Rủi ro tiềm ẩn của nhựa phân hủy sinh học: Nhóm của Giáo sư Jiang Hui tại Đại học Bắc Kinh lần đầu tiên báo cáo về độc tính sinh sản do vi nhựa/nano polylactic axit gây ra

Việc sử dụng nhựa rộng rãi đã góp phần đáng kể vào sự tiến bộ của nền văn minh công nghiệp và phát triển kinh tế, nhưng nó cũng dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là do vi nhựa (MP) và nano nhựa (NP) đã trở nên phổ biến trong môi trường của con người. Các nghiên cứu hiện tại cho thấy lượng hạt vi nhựa trung bình mà con người hấp thụ là khoảng 0,1 đến 5 gam mỗi tuần, làm dấy lên mối lo ngại về các rủi ro tiềm ẩn đối với sức khỏe.

Để giảm thiểu ô nhiễm nhựa, nhựa phân hủy sinh học đã được giới thiệu như là giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho nhựa truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ. Axit polylactic (PLA) là loại nhựa phân hủy sinh học được sản xuất và tiêu thụ rộng rãi nhất trên toàn cầu, được sử dụng trong bao bì thực phẩm, đồ dùng dùng một lần và làm chất mang thuốc trong các ứng dụng y sinh. Mặc dù PLA được coi là loại nhựa "thân thiện với môi trường", các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc ăn phải nó có thể gây viêm và PLA có thể tạo ra nhiều vi nhựa hơn trong quá trình phân hủy so với nhựa truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ, cho thấy những rủi ro tiềm ẩn cần được điều tra thêm.

Ngày 27 tháng 1 năm 2025, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Jiang Hui tại Bệnh viện số 1 của Đại học Bắc Kinh đã công bố một bài báo nghiên cứu trên tạp chí khoa học vật liệu có uy tínACS Nano, có tiêu đề "Phơi nhiễm vi nhựa/nano axit polylactic gây ra độc tính sinh sản ở nam giới bằng cách phá vỡ quá trình sinh tinh và rối loạn chức năng ty thể ở chuột." Nghiên cứu này lần đầu tiên tiết lộ độc tính sinh sản của vi nhựa/nano PLA (PLA-MP/NP) ở chuột đực, cho thấy cơ chế độc hại có thể tương tự như cơ chế của vi nhựa gốc dầu mỏ truyền thống. Những phát hiện này cung cấp cơ sở lý thuyết để đánh giá rủi ro môi trường của nhựa phân hủy sinh học.

Vô sinh là vấn đề sức khỏe cộng đồng toàn cầu và là căn bệnh nan y đứng thứ ba trên thế giới, sau ung thư và bệnh tim mạch. Oligozoospermia (số lượng tinh trùng thấp) là một trong những nguyên nhân chính gây vô sinh ở nam giới và ô nhiễm môi trường được coi là một yếu tố quan trọng góp phần làm giảm khả năng sinh sản của nam giới. Do đó, tác động của các chất ô nhiễm môi trường đến sức khỏe sinh sản đã trở thành chủ đề được quan tâm rộng rãi. Các nghiên cứu trước đây của nhóm nghiên cứu của Jiang Hui đã xác nhận sự hiện diện của vi nhựa trong hệ thống sinh sản của nam giới và đã chỉ ra rằng vi nhựa polystyrene (PS) truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ có thể gây tổn thương tinh hoàn ở nam giới trước tuổi dậy thì, đe dọa đến khả năng sinh sản. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về tác động của PLA đối với chức năng sinh sản của nam giới. Do đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu độc tính đường uống lặp lại trong 56 ngày trên chuột bằng cách sử dụng liều lượng liên quan đến môi trường (10 mg/kg/ngày, 100 mg/kg/ngày) và liều lượng nhận dạng nguy cơ (1000 mg/kg/ngày) của vi nhựa PLA (PLA-MP) để tìm hiểu độc tính sinh sản của việc tiếp xúc với PLA-MP ở chuột đực.

Kết quả cho thấy PLA-MP sau khi được hấp thụ vào cơ thể đã xâm nhập vào hàng rào máu-tinh hoàn qua mạch máu và tích tụ trong môi trường vi mô của tinh hoàn. Sự tích tụ này gây ra độc tính sinh sản đáng kể, bao gồm giảm số lượng tinh trùng, giảm khả năng vận động của tinh trùng, tăng dị tật tinh trùng và mất cân bằng nội tiết tố. Hơn nữa, xét nghiệm mô bệnh học cho thấy sự thoái hóa của ống sinh tinh, mất tế bào mầm và phá vỡ mô biểu mô sinh sản. Đáng chú ý, sự mở rộng của không gian sinh tinh và sự biến mất hoàn toàn của tinh trùng trong một số ống sinh tinh cho thấy tổn thương cấu trúc nghiêm trọng ở tinh hoàn. Những phát hiện này ủng hộ giả thuyết rằng việc tiếp xúc với PLA-MP gây ra độc tính sinh sản ở chuột đực.

Rối loạn chức năng ty thể là một cơ chế quan trọng gây độc do các chất ô nhiễm môi trường gây ra và tổn thương ty thể được coi là cơ chế chính gây độc do vi nhựa. Nghiên cứu phát hiện ra rằng sau khi tiếp xúc với PLA-MP, các hạt được nội hóa và tích tụ trong ty thể của tế bào. PLA-MP nội hóa gây ra những thay đổi về hình thái trong ty thể, chẳng hạn như sưng tấy, tăng kích thước, hình thành không bào và hình thành mào ống, cùng với sự xuất hiện của các thể tự thực ty thể. Nồng độ các loài oxy phản ứng (ROS), một chỉ số quan trọng của stress oxy hóa, được phát hiện tăng theo liều lượng và rối loạn chức năng ty thể do nồng độ ROS tăng cao làm trầm trọng thêm stress oxy hóa, tạo ra một vòng luẩn quẩn của tổn thương ty thể liên tục. Để đánh giá tác động của việc tiếp xúc với PLA-MP đối với chức năng ty thể, nhóm nghiên cứu đã đánh giá các chỉ số về tính toàn vẹn của ty thể, bao gồm nồng độ Ca2+, sản xuất ATP và điện thế màng ty thể (MMP) trong tế bào sinh tinh GC-2. Kết quả cho thấy việc tiếp xúc với PLA-MP làm giảm nồng độ MMP và ATP trong khi làm tăng đáng kể nồng độ Ca2+ nội bào, cho thấy rối loạn chức năng ty thể có thể là một chỉ báo nhạy cảm về độc tính sinh sản do PLA-MP gây ra.

Vỏ ty thể là thành phần quan trọng của đuôi tinh trùng, cần thiết để duy trì khả năng vận động của tinh trùng. Những bất thường về cấu trúc ở vỏ ty thể có thể dẫn đến vô sinh ở nam giới. Để tìm hiểu xem các hạt PLA có xâm nhập vào tinh trùng và gây tổn thương vỏ ty thể hay không, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua để quan sát cấu trúc siêu nhỏ của phần giữa tinh trùng. Đúng như dự đoán, họ phát hiện ra rằng một số lượng nhất định các hạt PLA có kích thước nanomet bám vào phần giữa tinh trùng. Đáng chú ý, các hạt nano PLA thậm chí còn xâm nhập vào bên trong tinh trùng và đến được vỏ ty thể, tham gia vào quá trình phân hủy ty thể. Ngoài ra, PLA phá vỡ cân bằng oxy hóa khử bên trong tinh trùng và gây ra stress oxy hóa, dẫn đến tổn thương cả cấu trúc và chức năng của ty thể tinh trùng.

Để tiếp tục nghiên cứu các cơ chế phân tử cơ bản gây ra độc tính sinh sản do PLA-MP gây ra, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích phiên mã mô tinh hoàn từ nhóm tiếp xúc liều cao. Kết quả cho thấy PLA-MP làm giảm đáng kể biểu hiện của một số gen chính liên quan đến quá trình sinh tinh (ví dụ: C3, Pde7b, Wt1 và Dkk3) và ảnh hưởng đến các con đường liên quan đến chức năng ty thể, chẳng hạn như vận chuyển ion canxi. Những phát hiện này cho thấy rằng tiếp xúc với PLA-MP dẫn đến suy giảm quá trình sinh tinh và làm trầm trọng thêm độc tính sinh sản bằng cách ức chế biểu hiện của các gen chính liên quan đến quá trình phát triển tinh trùng.

Tóm lại, nghiên cứu này cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy vi nhựa/nano polylactic acid (PLA) gây ra độc tính sinh sản ở chuột đực bằng cách phá vỡ quá trình sinh tinh và gây ra rối loạn chức năng ty thể. Kết quả chứng minh rằng vi nhựa PLA xâm nhập vào hàng rào máu-tinh hoàn, tích tụ trong môi trường vi mô của tinh hoàn và gây ra stress oxy hóa, mất cân bằng hormone và rối loạn phát triển tinh hoàn ở chuột. Hơn nữa, quá trình phân hủy vi nhựa PLA thành nano nhựa có thể xâm nhập vào ty thể của tinh trùng, gây tổn thương ty thể, cho thấy rối loạn chức năng ty thể là một cơ chế chính và là chỉ báo sớm về độc tính sinh sản do PLA gây ra.

Nhìn chung, nghiên cứu này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tác động độc hại của vi nhựa phân hủy sinh học đối với sức khỏe con người và cung cấp những hiểu biết mới để đánh giá rủi ro sức khỏe của nhựa phân hủy sinh học. Vì PLA thường được quảng cáo là loại nhựa "thân thiện với môi trường", nên quá trình chuyển đổi sinh học, phân phối sinh học và các tác động độc hại tiềm ẩn ở người của nó cần được quan tâm nhiều hơn nữa.

Các tác giả liên hệ của bài báo bao gồm Giáo sư Jiang Hui từ Bệnh viện số 1 của Đại học Bắc Kinh, Giáo sư Zhang Zhe từ Bệnh viện số 3 của Đại học Bắc Kinh và Tiến sĩ Li Yuanyuan từ Viện Khoa học Sinh thái và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Tiến sĩ Zhao Qiancheng từ Bệnh viện số 1 của Đại học Bắc Kinh là tác giả đầu tiên, với Tiến sĩ Fang Zishui (nghiên cứu viên sau tiến sĩ) và Tiến sĩ Wang Pengcheng (Bệnh viện số 3 của Đại học Bắc Kinh) là đồng tác giả đầu tiên.