Los riesgos potenciales de los plásticos biodegradables: el equipo del profesor Jiang Hui en la Universidad de Pekín informa por primera vez sobre la toxicidad reproductiva inducida por micro/nanoplásticos de ácido poliláctico

El uso generalizado de plásticos ha contribuido significativamente al avance de la civilización industrial y al desarrollo económico, pero también ha provocado una grave contaminación ambiental, en particular debido a los microplásticos (MP) y los nanoplásticos (NP), que se han vuelto omnipresentes en el entorno humano. Estudios existentes muestran que la ingesta humana promedio de partículas microplásticas es de aproximadamente 0,1 a 5 gramos por semana, lo que genera preocupación por sus posibles riesgos para la salud.

Para mitigar la contaminación plástica, se han introducido plásticos biodegradables como alternativas ecológicas a los plásticos tradicionales derivados del petróleo. El ácido poliláctico (PLA) es el plástico biodegradable más producido y consumido a nivel mundial, y se utiliza en envases de alimentos, vajillas desechables y como vehículo para la administración de fármacos en aplicaciones biomédicas. Si bien el PLA se considera un plástico "ecológico", estudios han demostrado que su ingestión puede causar inflamación, y que el PLA puede generar más microplásticos durante su degradación que los plásticos tradicionales derivados del petróleo, lo que indica riesgos potenciales que justifican una mayor investigación.

El 27 de enero de 2025, el equipo del profesor Jiang Hui en el Primer Hospital de la Universidad de Pekín publicó un artículo de investigación en la prestigiosa revista de ciencia de materialesACS Nano, titulado "La exposición a micro/nanoplásticos de ácido poliláctico induce toxicidad reproductiva masculina al interrumpir la espermatogénesis y la disfunción mitocondrial en ratones". Este estudio reveló por primera vez la toxicidad reproductiva de los micro/nanoplásticos de PLA (PLA-MP/NP) en ratones machos, lo que sugiere que los mecanismos tóxicos podrían ser similares a los de los microplásticos tradicionales derivados del petróleo. Estos hallazgos proporcionan una base teórica para evaluar los riesgos ambientales de los plásticos biodegradables.

La infertilidad es un problema de salud pública mundial y la tercera enfermedad persistente más importante a nivel mundial, después del cáncer y las enfermedades cardiovasculares. La oligozoospermia (bajo recuento de espermatozoides) es una de las principales causas de infertilidad masculina, y la contaminación ambiental se considera un factor importante que contribuye a la reducción de la fertilidad masculina. En consecuencia, los efectos de los contaminantes ambientales en la salud reproductiva se han convertido en un tema de preocupación generalizada. Estudios previos del equipo de Jiang Hui han confirmado la presencia de microplásticos en el sistema reproductivo masculino, y se ha demostrado que los microplásticos tradicionales de poliestireno (PS) derivados del petróleo pueden causar daño testicular en varones prepúberes, lo que pone en peligro la fertilidad. Sin embargo, se sabe poco sobre los efectos del PLA en la función reproductiva masculina. Por lo tanto, el equipo de investigación realizó un estudio de toxicidad oral repetida de 56 días en ratones utilizando dosis ambientales relevantes (10 mg/kg/día, 100 mg/kg/día) y dosis de identificación de peligro (1000 mg/kg/día) de microplásticos PLA (PLA-MP) para explorar la toxicidad reproductiva de la exposición a PLA-MP en ratones machos.

Los resultados mostraron que la PLA-MP, tras ser absorbida por el organismo, atravesó la barrera hematotesticular a través del torrente sanguíneo y se acumuló en el microambiente testicular. Esta acumulación indujo una toxicidad reproductiva significativa, que incluyó una reducción del recuento de espermatozoides, una disminución de su motilidad, un aumento de sus deformidades y desequilibrios hormonales. Además, el examen histopatológico reveló degeneración de los túbulos seminíferos, pérdida de células germinales y alteración del tejido epitelial reproductivo. Cabe destacar que el agrandamiento del espacio espermatogénico y la desaparición completa de los espermatozoides en algunos túbulos seminíferos indicaron un daño estructural grave en el testículo. Estos hallazgos respaldan la hipótesis de que la exposición a PLA-MP induce toxicidad reproductiva en ratones macho.

La disfunción mitocondrial es un mecanismo crítico de toxicidad inducida por contaminantes ambientales, y el daño mitocondrial se considera un mecanismo clave de toxicidad inducida por microplásticos. El estudio encontró que después de la exposición a PLA-MP, las partículas se internalizaron y acumularon en las mitocondrias de las células. El PLA-MP internalizado causó cambios morfológicos en las mitocondrias, como hinchazón, aumento de tamaño, vacuolización y la formación de crestas tubulares, junto con la aparición de autofagosomas mitocondriales. Se encontró que los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS), un indicador importante de estrés oxidativo, aumentaron de manera dosis-dependiente, y la disfunción mitocondrial inducida por niveles elevados de ROS exacerbó aún más el estrés oxidativo, creando un círculo vicioso de daño mitocondrial continuo. Para evaluar el impacto de la exposición a PLA-MP en la función mitocondrial, el equipo evaluó indicadores de integridad mitocondrial, incluyendo los niveles de Ca2+, la producción de ATP y el potencial de membrana mitocondrial (MMP) en espermatocitos GC-2. Los resultados mostraron que la exposición a PLA-MP redujo los niveles de MMP y ATP mientras aumentaba significativamente los niveles intracelulares de Ca2+, lo que sugiere que la disfunción mitocondrial podría ser un indicador sensible de la toxicidad reproductiva inducida por PLA-MP.

La vaina mitocondrial es un componente crítico de la cola del espermatozoide, esencial para mantener su movilidad. Las anomalías estructurales en la vaina mitocondrial pueden provocar infertilidad masculina. Para investigar si las partículas de PLA penetran en los espermatozoides y dañan la vaina mitocondrial, el equipo de investigación utilizó microscopía electrónica de transmisión para observar la ultraestructura de las piezas intermedias del espermatozoide. Como era de esperar, descubrieron que un cierto número de partículas nanométricas de PLA se adhirieron a la pieza intermedia del espermatozoide. Cabe destacar que las nanopartículas de PLA incluso penetraron en el interior del espermatozoide y alcanzaron la vaina mitocondrial, participando en el proceso de desintegración mitocondrial. Además, el PLA alteró la homeostasis redox dentro del espermatozoide y desencadenó estrés oxidativo, lo que resultó en daños tanto a la estructura como a la función de las mitocondrias del espermatozoide.

Para investigar más a fondo los mecanismos moleculares subyacentes a la toxicidad reproductiva inducida por PLA-MP, el equipo de investigación realizó un análisis transcriptómico del tejido testicular del grupo de exposición a dosis altas. Los resultados revelaron que PLA-MP disminuyó significativamente la expresión de varios genes clave relacionados con la espermatogénesis (p. ej., C3, Pde7b, Wt1 y Dkk3) y afectó a las vías asociadas con la función mitocondrial, como el transporte de iones calcio. Estos hallazgos sugieren que la exposición a PLA-MP provoca una alteración de la espermatogénesis y agrava la toxicidad reproductiva al inhibir la expresión de genes clave involucrados en el desarrollo de los espermatozoides.

En conclusión, este estudio proporciona la primera evidencia de que los microplásticos/nanoplásticos de ácido poliláctico (PLA) inducen toxicidad reproductiva en ratones macho al interrumpir la espermatogénesis y causar disfunción mitocondrial. Los resultados demuestran que los microplásticos de PLA penetran la barrera hematotesticular, se acumulan en el microambiente testicular e inducen estrés oxidativo, desequilibrios hormonales y trastornos del desarrollo testicular en ratones. Además, la degradación de los microplásticos de PLA a nanoplásticos puede penetrar las mitocondrias de los espermatozoides, causando daño mitocondrial, lo que sugiere que la disfunción mitocondrial es un mecanismo clave y un indicador temprano de la toxicidad reproductiva inducida por PLA.

En general, esta investigación mejora nuestra comprensión de los efectos toxicológicos de los microplásticos biodegradables en la salud humana y proporciona nuevos conocimientos para evaluar los riesgos para la salud que presentan los plásticos biodegradables. Dado que el PLA se promociona comúnmente como un plástico "ecológico", su biotransformación, biodistribución y posibles efectos toxicológicos en humanos merecen mayor atención.

Los autores correspondientes del artículo incluyen al profesor Jiang Hui, del Primer Hospital de la Universidad de Pekín; el profesor Zhang Zhe, del Tercer Hospital de la Universidad de Pekín; y el Dr. Li Yuanyuan, del Instituto de Ecología y Ciencias Ambientales de la Academia China de Ciencias. El Dr. Zhao Qiancheng, del Primer Hospital de la Universidad de Pekín, es el primer autor, y el Dr. Fang Zishui (investigador postdoctoral) y el Dr. Wang Pengcheng (Tercer Hospital de la Universidad de Pekín) son coautores.