية الناجمة عن البلاستيك النانوي/المايكرو المصنوع من حمض البوليلاكتيك

ساهم الاستخدام الواسع النطاق للبلاستيك بشكل كبير في تقدم الحضارة الصناعية والتنمية الاقتصادية، إلا أنه أدى أيضًا إلى تلوث بيئي خطير، لا سيما بسبب الجسيمات البلاستيكية الدقيقة (MP) والنانوية (NP) التي أصبحت منتشرة في البيئات البشرية. تشير الدراسات الحالية إلى أن متوسط ​​استهلاك الإنسان من جسيمات البلاستيك الدقيقة يتراوح بين 0.1 و5 غرامات أسبوعيًا، مما يثير مخاوف بشأن المخاطر الصحية المحتملة.

للحد من تلوث البلاستيك، طُرِحَت البلاستيكات القابلة للتحلل الحيوي كبدائل صديقة للبيئة للبلاستيك التقليدي المشتق من البترول. يُعد حمض البولي لاكتيك (PLA) أكثر أنواع البلاستيك القابل للتحلل الحيوي إنتاجًا واستهلاكًا عالميًا، ويُستخدم في تغليف المواد الغذائية وأدوات المائدة التي تُستخدم لمرة واحدة، وكناقل لتوصيل الأدوية في التطبيقات الطبية الحيوية. ورغم أن حمض البولي لاكتيك يُعتبر بلاستيكًا "صديقًا للبيئة"، فقد أظهرت الدراسات أن تناوله قد يُسبب التهابًا، وقد يُنتج جزيئات بلاستيكية دقيقة أكثر أثناء التحلل مقارنةً بالبلاستيك التقليدي المشتق من البترول، مما يُشير إلى مخاطر محتملة تستدعي مزيدًا من البحث.

في 27 يناير 2025، نشر فريق البروفيسور جيانغ هوي في مستشفى جامعة بكين الأول ورقة بحثية في مجلة علوم المواد الموثوقةACS نانوبعنوان "التعرض لحمض البولي لاكتيك المجهري/النانوي يُسبب سمية تكاثرية للذكور عن طريق تعطيل تكوين الحيوانات المنوية وخلل الميتوكوندريا لدى الفئران". كشفت هذه الدراسة، ولأول مرة، عن السمية التكاثرية لـ PLA المجهري/النانوي (PLA-MP/NP) لدى ذكور الفئران، مما يشير إلى أن آليات السمية قد تكون مشابهة لتلك الخاصة بالبلاستيك الدقيق التقليدي المُستخرج من البترول. تُوفر هذه النتائج أساسًا نظريًا لتقييم المخاطر البيئية للبلاستيك القابل للتحلل الحيوي.

يُعد العقم مشكلة صحية عامة عالمية، وهو ثالث أكثر الأمراض المستعصية شيوعًا في العالم، بعد السرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية. يُعد نقص الحيوانات المنوية (قلة عدد الحيوانات المنوية) أحد الأسباب الرئيسية لعقم الرجال، ويُعتبر التلوث البيئي عاملًا مهمًا يُسهم في انخفاض خصوبة الرجال. ونتيجةً لذلك، أصبحت آثار الملوثات البيئية على الصحة الإنجابية موضع قلق واسع النطاق. وقد أكدت دراسات سابقة أجراها فريق جيانغ هوي وجود جسيمات بلاستيكية دقيقة في الجهاز التناسلي الذكري، وتبين أن جسيمات البلاستيك الدقيقة التقليدية المصنوعة من البوليسترين (PS) المشتقة من البترول يمكن أن تُسبب تلفًا في الخصيتين لدى الذكور قبل سن البلوغ، مما يُهدد الخصوبة. ومع ذلك، لا يُعرف الكثير عن آثار PLA على الوظيفة الإنجابية للذكور. لذلك، أجرى فريق البحث دراسة سمية فموية متكررة لمدة 56 يومًا في الفئران باستخدام جرعات ذات صلة بالبيئة (10 مجم / كجم / يوم، 100 مجم / كجم / يوم) وجرعات تحديد المخاطر (1000 مجم / كجم / يوم) من جزيئات البلاستيك الدقيقة PLA (PLA-MP) لاستكشاف السمية الإنجابية للتعرض لـ PLA-MP في الفئران الذكور.

أظهرت النتائج أن PLA-MP، بعد امتصاصه في الجسم، اخترق حاجز الدم والخصية عبر مجرى الدم وتراكم في البيئة الدقيقة للخصية. أدى هذا التراكم إلى سمية تناسلية ملحوظة، شملت انخفاضًا في عدد الحيوانات المنوية، وضعفًا في حركتها، وزيادة تشوهات الحيوانات المنوية، واختلالات هرمونية. علاوة على ذلك، كشف الفحص النسيجي المرضي عن تنكس الأنابيب المنوية، وفقدان الخلايا الجرثومية، وتمزق النسيج الظهاري التناسلي. والجدير بالذكر أن توسع الحيز المنوي واختفاء الحيوانات المنوية تمامًا في بعض الأنابيب المنوية يشيران إلى تلف هيكلي شديد في الخصية. تدعم هذه النتائج فرضية أن التعرض لـ PLA-MP يسبب سمية تناسلية لدى ذكور الفئران.

يُعدّ خلل الميتوكوندريا آليةً حاسمةً للسمية الناتجة عن الملوثات البيئية، ويُعتبر تلف الميتوكوندريا آليةً رئيسيةً للسمية الناتجة عن البلاستيك الدقيق. وجدت الدراسة أنه بعد التعرض لـ PLA-MP، تم استيعاب الجسيمات وتراكمها في ميتوكوندريا الخلايا. تسبب PLA-MP المُستوعب في تغيرات مورفولوجية في الميتوكوندريا، مثل التورم وزيادة الحجم وتكوُّن الفجوات وتكوين أعراف أنبوبية، إلى جانب ظهور جسيمات الالتهام الذاتي للميتوكوندريا. وُجد أن مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، وهي مؤشر مهم للإجهاد التأكسدي، تزداد بشكل يعتمد على الجرعة، وأن الخلل الوظيفي للميتوكوندريا الناجم عن ارتفاع مستويات ROS يزيد من تفاقم الإجهاد التأكسدي، مما يخلق حلقة مفرغة من تلف الميتوكوندريا المستمر. لتقييم تأثير التعرض لـ PLA-MP على وظيفة الميتوكوندريا، قام الفريق بتقييم مؤشرات سلامة الميتوكوندريا، بما في ذلك مستويات Ca2+، وإنتاج ATP، وجهد غشاء الميتوكوندريا (MMP) في الخلايا المنوية GC-2. أظهرت النتائج أن التعرض لـ PLA-MP قلل من مستويات MMP وATP، بينما زاد بشكل ملحوظ من مستويات Ca2+ داخل الخلايا، مما يشير إلى أن خلل الميتوكوندريا قد يكون مؤشرًا حساسًا على السمية التناسلية الناجمة عن PLA-MP.

يُعدّ غمد الميتوكوندريا مكونًا أساسيًا في ذيل الحيوان المنوي، وهو ضروري للحفاظ على حركته. يمكن أن تؤدي التشوهات الهيكلية في غمد الميتوكوندريا إلى العقم عند الذكور. وللتحقق مما إذا كانت جزيئات PLA تخترق الحيوانات المنوية وتتسبب في تلف غمد الميتوكوندريا، استخدم فريق البحث المجهر الإلكتروني النافذ لمراقبة البنية الدقيقة للأجزاء الوسطى من الحيوان المنوي. وكما هو متوقع، وجدوا أن عددًا معينًا من جزيئات PLA النانوية الحجم قد التصقت بالجزء الأوسط من الحيوان المنوي. والجدير بالذكر أن جسيمات PLA النانوية اخترقت حتى داخل الحيوان المنوي ووصلت إلى غمد الميتوكوندريا، وشاركت في عملية تفكك الميتوكوندريا. بالإضافة إلى ذلك، عطل PLA توازن الأكسدة والاختزال داخل الحيوان المنوي وحفز الإجهاد التأكسدي، مما أدى إلى تلف كل من بنية ووظيفة ميتوكوندريا الحيوان المنوي.

لمزيد من البحث في الآليات الجزيئية الكامنة وراء السمية التناسلية التي يسببها PLA-MP، أجرى فريق البحث تحليلًا نسخيًا لأنسجة الخصية من مجموعة التعرض لجرعات عالية. كشفت النتائج أن PLA-MP خفّض بشكل ملحوظ التعبير عن العديد من الجينات الرئيسية المرتبطة بتكوين الحيوانات المنوية (مثل C3، وPde7b، وWt1، وDkk3)، وأثر على المسارات المرتبطة بوظيفة الميتوكوندريا، مثل نقل أيونات الكالسيوم. تشير هذه النتائج إلى أن التعرض لـ PLA-MP يؤدي إلى ضعف تكوين الحيوانات المنوية ويزيد من السمية التناسلية عن طريق تثبيط التعبير عن الجينات الرئيسية المشاركة في نمو الحيوانات المنوية.

في الختام، تُقدم هذه الدراسة أول دليل على أن جزيئات البلاستيك الدقيقة/النانوية من حمض البولي لاكتيك (PLA) تُسبب سمية تكاثرية لدى ذكور الفئران، وذلك بتعطيل عملية تكوين الحيوانات المنوية والتسبب في خلل في الميتوكوندريا. وتُظهر النتائج أن جزيئات البلاستيك الدقيقة من حمض البولي لاكتيك تخترق حاجز الدم والخصية، وتتراكم في البيئة الدقيقة للخصية، وتُسبب الإجهاد التأكسدي، واختلال التوازن الهرموني، واضطرابات نمو الخصية لدى الفئران. علاوة على ذلك، فإن تحلل جزيئات البلاستيك الدقيقة من حمض البولي لاكتيك إلى جزيئات بلاستيكية نانوية يُمكن أن يخترق ميتوكوندريا الحيوانات المنوية، مُسببًا تلفها، مما يُشير إلى أن خلل الميتوكوندريا هو آلية رئيسية ومؤشر مُبكر على السمية التكاثرية التي يُسببها حمض البولي لاكتيك.

بشكل عام، يُعزز هذا البحث فهمنا للآثار السمية للبلاستيك الدقيق القابل للتحلل الحيوي على صحة الإنسان، ويُقدم رؤى جديدة لتقييم المخاطر الصحية للبلاستيك القابل للتحلل الحيوي. ونظرًا لأن بولي لاكتيك يُروج له عادةً على أنه بلاستيك "صديق للبيئة"، فإن تحوله الحيوي، وتوزيعه الحيوي، وآثاره السمية المحتملة على البشر تستحق مزيدًا من الاهتمام.

شارك في كتابة البحث البروفيسور جيانغ هوي من مستشفى جامعة بكين الأول، والبروفيسور تشانغ تشي من مستشفى جامعة بكين الثالث، والدكتور لي يوان يوان من معهد علوم البيئة والبيئة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. الدكتور تشاو تشيانتشنغ من مستشفى جامعة بكين الأول هو المؤلف الرئيسي، والدكتور فانغ زيشوي (باحث ما بعد الدكتوراه) والدكتور وانغ بينغتشنغ (مستشفى جامعة بكين الثالث) كمؤلفين رئيسيين مشاركين.