Microplastics in human blood: Polymer types, concentrations and characterisation using μFTIR
인간 혈액 내 미세플라스틱: μFTIR을 사용한 폴리머 유형, 농도 및 특성 분석
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Abstract 초록
Microplastics (MPs) are an everyday part of life, and are now ubiquitous in the environment. Crucially, MPs have not just been found within the environment, but also within human bodies, including the blood. We aimed to provide novel information on the range of MP polymer types present, as well as their size and shape characteristics, in human whole blood from 20 healthy volunteers. Twenty-four polymer types were identified from 18 out of 20 (90 %) donors and quantified in blood, with the majority observed for the first time. Using an LOQ approach, five polymer types met the threshold with a lower mean ± SD of 2466 ± 4174 MP/L. The concentrations of plastics analysed in blood samples ranged from 1.84 − 4.65 μg/mL. Polyethylene (32 %), ethylene propylene diene (14 %), and ethylene–vinyl-acetate/alcohol (12 %) fragments were the most abundant. MP particles that were identified within the blood samples had a mean particle length of 127.99 ± 293.26 µm (7–3000 µm), and a mean particle width of 57.88 ± 88.89 µm (5–800 µm). The MPs were predominantly categorised as fragments (88 %) and were white/clear (79 %). A variety of plastic additive chemicals were identified including endocrine disrupting-classed phthalates. The procedural blank samples comprised 7 polymer types, that were distinct from those identified in blood, mainly resin (25 %), polyethylene terephthalate (17 %), and polystyrene (17 %) with a mean ± SD of 4.80 ± 5.59 MP/L. This study adds to the growing evidence that MPs are taken up into the human body and are transported via the bloodstream. The shape and sizes of the particles raise important questions with respect to their presence and associated hazards in terms of potential detrimental impacts such as vascular inflammation, build up within major organs, and changes to either immune cell response, or haemostasis and thrombosis.
미세플라스틱(MP)은 일상 생활의 일부이며 이제 환경 곳곳에 존재합니다. 결정적으로 MP는 환경 내에서만 발견되는 것이 아니라 혈액을 포함한 인체 내에서도 발견됩니다. 우리는 20명의 건강한 지원자의 인간 전혈에 존재하는 MP 폴리머 유형의 범위와 크기 및 모양 특성에 대한 새로운 정보를 제공하는 것을 목표로 했습니다. 기증자 20명 중 18명(90%)으로부터 24가지 폴리머 유형이 확인되었으며 #혈액 에서 정량화되었으며, 대부분이 처음으로 관찰되었습니다. LOQ 접근법을 사용하여 5가지 폴리머 유형이 2466 ± 4174 MP/L의 더 낮은 평균 ± SD로 임계값을 충족했습니다. 혈액 샘플에서 분석된 플라스틱 농도는 1.84~4.65 μg/mL 범위였습니다. 폴리에틸렌(32%), 에틸렌 프로필렌 디엔(14%) 및 에틸렌-비닐-아세테이트/알코올(12%) 조각이 가장 풍부했습니다. 혈액 샘플 내에서 확인된 MP 입자의 평균 입자 길이는 127.99±293.26 μm(7~3000 μm), 평균 입자 폭은 57.88±88.89μm(5~800μm)입니다. MP는 주로 단편(88%)으로 분류되었으며 흰색/투명(79%)이었습니다. 내분비계 교란 물질로 분류되는 프탈레이트를 포함하여 다양한 플라스틱 첨가 화학물질이 확인되었습니다. 절차상 블랭크 샘플은 혈액에서 확인된 것과 다른 7가지 폴리머 유형으로 구성되었으며, 주로 수지(25%), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(17%) 및 폴리스티렌(17%)으로 평균 ± SD는 4.80 ± 5.59 MP/L입니다. . 이 연구는 MP가 인체에 흡수되어 혈류를 통해 운반된다는 점점 더 많은 증거를 추가합니다. 입자의 모양과 크기는 혈관 염증, 주요 기관 내 축적, 면역 세포 반응 또는 지혈 및 혈전증의 변화와 같은 잠재적인 해로운 영향 측면에서 입자의 존재 및 관련 위험과 관련하여 중요한 질문을 제기합니다.
Graphical abstract
Keywords
#Microplastic #Human blood #Human #μFTIR #Phthalate
1. Introduction
Microplastics (MPs) are defined as synthetic plastic particles that typically range between 1 µm and 5 mm in diameter (Hartmann et al., 2019), and can be categorised as primary or secondary (Cole et al., 2011). Primary MPs are intentionally manufactured for commercial use while secondary MPs are generated via the weathering and breakdown of larger plastics (Cole et al., 2011). MPs have been identified across multiple environments including the air (O’Brien et al., 2023), soil (Yang et al., 2021), the food chain (Manum et al., 2023), and drinking water (Li et al., 2022). This means that the potential for human exposure to MPs is significant (Zhu et al., 2023). Indeed, MPs have already been found in an ever-increasing variety of human tissues from the initial detection in stool samples (Schwabl et al., 2019) and cadaver lung tissues (Amato-Lourenço et al., 2021), to more recently analysed patient samples from lung (Jenner et al., 2022), colon (Ibrahim et al., 2021), liver (Horvatis et al., 2022), placenta (Ragusa et al., 2021), breast milk (Ragusu et al., 2022), vein (Rotchell et al., 2023), and testis/sperm (Zhao et al., 2023a). Given this expanding field of research one of the likely routes for MPs to travel through the body and accumulate in different human tissues and organs is via the bloodstream (Dong et al., 2023). The most likely route to enter the blood is via diet/gut but there are certainly two additional routes of exposure: inhaled MPs crossing the lung to the bloodstream (Jenner et al., 2022) or during surgery directly into the bloodstream as airborne fallout or from spallation of medical equipment (Field et al., 2022).
Importantly, a subset of MP polymers has been previously identified within human blood (Leslie et al., 2022). Leslie et al., (2022) used a pyrolysis–gas chromatography/mass spectrometry (pyrolysis-GC/MS) methodological approach to identify the presence of five MP polymer types; polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), polymerized styrene (PS), polyethylene (PE) and polyethylene terephthalate (PET) in 17 out of 22 (77 %) of the human blood samples. Importantly, although the presence of MPs was identified there was no information on MP particle size, shape or the presence of diverse polymer types or additives due to the limitations of the analytical method used.
The clinical implications of the presence of MPs within the human body are not known. However, there is evidence to suggest that the shape and size of MPs are crucial characteristics in determining their potential toxicity measured as inflammation, oxidative stress, and barrier integrity (for review: Danopoulos et al., 2022). For example, nano-sized particles have been noted to induce or reduce platelet aggregation, thrombus formation, and coagulation dependent on their coating (Nemmar et al., 2002, Bihari et al., 2010, Griffin et al., 2018), MPs however, are less well characterised. Cell-based and animal studies to date have linked MP exposure to reproduction toxicity in mice (Liu et al., 2022), inflammation in mice and humans (Li et al., 2020; Yan et al., 2021), developmental and endocrine disorders in mice (Zhao et al., 2023b), genomic instability (Çobanoğlu et al., 2021) and increased cardiovascular risk (Tadic et al., 2018, Zhu et al., 2023). However, these various investigations did not have the benefit of knowing precisely which types of MP polymers and their size/shape characteristics to employ an environmentally-relevant exposure regime.
This study aimed to identify as large a range of MPs polymer types present within the blood as possible. Using an μFTIR microscopy technique, we also aimed to add important information regarding the size and shape of the MP particles identified, as well as the presence of any chemical additives commonly associated with the manufacture of plastics. This allows a deeper understanding of the characteristics of MPs present in the blood and therefore facilitates a better understanding of how our cells may respond to the presence of these MPs.
미세플라스틱(MP)은 일반적으로 직경이 1μm에서 5mm 사이인 합성 플라스틱 입자로 정의되며(Hartmann et al., 2019), 1차 또는 2차로 분류될 수 있습니다(Cole et al., 2011). 1차 MP는 상업적 사용을 위해 의도적으로 제조되는 반면, 2차 MP는 더 큰 플라스틱의 풍화 및 분해를 통해 생성됩니다(Cole et al., 2011). MP는 공기(O'Brien et al., 2023), 토양(Yang et al., 2021), 먹이 사슬(Manum et al., 2023), 식수(Li et al.)를 포함한 여러 환경에서 확인되었습니다. ., 2022). 이는 인체가 MP에 노출될 가능성이 상당하다는 것을 의미합니다(Zhu et al., 2023). 실제로 MP는 대변 샘플(Schwabl et al., 2019) 및 시체 폐 조직(Amato-Lourenço et al., 2021)의 초기 검출부터 최근 분석에 이르기까지 점점 더 다양한 인간 조직에서 이미 발견되었습니다. 폐(Jenner et al., 2022), 결장(Ibrahim et al., 2021), 간(Horvatis et al., 2022), 태반(Ragusa et al., 2021), 모유(Ragusu et al., 2021)의 환자 샘플 , 2022), 정맥(Rotchell et al., 2023) 및 고환/정자(Zhao et al., 2023a). 이렇게 확장되는 연구 분야를 고려할 때 MP가 신체를 통해 이동하고 다양한 인간 조직 및 기관에 축적될 가능성이 있는 경로 중 하나는 혈류를 통하는 것입니다(Dong et al., 2023). 혈액에 들어갈 가능성이 가장 높은 경로는 식이/장을 통한 것이지만 확실히 두 가지 추가 노출 경로가 있습니다. 즉, 흡입된 MP가 폐를 건너 혈류로 들어가거나(Jenner et al., 2022) 수술 중 공기 낙진으로 혈류로 직접 들어가거나 의료 장비의 파손으로 인해 발생합니다(Field et al., 2022).
중요한 것은 MP 폴리머의 하위 집합이 이전에 인간 혈액 내에서 확인되었다는 것입니다(Leslie et al., 2022). Leslie et al.(2022)은 열분해-가스 크로마토그래피/질량 분석법(열분해-GC/MS) 방법론적 접근 방식을 사용하여 5가지 MP 폴리머 유형의 존재를 확인했습니다. 인간 혈액 샘플 22개 중 17개(77%)에서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 중합 스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 검출되었습니다. 중요한 것은 MP의 존재가 확인되었음에도 불구하고 사용된 분석 방법의 한계로 인해 MP 입자 크기, 모양 또는 다양한 폴리머 유형이나 첨가제의 존재에 대한 정보가 없었다는 것입니다.
인체 내 MP 존재의 임상적 의미는 알려져 있지 않습니다. 그러나 MP의 모양과 크기가 염증, 산화 스트레스 및 장벽 무결성으로 측정된 잠재적 독성을 결정하는 데 중요한 특성임을 암시하는 증거가 있습니다(검토용: Danopoulos et al., 2022). 예를 들어, 나노 크기 입자는 코팅에 따라 혈소판 응집, 혈전 형성 및 응고를 유도하거나 감소시키는 것으로 알려져 있습니다(Nemmar et al., 2002, Bihari et al., 2010, Griffin et al., 2018). 그러나 특성이 덜 잘 알려져 있습니다. 현재까지의 세포 기반 및 동물 연구는 MP 노출을 생쥐의 생식 독성(Liu et al., 2022), 생쥐와 인간의 염증(Li et al., 2020; Yan et al., 2021), 발달 및 내분비와 연관시켰습니다. 생쥐의 장애(Zhao et al., 2023b), 게놈 불안정성(Çobanoğlu et al., 2021) 및 심혈관 위험 증가(Tadic et al., 2018, Zhu et al., 2023). 그러나 이러한 다양한 조사에서는 어떤 유형의 MP 폴리머와 그 크기/모양 특성이 환경 관련 노출 방식을 채택하는지 정확하게 알 수 있는 이점이 없었습니다.
이 연구의 목적은 혈액 내에 존재하는 MPs 폴리머 유형의 범위를 가능한 한 광범위하게 확인하는 것입니다. 또한 μFTIR 현미경 기술을 사용하여 식별된 MP 입자의 크기와 모양은 물론 플라스틱 제조와 일반적으로 관련된 화학 첨가제의 존재 여부에 관한 중요한 정보를 추가하는 것을 목표로 했습니다. 이를 통해 혈액에 존재하는 MP의 특성을 더 깊이 이해할 수 있으므로 세포가 이러한 MP의 존재에 어떻게 반응하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.
2. Methods
2.1. Blood sample acquisition 혈액 샘플 수집
Blood samples were collected from healthy drug-free volunteers (aged over 18 years) attending the Centre of Biomedicine, University of Hull, and in accordance with relevant health and safety guidelines. Work was carried out under ethical permission granted NHS REC study ‘Investigation of blood cells for research into cardiovascular disease’ (21/SC0215). Volunteers were assigned a sample number to maintain anonymity. Blood samples were collected from healthy donors during summer 2023. Blood samples were collected using 8.5 mL ± 10 % vacutainers containing 1.5 mL acid citrate dextrose solution A (sodium citrate, dextrose, citric acid and antimycotic (K sorbate) reagent) (Becton Dickinson, Medisave, U.K.). Blood samples were collected in the same medical setting and processed within the same day as donation. From the moment a blood sample is obtained from a donor, there is distinct opportunity for the sample to be exposed to the indoor air environment and any background contaminants including airborne MPs. To address this, 10 procedural blanks were initiated throughout the blood collection dates, mimicking the production of a blood sample, opening the vacutainer, and transferring the sample into a clear, pre-cleaned Durham bottle for a similar length of time.
관련 건강 및 안전 지침에 따라 헐 대학교 생물의학 센터에 참석하는 건강한 약물 미사용 자원봉사자(18세 이상)로부터 혈액 샘플을 수집했습니다. NHS REC 연구 '심혈관 질환 연구를 위한 혈액 세포 조사'(21/SC0215)에 대한 윤리적 허가를 받아 작업을 수행했습니다. 익명성을 유지하기 위해 자원봉사자에게는 샘플 번호가 할당되었습니다. 혈액 샘플은 2023년 여름 동안 건강한 기증자로부터 수집되었습니다. 혈액 샘플은 1.5mL 산성 구연산염 포도당 용액 A(구연산나트륨, 포도당, 구연산 및 항진균제(K 소르베이트) 시약)가 포함된 8.5mL ± 10% 진공채취기를 사용하여 수집되었습니다(Becton Dickinson, 영국 메디세이브). 혈액 샘플은 동일한 의료 환경에서 수집되었으며 기증 당일에 처리되었습니다. 기증자로부터 혈액 샘플을 채취한 순간부터 샘플이 실내 공기 환경과 공기 중 MP를 포함한 배경 오염물질에 노출될 가능성이 뚜렷하게 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 혈액 채취 날짜 전체에 걸쳐 10개의 절차적 공백이 시작되었으며, 혈액 샘플 생성을 모방하고, 진공 용기를 열고, 유사한 시간 동안 샘플을 깨끗하고 사전 세척된 Durham 병에 옮기는 과정을 거쳤습니다.
2.2. Blood sample digestion and filtration 혈액 샘플 전처리 및 여과
Blood samples were decanted into a Durham bottle containing pre-filtered tris buffer (50 mL at pH 8), pig pancreatic enzyme (1.4 mg/mL) (Sigma-Aldrich, Dorset, UK) and porcine lipase (6 mg/mL) (Sigma-Aldrich, Dorset, UK) and incubated at 37 °C for 6 h with shaking every 30 min. After incubation, samples were heated in a water bath at 70 °C for 15 min and left on ice till cold. Blood samples (n = 20) and procedural blanks (n = 10) were poured into pre-cleaned glass flasks containing hydrogen peroxide (100 mL of 30 % H2O2) and placed into a shaking incubator at 65 °C at 65 rpm for 7 days. Adapted from Jenner et al., (2022), the digest step maintains MP integrity while encourages the removal of organic particles (Munno et al., 2018), the heating step denatured enzymes and prevented explosive reactions. Using a pre-cleaned glass filtration system, samples were filtered onto aluminium oxide filters (0.02 µm Anodisc, Watford, U.K.). Filters were stored in petri dishes before chemical composition and shape/size analysis.
혈액 샘플을 사전 여과된 트리스 완충액(pH 8에서 50mL), 돼지 췌장 효소(1.4mg/mL)(Sigma-Aldrich, Dorset, UK) 및 돼지 리파제(6mg/mL)가 들어 있는 Durham 병에 따라냈습니다( Sigma-Aldrich, Dorset, UK)에 넣고 37°C에서 6시간 동안 30분마다 흔들어 주면서 배양했습니다. 인큐베이션 후 샘플을 70°C 수조에서 15분 동안 가열하고 차가워질 때까지 얼음 위에 두었습니다. 혈액 샘플(n = 20) 및 절차 블랭크(n = 10)를 과산화수소(30% H2O2 100mL)가 들어 있는 사전 세척된 유리 플라스크에 붓고 7일 동안 65rpm, 65°C의 진탕 인큐베이터에 두었습니다. Jenner 등(2022)에서 채택한 소화 단계는 MP 무결성을 유지하는 동시에 유기 입자의 제거를 촉진하고(Munno 등, 2018), 가열 단계는 효소를 변성시키고 폭발 반응을 방지합니다. 사전 세척된 유리 여과 시스템을 사용하여 샘플을 산화알루미늄 필터(0.02μm Anodisc, Watford, UK)로 여과했습니다. 화학적 조성 및 모양/크기 분석 전에 필터를 페트리 접시에 보관했습니다.
2.3. Chemical characterisation of particles using #µFTIR analysis
#μFTIR 분석을 사용한 입자의 화학적 특성 분석
A Nicolet™ iN10 Infrared Microscope (ThermoFisher, Waltham MA, U.S.A) was used in liquid nitrogen cooled transmission mode to conduct µFTIR spectroscopy. All Anodsic filters were placed onto the µFTIR spectroscopy platform (ThermoScientific Nicolet iN10), and operators methodically navigated the anodisc surface using the motorised stage and live feed from the inbuilt colour CCD digital video camera, which is equipped with independent reflection and transmission illuminations. Particle analysis was performed by manually targeting particles allowing for a more rapid data collection at the levels of particle loading obtained compared to the automatic wizard functions to scan all locations over a specified grid size. Trained operators are also able to save time by distinguishing larger background undigested organic material from defined particles. Spectrum are simultaneously obtained while the operator observes individual particles using the microscope. Analysis of particles as small as 5 µm was facilitated by the collect mercury cadmium telluride (MCT) detector. The Nicolet iN10 microscope is equipped with 15 x 0.7 N.A. high efficiency objective and condenser and has a standardised 123x magnification with the aperture setting used. The length (largest side) and width (second largest size) of any particle identified was recorded using the aperture height, width and angle size selection tool (ThermoScientific Omnic Picta Nicolet iN10 microscopy software). Particles were classified by their shape (fibre, film, fragment, foam or sphere) (Free et al., 2014), fibrous particles were required to have a length to width ratio greater than 3 (Vianello et al., 2019). ‘Irregular’ was used when the particle shape could not clearly be defined as either fragment or film. ‘Screen capture’ images of particles were taken from the camera live feed as image capture is not a feature of the software.
Only a quarter of each filter (procedural blanks and digested blood samples) was analysed. Before analysis, a background reference spectrum was recorded from an area of the filter with no particles or background undigested organic debris present. µFTIR parameters were; spectral range of 4000–1250 cm−1, high spectral resolution 8 cm−1, scan number of 64. This scan range is truncated at 1250 cm−1 due to the aluminium oxide-composed anodisc filter masking the range below this value. Data transformation, smoothing and baseline corrections were not used. The resulting sample spectra was compared across multiple polymer and common plastic additive chemical libraries (Omnic Picta, Omnic Polymer Libraries), particles with a full spectral match of ≥ 70 % were recorded. Three attempts were made to collect a successful (≥70 %) match for particles that fell below the ≥ 70 % match threshold before moving onto the next particle. All particles (MP polymers, associated additive chemicals and other non-plastic polymers) that achieved the ≥ 70 % match were recorded and included in the results shown (dataset made available at the following https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24268474)
. The total number of particles identified was 1713, of which 192 (11 %) were MPs or particles containing associated plastic additives. Only the MPs, the associated additive chemicals, and alternative plastic polymer data are presented in the results. The associated additive chemicals data was available using the OMNIC Picta Polymer Library of spectra as additional information on the composition of particles.
Nicolet™ iN10 적외선 현미경(ThermoFisher, Waltham MA, USA)을 액체 질소 냉각 투과 모드에서 사용하여 µFTIR 분광학을 수행했습니다. 모든 양극 필터는 µFTIR 분광학 플랫폼(ThermoScientific Nicolet iN10)에 배치되었으며 작업자는 독립적인 반사 및 전송 조명이 장착된 내장 컬러 CCD 디지털 비디오 카메라의 라이브 피드와 전동식 스테이지를 사용하여 양극 디스크 표면을 체계적으로 탐색했습니다. 지정된 그리드 크기에 걸쳐 모든 위치를 스캔하는 자동 마법사 기능과 비교하여 획득된 입자 로딩 수준에서 더 빠른 데이터 수집을 허용하는 입자를 수동으로 타겟팅하여 입자 분석을 수행했습니다. 숙련된 작업자는 정의된 입자에서 더 큰 배경의 소화되지 않은 유기 물질을 구별하여 시간을 절약할 수도 있습니다. 작업자가 현미경을 사용하여 개별 입자를 관찰하는 동안 스펙트럼이 동시에 얻어집니다. 5 µm만큼 작은 입자의 분석은 수집된 수은 카드뮴 텔루라이드(MCT) 검출기로 촉진되었습니다. Nicolet iN10 현미경에는 15 x 0.7 N.A. 고효율 대물렌즈와 콘덴서가 장착되어 있으며 사용된 조리개 설정으로 표준화된 123x 배율을 갖습니다. 식별된 입자의 길이(가장 큰 면)와 너비(두 번째로 큰 크기)는 조리개 높이, 너비 및 각도 크기 선택 도구(ThermoScientific Omnic Picta Nicolet iN10 현미경 소프트웨어)를 사용하여 기록되었습니다. 입자는 모양(섬유, 필름, 조각, 폼 또는 구형)에 따라 분류되었으며(Free et al., 2014), 섬유질 입자는 길이 대 너비 비율이 3보다 커야 합니다(Vianello et al., 2019). 불규칙(Irregular)은 입자 형태가 단편인지 필름인지 명확하게 정의할 수 없는 경우에 사용되었습니다. 이미지 캡처는 소프트웨어의 기능이 아니기 때문에 입자의 '화면 캡처' 이미지는 카메라 라이브 피드에서 가져왔습니다.
각 필터(절차 공백 및 소화된 혈액 샘플)의 1/4만 분석되었습니다. 분석 전에 입자나 배경 소화되지 않은 유기 잔해물이 없는 필터 영역에서 배경 기준 스펙트럼을 기록했습니다. µFTIR 매개변수는 다음과 같습니다. 스펙트럼 범위는 4000~1250cm−1, 높은 스펙트럼 분해능은 8cm−1, 스캔 수는 64입니다. 이 스캔 범위는 산화알루미늄으로 구성된 양극 필터가 이 값 아래의 범위를 마스킹하기 때문에 1250cm−1에서 잘립니다. 데이터 변환, 평활화 및 기준선 수정은 사용되지 않았습니다. 결과 샘플 스펙트럼은 여러 폴리머 및 일반 플라스틱 첨가제 화학 라이브러리(Omnic Picta, Omnic Polymer Libraries)에서 비교되었으며 전체 스펙트럼 일치가 70% 이상인 입자가 기록되었습니다. 다음 입자로 이동하기 전에 ≥ 70% 일치 임계값 아래로 떨어진 입자에 대해 성공적인(≥70%) 일치를 수집하기 위해 세 번의 시도가 이루어졌습니다. ≥ 70% 일치를 달성한 모든 입자(MP 폴리머, 관련 첨가제 화학물질 및 기타 비가소성 폴리머)가 기록되어 표시된 결과에 포함되었습니다(데이터세트는 다음 https://doi.org/10.6084/m9에서 제공됨). figshare.24268474)
. 확인된 총 입자 수는 1713개였으며, 그 중 192개(11%)는 MP 또는 관련 플라스틱 첨가제를 함유한 입자였습니다. MP, 관련 첨가제 화학물질 및 대체 플라스틱 폴리머 데이터만 결과에 표시됩니다. 관련 첨가제 화학물질 데이터는 입자 구성에 대한 추가 정보로 OMNIC Picta Polymer 스펙트럼 라이브러리를 사용하여 사용할 수 있습니다.
2.4. Quality assurance and control measures
품질 보증 및 관리 측정
Procedural blanks (n = 10) were collected alongside the blood samples to quantify, characterise, and adjust for any background contamination (Noonan et al., 2023). Having procedural blanks and other quality control measures achieves better sensitivity and reduces the possibility of false positives. The procedural blank mirrored the entire sample processing steps without the addition of blood. A procedural blank approach accepts that a small amount of contamination from the air or solutions used may occur and these quantify the levels and characteristics of any such background contamination. The procedural blanks contained triple distilled water (pre-filtered) and air from the room. All reagents were pre-filtered and prepared in bulk. MPs found within the procedural blanks represent contamination from indoor atmosphere during blood collection, enzyme digest, contamination from laboratory reagents, equipment, or fallout from the air during transfer of samples between glassware. The tris buffer and H2O2 was triple filtered across 47 mm glass fibre grade 6 filters using an all-glass vacuum filtration kit (GE Healthcare Life Sciences, Marlborough MA, U.S.A). All glassware was run through the dishwasher using distilled water before being rinsed five times using triple filtered MilliQ water. Small openings were made in the tinfoil lids that covered all equipment and reagents whenever pouring. To avoid sample particle loss when filtering digested samples, glassware and the sides of the filtration kit were rinse three times with triple filtered MilliQ water. Additionally, to avoid cross contamination, each sample was processed individually.
There is no standard protocol to account for background contamination within the MP research field at present. Instead, multiple contamination adjustments were applied in this study for comparison. Two adjustment approaches were used: a limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ) approach (Horton et al., 2021) and a subtraction approach (most used in MP research). The LOQ is typically approximated by multiplying the LOD by 3.3 (Supplemental Material Table S1). The results using the LOQ technique is presented, while the raw data, LOD and subtraction adjusted values are presented in Supplemental Material Table S1 to allow comparisons to be made. To estimate recovery rates of MPs from the blood samples, a parallel spiking experiment was carried out using pre-filtered water and commercially supplied 200 μm MPs at two concentrations (Supplemental Material SM1).
배경 오염을 정량화, 특성화 및 조정하기 위해 절차상 공백(n = 10)을 혈액 샘플과 함께 수집했습니다(Noonan et al., 2023). 절차적 공백 및 기타 품질 관리 조치를 갖추면 감도가 향상되고 위양성(false positive) 가능성이 줄어듭니다. 절차 블랭크는 혈액을 추가하지 않고 전체 샘플 처리 단계를 반영했습니다. 절차적 공백 접근 방식은 사용된 공기나 용액에서 소량의 오염이 발생할 수 있다는 점을 인정하고 이를 통해 그러한 배경 오염의 수준과 특성을 정량화합니다. 절차 블랭크에는 삼중 증류수(사전 여과됨)와 실내 공기가 포함되어 있습니다. 모든 시약은 사전 여과되어 대량으로 준비되었습니다. 절차 공백 내에서 발견된 MP는 혈액 수집 중 실내 대기 오염, 효소 분해, 실험실 시약, 장비의 오염 또는 유리 제품 간 샘플 이동 중 공기 낙진을 나타냅니다. 트리스 완충액과 H2O2는 전체 유리 진공 여과 키트(GE Healthcare Life Sciences, Marlborough MA, USA)를 사용하여 47mm 유리 섬유 등급 6 필터에 걸쳐 삼중 여과되었습니다. 모든 유리 제품은 증류수를 사용하여 식기세척기를 통과한 후 3중 여과된 MilliQ 물을 사용하여 5회 헹궈졌습니다. 부을 때마다 모든 장비와 시약을 덮는 은박지 뚜껑에 작은 구멍이 생겼습니다. 소화된 샘플을 필터링할 때 샘플 입자 손실을 방지하기 위해 유리 제품과 여과 키트의 측면을 3중 필터링된 MilliQ 물로 3회 헹구었습니다. 또한 교차 오염을 방지하기 위해 각 샘플을 개별적으로 처리했습니다.
현재 MP 연구 분야 내에서 배경 오염을 설명하는 표준 프로토콜은 없습니다. 대신, 이 연구에서는 비교를 위해 여러 오염 조정이 적용되었습니다. 두 가지 조정 접근법이 사용되었습니다: 검출 한계(LOD) 및 정량 한계(LOQ) 접근법(Horton et al., 2021) 및 빼기 접근법(MP 연구에서 가장 많이 사용됨). LOQ는 일반적으로 LOD에 3.3을 곱하여 대략적으로 계산됩니다(보충 자료 표 S1). LOQ 기법을 사용한 결과가 제시되고, 비교가 가능하도록 원시 데이터, LOD 및 빼기 조정 값이 보충 자료 표 S1에 제시됩니다. 혈액 샘플에서 MP의 회수율을 추정하기 위해 사전 여과된 물과 두 가지 농도의 200μm MP를 상업적으로 공급한(보충 자료 SM1)을 사용하여 병렬 스파이킹 실험을 수행했습니다.
2.5. Statistical analysis 통계 분석
Tests for homogeneity and statistical significance were performed on unadjusted MP values using GraphPad Prism 8.0.1 Software (GraphPad, SanDiego, USA). All data was determined non normally distributed using a Shapiro-Wilk test and a Mann-Whitney test conducted to establish significance. No standard method exists for the calculation of MP concentrations, therefore three are used: the unadjusted values, the adjusted values minus the mean of the procedural blank values (regardless of polymer type) subtracted, and an LOQ method taking procedural blank data into account (Horton et al., 2021). The LOQ derived values are used as the most robust values, and the unadjusted/subtracted values are contained in the Supplemental Material tables.
An estimation of the mass of each MP polymer with a donor’s blood sample, where detected above the LOQ, was conducted using an adapted method of Leusch & Ziajahromi (2021) surrogating the ‘fibre’ calculation for fragments. There is currently no method available, within the MPs literature, for conversion of fragment-shaped particles/L to mass values. The mass was estimated using the assumption that the particles are solid volumes with constant density of shape and dimensions determined from the microscope measurements. The density of the particles was taken from the identification of the material by IR spectra simultaneously detected. The explicit formulas to convert to / from volume / concentration were taken from Leusch & Ziajahromi (2021).
GraphPad Prism 8.0.1 소프트웨어(GraphPad, SanDiego, USA)를 사용하여 조정되지 않은 MP 값에 대해 균질성 및 통계적 유의성에 대한 테스트를 수행했습니다. 모든 데이터는 유의성을 확립하기 위해 수행된 Shapiro-Wilk 테스트와 Mann-Whitney 테스트를 사용하여 비정규 분포로 결정되었습니다. MP 농도 계산을 위한 표준 방법은 없으므로 조정되지 않은 값, 조정된 값에서 절차 블랭크 값(폴리머 유형에 관계없이)의 평균을 뺀 값, 절차 블랭크 데이터를 고려한 LOQ 방법( 호튼 외, 2021). LOQ 파생 값은 가장 견고한 값으로 사용되며 조정되지 않은/차감된 값은 보충 자료 표에 포함되어 있습니다.
기증자의 혈액 샘플을 사용하여 LOQ 이상으로 검출된 각 MP 폴리머의 질량 추정은 조각에 대한 '섬유' 계산을 대리하는 Leusch & Ziajahromi(2021)의 적응된 방법을 사용하여 수행되었습니다. 현재 MPs 문헌에는 조각 모양 입자/L을 질량 값으로 변환하는 데 사용할 수 있는 방법이 없습니다. 질량은 입자가 현미경 측정을 통해 결정된 형상 및 치수의 일정한 밀도를 갖는 고체 부피라는 가정을 사용하여 추정되었습니다. 입자의 밀도는 동시에 검출된 IR 스펙트럼에 의한 물질 식별로부터 얻어졌습니다. 부피/농도로/에서 변환하는 명시적인 공식은 Leusch & Ziajahromi(2021)에서 가져왔습니다.
3. Results 결과
3.1. MP concentrations detected in human blood samples
인간 혈액 샘플에서 검출된 MP 농도
In total, 736 MP particles were characterised from all the 8.5 mL blood samples collected (Fig. 1). Before applying the LOQ threshold approach, these initially comprised 24 polymer types and MPs were detected in 18 out of the 20 (90 %) of the donor blood samples (Fig. 2). Using only those MPs that met the LOQ criteria, MPs were detected in 8 out of the 20 (40 %) of the donor blood samples and the mean value detected was 2465.85 ± 4173.51 MP/L (Table 1). The raw data using the unadjusted and subtraction calculations are available in Table S1. Five of the 24 MP polymers identified, namely: PE (sample 1, 6, 8, 15, 17), ethylene propylene diene monomer (EPDM) (sample 6, 20), ethylene–vinyl acetate/ethylene vinyl alcohol (EVA/EVOH) (sample 1, 17, 20), polyamide (PA) (sample, 12, 13), ethylene–vinyl acetate (EVA) (sample 1) (Fig. 1; Table 1), were above the LOQ (Table S2) for blood samples from each donor where indicated.
수집된 모든 8.5 mL 혈액 샘플에서 총 736개의 MP 입자가 특성화되었습니다(그림 1). LOQ 임계값 접근법을 적용하기 전에는 초기에 24개의 폴리머 유형으로 구성되었으며 기증자 혈액 샘플 20개 중 18개(90%)에서 MP가 검출되었습니다(그림 2). LOQ 기준을 충족하는 MP만 사용하여 기증자 혈액 샘플 20개 중 8개(40%)에서 MP가 검출되었으며 검출된 평균값은 2465.85 ± 4173.51 MP/L였습니다(표 1). 조정되지 않은 계산과 빼기 계산을 사용한 원시 데이터는 표 S1에서 확인할 수 있습니다. 확인된 24개의 MP 폴리머 중 5개, 즉 PE(샘플 1, 6, 8, 15, 17), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)(샘플 6, 20), 에틸렌-비닐 아세테이트/에틸렌 비닐 알코올(EVA/EVOH) )(샘플 1, 17, 20), 폴리아미드(PA)(샘플, 12, 13), 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)(샘플 1)(그림 1, 표 1)는 LOQ보다 높았습니다(표 S2). 표시된 경우 각 기증자의 혈액 샘플.
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Fig. 1. Concentrations of MP particles in human blood samples per litre of blood (mean ± SD). Mean number of MP particles/L in blood samples. Using unadjusted values, based on number of particles detected in 8.5 mL of blood multiplied by 118 (for 1L approximation) and on one quarter of a filter multiplied by four (Table S2, A), error bars denote standard deviation. Mean number of MPs 4,306 and range (0–19,765). Abbreviations: AC, acrylic; EAA, ethylene acrylic acid copolymer; EBC, ethylene-butane copolymer; EPDM, ethylene propylene diene monomer; EPM, ethylene propylene; PBI, polybenzimidazole; PDMS, poly-dimethyl siloxane; PEA, polyethylene adipate diol; PET, polyethylene terephthalate; PHD, poly(1-hexadecene); PO, polyolefin; POM, polyoxymethylene; PP, polypropylene; PP + E, polypropylene and ethylene; PPA, polyphthalamide; PS, polystyrene; PUR, polyether urethane; PVC, polyvinyl chloride; resin, alkyd resins; VCS, vinylidene chloride-styrene copolymer. 그림 1. 혈액 1리터당 인간 혈액 샘플의 MP 입자 농도(평균 ± SD). 혈액 샘플의 평균 MP 입자 수/L입니다. 8.5mL의 혈액에서 검출된 입자 수에 118을 곱한 값(1L 근사치의 경우)과 필터의 1/4에 4를 곱한 값(표 S2, A)을 기준으로 조정되지 않은 값을 사용하면 오류 막대가 표준 편차를 나타냅니다. 평균 MP 수는 4,306이고 범위는 0~19,765입니다. 약어: AC, 아크릴; EAA, 에틸렌 아크릴산 공중합체; EBC, 에틸렌-부탄 공중합체; EPDM, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체; EPM, 에틸렌 프로필렌; PBI, 폴리벤즈이미다졸; PDMS, 폴리디메틸 실록산; PEA, 폴리에틸렌 아디페이트 디올; PET, 폴리에틸렌 테레프탈레이트; PHD, 폴리(1-헥사데센); PO, 폴리올레핀; POM, 폴리옥시메틸렌; PP, 폴리프로필렌; PP + E, 폴리프로필렌 및 에틸렌; PPA, 폴리프탈아미드; PS, 폴리스티렌; PUR, 폴리에테르 우레탄; PVC, 폴리염화비닐; 수지, 알키드 수지; VCS, 비닐리덴 클로라이드-스티렌 공중합체.
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Fig. 2. Individual variation in the concentration and types of MP polymer particles detected in donor’s ∼ 8.5 mL blood samples. Unadjusted values, one quarter of the anodisc filter area analysed. Abbreviations: refer to Fig. 1. 그림 2. 기증자의 ~8.5mL 혈액 샘플에서 검출된 MP 폴리머 입자의 농도 및 유형의 개인차. 조정되지 않은 값, 분석된 양극 필터 영역의 1/4입니다. 약어: 그림 1을 참조하세요.
Table 1. The number of MPs identified within the blood samples by µFTIR spectroscopy. Polymer types that met the LOQ criteria are displayed in units of MP/L of blood. Abbreviations; − Did not meet LOQ criteria. EPDM, ethylene propylene diene monomer; EVA, ethylene–vinyl acetate; EVA/EVOH, ethylene–vinyl acetate/ethylene vinyl alcohol; PA, polyamide/nylon; PE, polyethylene. 표 1. µFTIR 분광학을 통해 혈액 샘플 내에서 식별된 MP의 수. LOQ 기준을 충족하는 폴리머 유형은 혈액의 MP/L 단위로 표시됩니다. 약어; − LOQ 기준을 충족하지 못했습니다. EPDM, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체; EVA, 에틸렌-비닐 아세테이트; EVA/EVOH, 에틸렌-비닐 아세테이트/에틸렌 비닐 알코올; PA, 폴리아미드/나일론; PE, 폴리에틸렌.
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Blood sample number
|
PE
|
EVA/EVOH
|
EVA
|
EPDM
|
PA
|
|
1
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10,729
|
4,235
|
1,412
|
−
|
−
|
|
2
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
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3
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−
|
−
|
−
|
−
|
−
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4
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−
|
−
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−
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−
|
−
|
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5
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
6
|
4,141
|
−
|
−
|
5,129
|
−
|
|
7
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
8
|
4,141
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
9
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
10
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
11
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
12
|
−
|
−
|
−
|
−
|
2,353
|
|
13
|
−
|
−
|
−
|
−
|
4,235
|
|
14
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
15
|
3,200
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
16
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
17
|
3,200
|
1,412
|
−
|
−
|
−
|
|
18
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
19
|
−
|
−
|
−
|
−
|
−
|
|
20
|
−
|
2,824
|
−
|
2,306
|
−
|
|
Overall Mean
|
2465.85
4173.51
|
||||
|
SD
|
|||||
MP concentration values detected in blood were generated for PE, EPDM, EVA/EVOH, PA, and EVA demonstrating that 40 % of donors (n = 8 out of 20) carried a quantifiable (>LOQ) mass of particles in their blood (Fig. 1 and Table 1). The polymer type and concentrations varied per sample, but up to three polymer types in a single sample (Table S2) could be identified, with PE the most widely encountered (>LOQ value in 25 % of all tested donors), followed by EVA/EVOH (15 %), EPDM (10 %), PA (10 %) and EVA (5 %). The estimated maximum concentration in a blood sample was 4.65 μg/mL for PE, 1.84 μg/mL for EVA/EVOH, 2.22 μg/mL for EPDM, 1.84 μg/mL for PA, and 0.61 μg/mL for EVA. To conduct a conservative estimate of the quantifiable sum total of the polymer concentrations in the blood donors, the sum of all polymer values > LOQ per sample were used. Where a donor had no polymer detected at the level of the LOQ, these were considered as zero. The estimated mean (±SD) sum concentration for each donor was 0.66 (±0.87) μg/mL total mass of plastic particles per blood sample.
The combined blanks contained 4.80 ± 5.59 per samples (range 0–48 MPs) with 7 MP types of different composition, with 2 polymers, polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyacrylamide (PAM) only identified in the procedural blank samples. The number of MP particles identified in the blood samples was significantly (p = 0.007) greater than found in the procedural blanks.
혈액에서 검출된 MP 농도 값은 PE, EPDM, EVA/EVOH, PA 및 EVA에 대해 생성되었으며, 이는 기증자의 40%(n = 20명 중 8명)가 혈액 내에 정량 가능한(>LOQ) 질량의 입자를 가지고 있음을 보여줍니다(그림 1 및 표 1). 폴리머 유형과 농도는 샘플마다 다양했지만 단일 샘플(표 S2)에서 최대 3개의 폴리머 유형을 식별할 수 있었으며 PE가 가장 널리 발견되었으며(테스트된 모든 기증자의 25%에서 >LOQ 값) EVA/ EVOH(15%), EPDM(10%), PA(10%) 및 EVA(5%). 혈액 샘플의 추정 최대 농도는 PE의 경우 4.65μg/mL, EVA/EVOH의 경우 1.84μg/mL, EPDM의 경우 2.22μg/mL, PA의 경우 1.84μg/mL, EVA의 경우 0.61μg/mL입니다. 헌혈자 내 폴리머 농도의 정량화 가능한 합계를 보수적으로 추정하기 위해 샘플당 LOQ보다 큰 모든 폴리머 값의 합계를 사용했습니다. 기증자의 LOQ 수준에서 폴리머가 검출되지 않은 경우 이는 0으로 간주되었습니다. 각 기증자의 추정 평균(±SD) 총 농도는 혈액 샘플당 플라스틱 입자의 총 질량 0.66(±0.87)μg/mL였습니다.
결합된 블랭크에는 절차상 블랭크 샘플에서만 식별된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리아크릴아미드(PAM) 2개 폴리머와 함께 다양한 조성의 7MP 유형이 있는 샘플(0-48MP 범위)당 4.80 ± 5.59가 포함되어 있습니다. 혈액 샘플에서 확인된 MP 입자의 수는 절차 공백에서 발견된 것보다 훨씬 더 컸습니다(p = 0.007).
3.2. MP particle characterisation from blood samples
혈액 샘플의 MP 입자 특성 분석
Having established the presence of MPs within the blood, we next sought to determine their characteristics. Of the 24 polymers detected in human blood samples, the three most abundant polymers made up over 50 % of those identified, with PE (32 %), EPDM (13 %) and ethylene–vinyl acetate/ethylene vinyl alcohol (EVA/EVOH) (12 %) (Fig. 3; Fig S1). MPs particles that were identified within the blood samples had a mean particle length of 127.99 ± 293.26 µm (7 – 3000 µm), and a mean particle width of 57.88 ± 88.89 µm (5 – 800 µm) (Fig. 4). The MPs were also predominantly categorised as fragments (88 %) and were white/clear in appearance (41 % and 38 % respectively), although there were a sizeable number of fragments of different colours.
혈액 내 MP의 존재를 확인한 후, 우리는 다음으로 MP의 특성을 결정하려고 했습니다. 인간 혈액 샘플에서 검출된 24개의 폴리머 중 가장 풍부한 세 가지 폴리머가 확인된 폴리머의 50% 이상을 차지했으며 PE(32%), EPDM(13%) 및 에틸렌-비닐 아세테이트/에틸렌 비닐 알코올(EVA/EVOH)이 포함되었습니다. (12%)(그림 3, 그림 S1). 혈액 시료 내에서 확인된 MPs 입자의 평균 입자 길이는 127.99 ± 293.26 µm(7 – 3000 µm), 평균 입자 폭은 57.88 ± 88.89 µm(5 – 800 µm)이었습니다(그림 4). MP는 또한 주로 조각으로 분류되었으며(88%) 외관상 흰색/투명했습니다(각각 41% 및 38%). 그러나 다양한 색상의 조각이 상당히 많이 있었습니다.
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Fig. 3. Microplastic polymer types identified in blood samples. Abbreviations: see Fig. 1. Using all (unadjusted dataset) particles. 그림 3. 혈액 샘플에서 확인된 미세플라스틱 폴리머 유형. 약어: 그림 1을 참조하세요. 모든(조정되지 않은 데이터 세트) 입자 사용.
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Fig. 4. Microplastics size dimension distribution observed in blood (red) and procedural blank (black) samples. Using all (unadjusted dataset) particles. (For interpretation of the references to colour in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.) 그림 4. 혈액(빨간색) 및 절차상 블랭크(검은색) 샘플에서 관찰된 미세플라스틱 크기 치수 분포. 모든(조정되지 않은 데이터 세트) 입자를 사용합니다. (이 그림 범례의 색상 참조 해석을 위해 독자는 이 기사의 웹 버전을 참조하십시오.)
In comparison in the procedural blank samples only 7 MP polymers were identified. In this case however while PE (17 %) was still present, resin (25 %), PET (17 %) and PS (17 %) alongside PE made up 75 % of the MPs present (Fig S2). Interestingly although there were far fewer MPs present in the procedural blanks, the mean particle length of 81.83 ± 101.31 µm (27 – 350 µm) and width of 30.25 ± 8.32 µm (12 – 45 µm) (Fig. 4) was not significantly different (p = 0.723 and p = 0.803) to the MPs found in blood. Furthermore, the MPs in the procedural blanks were again, mainly found to be fragments, with only a small increase in the percentage of fibres identified. There was however fewer coloured MPs present, with only predominately white and clear MPs (42 % and 50 % respectively) with only a small number of black MPs identified in the procedural blanks. The spiking experiment using commercial PP and PVC MPs of ∼ 200 μm size provided an indicative mean recovery rate of 66 % from pre-filtered water samples (Supplemental Material SM1).
절차적 블랭크 샘플과 비교하여 단지 7개의 MP 폴리머가 식별되었습니다. 그러나 이 경우 PE(17%)가 여전히 존재하는 동안 PE와 함께 수지(25%), PET(17%) 및 PS(17%)가 존재하는 MP의 75%를 차지했습니다(그림 S2). 흥미롭게도 절차상 블랭크에는 MP가 훨씬 적었지만 평균 입자 길이는 81.83 ± 101.31 µm(27 – 350 µm)이고 폭은 30.25 ± 8.32 µm(12 – 45 µm)(그림 4)으로 크게 다르지 않았습니다. (p = 0.723 및 p = 0.803) 혈액에서 발견된 MP에 대한 것입니다. 또한, 절차상 블랭크의 MP는 다시 주로 조각으로 발견되었으며 식별된 섬유의 비율은 약간만 증가했습니다. 그러나 존재하는 유색 MP는 더 적었으며, 주로 흰색 MP와 투명 MP(각각 42% 및 50%)만 있었으며 절차상 공백에서 확인된 흑인 MP는 소수에 불과했습니다. 약 200μm 크기의 상업용 PP 및 PVC MP를 사용한 스파이킹 실험은 사전 여과된 물 샘플(보충 재료 SM1)에서 66%의 평균 회수율을 제공했습니다.
3.3. MP additives found in human blood samples
인간 혈액 샘플에서 MP 첨가제 발견
Several MP polymer additive chemicals or plastic alternatives were observed in particles obtained from the blood samples. The most prevalent additive chemicals associated within particles were phthalates which were detected in 20 % (4/20) samples with 988 ± 2868 particles/L of blood. Tri(n-octyl,n-decyl)trimellitate was associated with particles in 25 % (5/20) blood samples with 518 ± 1023 particles/L while, reacted alpha-olefin, trilauryl trithiophosphite, phosphate ester polyolefin and 1,4-difluorobenzene-D4 were only present in a single blood sample. Another additive, 1-decanol was associated with particles in 60 % (12/20) of all blood samples whilst poly(3-hydroxybutyrate), a bacterial thermoplastic, biodegradable polyester-type plastic alternative, was detected in 20 % (4/20) of the blood samples.
혈액 샘플에서 얻은 입자에서 여러 MP 폴리머 첨가제 화학 물질 또는 플라스틱 대체 물질이 관찰되었습니다. 입자 내에서 가장 널리 퍼진 첨가 화학물질은 프탈레이트였으며 이는 988 ± 2868 입자/혈액 L의 20%(4/20) 샘플에서 검출되었습니다. 트리(n-옥틸,n-데실)트리멜리테이트는 518 ± 1023 입자/L의 25%(5/20) 혈액 샘플의 입자와 연관되어 있는 반면, 반응된 알파-올레핀, 트리라우릴 트리티오포스파이트, 인산염 에스테르 폴리올레핀 및 1,4- 디플루오로벤젠-D4는 단일 혈액 샘플에만 존재했습니다. 또 다른 첨가제인 1-데칸올은 모든 혈액 샘플의 60%(12/20)에서 입자와 관련이 있는 반면, 박테리아 열가소성, 생분해성 폴리에스터 유형 플라스틱 대체 물질인 폴리(3-하이드록시부티레이트)는 20%(4/20)에서 검출되었습니다. ) 혈액 샘플의.
4. Discussion 토론
In a novel finding, the analysis of blood from 20 healthy human donors reveals MP particles with differing polymer types than previously detected. The MP size and shape characteristics represent the first such dataset for MP particles in human blood and provides important shape and size property details for determining potential biological implications of their presence in the blood. Specifically, the μFTIR methodological approach has provided novel information of the MP polymer types present as well as shape and size dimensions that challenge the current accepted paradigm for MP characteristics within human tissues. Of twenty-four plastic polymer types identified from 18 out of 20 (90 %) donors, five polymer types met the LOQ threshold with an average result of 2465.85 ± 4173.51 MP/L (range 0–86588 MPs). PE (32 %), EPDM (14 %), and EVA-EVOH (12 %) fragments were the most abundant.
새로운 발견에서 20명의 건강한 인간 기증자의 혈액을 분석한 결과 이전에 발견된 것과 다른 폴리머 유형을 가진 MP 입자가 밝혀졌습니다. MP 크기 및 모양 특성은 인간 혈액 내 MP 입자에 대한 최초의 데이터 세트를 나타내며 혈액 내 MP 입자 존재의 잠재적인 생물학적 영향을 결정하는 데 중요한 모양 및 크기 속성 세부 정보를 제공합니다. 특히, μFTIR 방법론적 접근법은 인간 조직 내 MP 특성에 대해 현재 허용되는 패러다임에 도전하는 모양 및 크기 차원뿐만 아니라 존재하는 MP 폴리머 유형에 대한 새로운 정보를 제공했습니다. 기증자 20명 중 18명(90%)으로부터 식별된 24가지 플라스틱 폴리머 유형 중 5가지 폴리머 유형이 평균 2465.85 ± 4173.51MP/L(범위 0~86588MPs)로 LOQ 임계값을 충족했습니다. PE(32%), EPDM(14%) 및 EVA-EVOH(12%) 조각이 가장 풍부했습니다.
Focussing only on those polymers that met the LOQ threshold, mass concentrations in blood demonstrated that 40 % of donors (n = 8 out of 20) were quantifiable which is less than the 77 % of donors reported in the Dutch blood study (Leslie et al., 2022). However, similarly to that first study, the polymer type and concentrations also varied per sample. In that previous study, which focussed on specific polymer types only, PE also featured. PE was the most widely encountered (using LOQ values in 25 % of all tested donors), with an estimated lower maximum of 4.65 μg/mL in this study relative to 7.1 μg/mL reported in the Dutch study. The estimated mean (±SD) sum concentration for each donor was 0.66 (±0.87) μg/mL total mass of plastic particles per blood sample in this study which is lower compared with 1.6 μg/mL reported in the Dutch study (Leslie et al., 2022). It is important to note that the latter mass is an actual pyrolysis-GCMS-derived value, while the μFTIR approach provides particle numbers/sizes, and the mass calculation has been estimated using an equation designed for fibres rather than fragments (Leusch & Ziajahromi, 2021), which may have resulted in an under-estimation of mass. Another limitation of the μFTIR approach adopted herein is that only one quarter of a filter (representing one quarter of the actual blood sample) has been analysed. The values presented are the particles detected multiplied by four (to represent a whole filter). It is therefore possible that particles of other polymers were present but not detected. Also, calculations may contain rounding errors where the assumption has been made, potentially incorrectly, that particles of specific polymer types are evenly distributed upon a filter surface. The spiking experiment with commercially supplied ‘virgin’ PP and PVC MPs (of ∼ 200 μm size) indicated a mean recovery rate of 66 % from pre-filtered water samples (Supplemental Material SM1), within the range reported in a recent meta-analysis of 71 microplastics studies (Way et al., 2022) and represents another consideration in favour of the values obtained from the blood sample analysis being an under-estimation. On balance, the mass estimation value relative to the previous blood study and the mean recovery rate of 66 % would suggest that the MP values reported herein are an underestimation. Other, general, limitations of the methodological approach used include incomplete organic material digestion, the use of the Anodisc filters necessitating a shorter scan range employed, and the 70 % match threshold used with the polymer library of spectra. While a match of > 70 % may be obtained, only further, additional chemical analysis can provide 100 % certainty of particle composition.
LOQ 임계값을 충족하는 폴리머에만 초점을 맞추면 혈액 내 질량 농도는 기증자의 40%(n = 20명 중 8명)가 정량화 가능하다는 것을 보여 주었으며 이는 네덜란드 혈액 연구에서 보고된 기증자의 77%보다 낮습니다(Leslie et al ., 2022). 그러나 첫 번째 연구와 마찬가지로 폴리머 유형과 농도도 샘플마다 다양했습니다. 특정 폴리머 유형에만 초점을 맞춘 이전 연구에서는 PE도 다루었습니다. PE는 가장 널리 발견되었으며(테스트한 모든 기증자의 25%에서 LOQ 값 사용), 네덜란드 연구에서 보고된 7.1μg/mL에 비해 이 연구에서 추정된 더 낮은 최대값은 4.65μg/mL입니다. 이 연구에서 각 기증자의 추정 평균(±SD) 총 농도는 0.66(±0.87)μg/mL의 혈액 샘플당 플라스틱 입자 총 질량으로 네덜란드 연구(Leslie et al.)에서 보고된 1.6μg/mL에 비해 낮습니다. ., 2022). 후자의 질량은 실제 열분해-GCMS에서 파생된 값인 반면 μFTIR 접근 방식은 입자 수/크기를 제공하며 질량 계산은 조각이 아닌 섬유에 대해 설계된 방정식을 사용하여 추정되었습니다(Leusch & Ziajahromi, 2021), 이로 인해 질량이 과소평가되었을 수 있습니다. 여기에 채택된 μFTIR 접근법의 또 다른 한계는 필터의 1/4(실제 혈액 샘플의 1/4을 나타냄)만 분석되었다는 것입니다. 제시된 값은 감지된 입자에 4를 곱한 값입니다(전체 필터를 나타냄). 따라서 다른 폴리머 입자가 존재했지만 감지되지 않았을 가능성이 있습니다. 또한 계산에는 특정 폴리머 유형의 입자가 필터 표면에 균일하게 분포되어 있다는 가정이 잘못된 경우 반올림 오류가 포함될 수 있습니다. 상업적으로 공급되는 '버진' PP 및 PVC MP(~200μm 크기)를 사용한 스파이킹 실험은 최근 메타 분석에서 보고된 범위 내에서 사전 여과된 물 샘플(보충 물질 SM1)로부터 66%의 평균 회수율을 나타냈습니다. 71개의 미세 플라스틱 연구(Way et al., 2022) 중 혈액 샘플 분석에서 얻은 값이 과소평가되었다는 또 다른 고려 사항을 나타냅니다. 종합적으로 볼 때, 이전 혈액 연구와 관련된 질량 추정 값과 66%의 평균 회복률은 여기에 보고된 MP 값이 과소평가되었음을 시사합니다. 사용된 방법론적 접근 방식의 기타 일반적인 제한 사항에는 불완전한 유기 물질 분해, 더 짧은 스캔 범위를 필요로 하는 Anodisc 필터 사용, 스펙트럼의 폴리머 라이브러리와 함께 사용되는 70% 일치 임계값 등이 포함됩니다. 70% 이상의 일치율을 얻을 수 있지만 추가 화학 분석을 통해 입자 구성에 대한 100% 확실성을 제공할 수 있습니다.
Taking each of the most abundant polymer types in turn, PE was identified in 5 out of 20 donor samples (using LOQ values) and has previously been isolated from 5 out of 22 human bloods using the pyrolysis approach, where it was also the second most abundant polymer detected (Leslie et al., 2022). PE is used in packaging film and products, bags, insulation for wires, bottles, many household items as well as a biomaterial for medical implants (Paxton et al., 2019). PE has previously been identified in human lung tissue (Jenner et al., 2022) and identified as the most abundant MP in human breastmilk samples (Ragusa et al., 2022). With respect to biological impacts, PE exposure (of beads sized 10–45 μm) increased the level of genomic instability in a blood cell study (Cobanoglu et al., 2021).
In contrast, EPDM has not been previously reported in any human tissue to date. EPDM is used in the automotive industry as a weatherseal coating due to its exceptional weathering and heat resistance properties (Jacob & Jourdain, 2011) as well as in artificial turfs such as sports fields (Ahrens, 2018). EPDM fragments (<100 μm in size) have recently been reported in all air samples from rubber industry occupational settings whereby the abundance was highest of airborne in the post-processing workshop at 559 ± 184 particles/m3 (Sun et al., 2023). EVA-EVOH has previously been identified in human urine samples (Rotchell et al., personal communication). These are used as a tie-layer between other polymers in products where an oxygen barrier is required, such as food packaging, agricultural film and in the automotive industry (Gaucher-Miri et al., 2002). EVA on its own is commonly used in medical controlled drug delivery systems (such as contraceptives since it is thought to have favourable inflammation characteristics and is regarded as relatively inert) (Schneider et al., 2017). It is also used in everyday items such as clothing/mats where padding is required (such as running shoes and sports mats). EVOH alone is also used as a biocompatible polymer that forms a spongelike plug that can seal cavities. It has been successfully used in brain malformation clinical cases and in women with stress urinary incontinence (Elzayat & Corcos, 2008). The EVA/EVOH/EVA multi-layer film is composed of three different types of polymer, affording the generation of several types of radicals for each type of polymer, i.e., PE, which links back to most abundant MP polymer detected in this study (for review of the structure: Gaston et al., 2021).
가장 풍부한 폴리머 유형을 차례로 살펴보면 PE는 기증자 샘플 20개 중 5개(LOQ 값 사용)에서 확인되었으며 이전에는 열분해 접근법을 사용하여 인간 혈액 22개 중 5개에서 분리되었으며, 여기서 두 번째로 많은 폴리머 유형이기도 했습니다. 풍부한 폴리머가 검출되었습니다(Leslie et al., 2022). PE는 포장 필름 및 제품, 가방, 전선용 단열재, 병, 다양한 가정용품은 물론 의료용 임플란트용 생체재료로 사용됩니다(Paxton et al., 2019). PE는 이전에 인간 폐 조직에서 확인되었으며(Jenner et al., 2022) 인간 모유 샘플에서 가장 풍부한 MP로 확인되었습니다(Ragusa et al., 2022). 생물학적 영향과 관련하여 PE 노출(10~45μm 크기의 비드)은 혈액 세포 연구에서 게놈 불안정성 수준을 증가시켰습니다(Cobanoglu et al., 2021).
대조적으로, EPDM은 현재까지 인간 조직에서 이전에 보고된 적이 없습니다. EPDM은 탁월한 내후성 및 내열성으로 인해 자동차 산업에서 웨더씰 코팅으로 사용되며(Jacob & Jourdain, 2011) 스포츠 경기장과 같은 인조 잔디에서도 사용됩니다(Ahrens, 2018). EPDM 단편(<100 μm 크기)은 최근 고무 산업 직업 환경의 모든 공기 샘플에서 보고되었으며, 그 존재비는 후처리 작업장에서 559 ± 184 입자/m3으로 가장 높았습니다(Sun et al., 2023). . EVA-EVOH는 이전에 인간 소변 샘플에서 확인되었습니다(Rotchell et al., 개인 서신). 이는 식품 포장, 농업용 필름 및 자동차 산업과 같이 산소 장벽이 필요한 제품에서 다른 폴리머 사이의 결합층으로 사용됩니다(Gaucher-Miri et al., 2002). EVA 자체는 일반적으로 의료 제어 약물 전달 시스템(예: 유리한 염증 특성을 갖고 상대적으로 불활성인 것으로 간주되므로 피임약)에 사용됩니다(Schneider et al., 2017). 또한 패딩이 필요한 의류/매트(런닝화, 스포츠매트 등) 등 일상용품에도 사용됩니다. EVOH 단독으로도 충치를 밀봉할 수 있는 스폰지 같은 플러그를 형성하는 생체 적합성 폴리머로 사용됩니다. 이는 뇌 기형 임상 사례와 복압성 요실금이 있는 여성에게 성공적으로 사용되었습니다(Elzayat & Corcos, 2008). EVA/EVOH/EVA 다층 필름은 세 가지 다른 유형의 폴리머로 구성되어 각 유형의 폴리머, 즉 PE에 대해 여러 유형의 라디칼을 생성할 수 있으며, 이는 이 연구에서 검출된 가장 풍부한 MP 폴리머와 연결됩니다. 구조 검토: Gaston et al., 2021).
The presence and potential impacts of MPs in the blood is critical to understand. The blood provides many key functions, to aide in the movement of substances and cells around the body. Disruption of the blood system can have significant effects on the overall well-being on the body. Previous work has already established that selected MPs (PET > PE > PS > PMMA) are present in human blood (Leslie et al., 2022) and within vein tissue (alkyd resin > polyvinylpropionate/acetate, (PVAc) > nylon-ethylene–vinyl acetate, (nylon-EVA), tie layer) in humans (Rotchell et al., 2023). Here we here show a much more varied mix of MP polymer types than previously identified and identify a mean particle length of 127.99 ± 293.26 µm (7 – 3000 µm), and a mean particle width of 57.88 ± 88.89 µm (5 – 800 µm). Importantly no spherical beads, were found within the samples. Given the range of size of the MPs, both in length and width, it must be noted that whilst parts of the vascular system, such as major arteries and veins can accommodate particles of this size, capillaries are typically 5–8 μm in diameter, presenting a theoretical barrier to any particle more than ∼ 5–8 μm in more than one dimension. Therefore, although the MPs maybe able to squeeze through the capillary in part due to its flexibility and the pressure of the blood system, it is likely that it may have a slow transit through the capillary system, and therefore can then present a clear opportunity for interaction with both the vascular endothelium and blood cells.
혈액 내 MP의 존재와 잠재적 영향을 이해하는 것이 중요합니다. 혈액은 신체 주위의 물질과 세포의 이동을 돕는 많은 주요 기능을 제공합니다. 혈액 시스템의 혼란은 신체의 전반적인 웰빙에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이전 연구에서는 선택된 MP(PET > PE > PS > PMMA)가 인간 혈액(Leslie et al., 2022)과 정맥 조직(알키드 수지 > 폴리비닐프로피오네이트/아세테이트, (PVAc) > 나일론-에틸렌–에 존재한다는 것이 이미 확립되었습니다. 인간의 경우 비닐 아세테이트(나일론-EVA), 타이 레이어)(Rotchell et al., 2023). 여기에서는 이전에 확인된 것보다 훨씬 더 다양한 MP 폴리머 유형의 혼합을 보여 주며 평균 입자 길이가 127.99 ± 293.26 µm(7 – 3000 µm)이고 평균 입자 너비가 57.88 ± 88.89 µm(5 – 800 µm)임을 확인합니다. . 중요한 것은 샘플 내에서 구형 비드가 발견되지 않았다는 것입니다. 길이와 너비 모두에서 MP의 크기 범위를 고려할 때, 주요 동맥 및 정맥과 같은 혈관계의 일부는 이 크기의 입자를 수용할 수 있지만 모세혈관의 직경은 일반적으로 5~8μm입니다. 하나 이상의 차원에서 ~ 5-8 μm 이상의 입자에 대한 이론적 장벽을 제시합니다. 따라서 MP는 유연성과 혈액 시스템의 압력으로 인해 모세혈관을 부분적으로 통과할 수 있지만 모세혈관 시스템을 통과하는 속도가 느릴 수 있으므로 다음과 같은 명확한 기회를 제공할 수 있습니다. 혈관 내피와 혈액 세포 모두와의 상호 작용.
Having established MP presence and characterised their physical dimensions within blood, the next important question relates to any potential implications. Once within the blood MPs can interact with proteins present within the plasma, for example immunoglobulins, fibrinogen, or coagulation proteins to form a corona (Lundqvist et al., 2008). Such corona may help the MP to not be recognised by the immune system (Mirshafiee et al., 2016), potentially elongating the time the MP spends within the body. Of the literature available, most biological impacts of exposure investigations use NP or smallest MP sized particles (<5 μm), typically of spherical shape and virgin origin. Smaller sized NPs (0.2 μm size, PS beads) can be ingested by murine macrophages and neutrophils leading to an inflammatory response (Florance et al., 2021). While murine macrophage cells exposed to PS beads (3 μm size), with an associated corona, enhances internalisation by macrophages (Ramsberger et al., 2020). Functionalised NPs (0.6–––1 μm size PS and PS-amine beads) have also been shown to impact platelet aggregation and inhibit thrombus formation in rodent models (Vlacil et al., 2021, Nemmar et al., 2002), indicating that these smaller sized plastics could contribute to either a bleeding diathesis via an increased susceptibility to bleeding or bruising due to decreased clotting, or a prothrombotic environment involving abnormal coagulation. PE and PS NPs (1–5 μm size) taken up by immune cells in fish (Salmo salar) demonstrated differential tissue phagocytosis profiles (Abihssira-Garcia et al., 2020), highlighting another pathway of impact within blood.
MP 존재를 확립하고 혈액 내의 물리적 차원을 특성화한 다음 중요한 질문은 잠재적인 영향과 관련됩니다. 일단 혈액 내에서 MP는 혈장 내에 존재하는 단백질(예: 면역글로불린, 피브리노겐 또는 응고 단백질)과 상호작용하여 코로나를 형성할 수 있습니다(Lundqvist et al., 2008). 이러한 코로나는 MP가 면역 체계에 의해 인식되지 않도록 도움을 줄 수 있으며(Mirshafiee et al., 2016), MP가 신체 내에서 보내는 시간을 잠재적으로 연장할 수 있습니다. 이용 가능한 문헌 중 대부분의 노출 조사에 대한 생물학적 영향은 일반적으로 구형 및 원래 기원의 NP 또는 가장 작은 MP 크기 입자(<5 μm)를 사용합니다. 더 작은 크기의 NP(0.2 μm 크기, PS 비드)는 쥐의 대식세포와 호중구에 의해 섭취되어 염증 반응을 일으킬 수 있습니다(Florance et al., 2021). PS 비드(3 μm 크기)에 노출된 쥐의 대식세포 세포는 연관된 코로나와 함께 대식세포에 의한 내부화를 향상시킵니다(Ramsberger et al., 2020). 기능화된 NP(0.6––1 μm 크기 PS 및 PS-아민 비드)도 설치류 모델에서 혈소판 응집에 영향을 미치고 혈전 형성을 억제하는 것으로 나타났습니다(Vlacil et al., 2021, Nemmar et al., 2002). 이러한 작은 크기의 플라스틱은 응고 감소로 인한 출혈이나 타박상에 대한 민감성 증가를 통한 출혈 체질 또는 비정상적인 응고를 포함하는 혈전 생성 환경에 기여할 수 있습니다. 어류(Salmo salar)의 면역 세포가 차지하는 PE 및 PS NP(1~5 μm 크기)는 차등적인 조직 식균작용 프로파일을 보여 주었으며(Abihssira-Garcia et al., 2020), 혈액 내 영향의 또 다른 경로를 강조합니다.
The particles identified in these human blood samples were an order of magnitude larger in size and of different shape dimensions relative to those used in studies discussed so far. This raises the question in terms of how relatively large particles can enter the bloodstream. One direct route, of particles sized 4–148 μm in size, has been evidenced via infusion (Zhu et al., 2023). Indirect routes could include inhalation, diet and dermal contact involving barriers. While nanoplastic-sized spheres have been demonstrated to translocate through human intestinal barrier cells (Domenech et al., 2020), the micro-size range of plastics have yet to investigated in this way. In terms of impacts resulting from MP presence, of the literature available in this larger MP size range, those of < 10 μm size (PS beads) induced cytokine and histamine impacts in human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), while the larger sized 100 μm (PS beads) had no such impacts (Hwang et al., 2020). In contrast, 100 μm size PE beads and 25–––200 μm fragments have been shown to reduce cell viability, trigger cytokine IL-6 and TNF alpha release and increase hemolysis in human PBMCs, mast cells, red blood cells albeit at high MP concentration (of 1000 μg/mL) exposures (Choi et al., 2021). Cytokine IL-6, TNF alpha and histamine release have also been shown to occur following exposure to irregular-shaped PP exposure, whereby 20 μm size elicited a larger response relative to 200 μm size, using human dermal fibroblast and murine macrophage cells (Hwang et al., 2019). Using fish models, PS and polycarbonate (PC) MPs (sizes 0.04 – 1710 μm) induced degranulation of neutrophils in flathead minnows (Pimephales promelas), while PVC MPs (0.04 – 150 μm beads) exposure led to decreased phagocytic capacity of leucocytes in gilthead seabream (Sparus aurata) and sea bass (Dicentrarchus labrax) (Espinosa et al., 2018). Therefore, MP size, type, shape and concentration affect in vitro test results using vertebrate species, and the data presented herein can now better inform the required levels, polymer types, shapes and dimensions to be able to more accurately understand the body’s response to the presence of these MPs.
이러한 인간 혈액 샘플에서 확인된 입자는 지금까지 논의된 연구에 사용된 입자에 비해 크기가 훨씬 더 크고 모양 치수도 다릅니다. 이는 상대적으로 큰 입자가 얼마나 혈류에 들어갈 수 있는지에 대한 의문을 제기합니다. 크기가 4~148μm인 입자의 직접적인 경로 중 하나가 주입을 통해 입증되었습니다(Zhu et al., 2023). 간접 경로에는 흡입, 식이 및 장벽과 관련된 피부 접촉이 포함될 수 있습니다. 나노플라스틱 크기의 구체가 인간의 장 장벽 세포를 통해 이동하는 것으로 입증되었지만(Domenech et al., 2020), 마이크로 크기 범위의 플라스틱은 아직 이러한 방식으로 조사되지 않았습니다. MP 존재로 인한 영향과 관련하여, 이 더 큰 MP 크기 범위에서 이용 가능한 문헌 중 < 10 μm 크기(PS 비드)의 경우 인간 말초 혈액 단핵 세포(PBMC)에서 사이토카인 및 히스타민 영향을 유도한 반면, 더 큰 크기의 100 μm(PS 비드)는 그러한 영향을 미치지 않았습니다(Hwang et al., 2020). 대조적으로, 100μm 크기의 PE 비드와 25~200μm 조각은 세포 생존력을 감소시키고 사이토카인 IL-6 및 TNF 알파 방출을 유발하며 높은 MP에도 불구하고 인간 PBMC, 비만 세포, 적혈구에서 용혈을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 농도(1000μg/mL) 노출(Choi et al., 2021). 사이토카인 IL-6, TNF 알파 및 히스타민 방출은 또한 불규칙한 모양의 PP 노출에 노출된 후에 발생하는 것으로 나타났으며, 이에 따라 인간 피부 섬유아세포 및 쥐 대식세포 세포를 사용하여 20μm 크기는 200μm 크기에 비해 더 큰 반응을 유도했습니다(Hwang et al. al., 2019). 어류 모델을 사용하여 PS 및 폴리카보네이트(PC) MP(크기 0.04 – 1710 μm)는 납작머리 미노우(Pimephales promelas)에서 호중구의 탈과립을 유도한 반면, PVC MP(0.04 – 150 μm 구슬) 노출은 길트헤드에서 백혈구의 식균 능력을 감소시켰습니다. 도미(Sparus aurata) 및 농어(Dicentrarchus labrax)(Espinosa et al., 2018). 따라서 MP 크기, 유형, 모양 및 농도는 척추동물을 사용한 시험관 내 테스트 결과에 영향을 미치며, 여기에 제시된 데이터는 이제 요구되는 수준, 폴리머 유형, 모양 및 크기에 대한 신체의 반응을 더 정확하게 이해할 수 있도록 더 잘 알려줄 수 있습니다. 이런 미세플라스틱의 존재.
Although we can give examples of specific effects of MPs on certain cell types, it must be noted that the overall localisation of MPs and the effects of MPs within humans is not yet understood, and is the crucial next step for this field. In part this is why establishing the shape and size of the MPs identified within humans is so crucial, given that shape and size is known to affect cellular response (for review: Danopoulos et al., 2021). Furthermore, within the blood stream size and a malleable shape matter as whilst major arteries and veins can accommodate large unmalleable MPs, capillaries present a theoretical barrier to MPs given they are typically 5–8 μm in diameter. MPs maybe able to squeeze through the capillary, but it must be noted that capillaries are not just linear and can contain bends, and as such MPs may not have the flexibility to move round bends effectively as completed by red blood cells (Wang et al., 2022). Once stuck it is likely that red blood cell movement will be compromised and therefore local changes in oxygen concentrations might occur, leading to impacts on cell metabolism and cell function. The mean levels of MPs reported herein may also indicate bioaccumulation. While bioaccumulation was not within the scope of this study, there are studies that do show MP bioaccumulation across marine species (Miller et al., 2020), though this is not yet known for humans.
특정 세포 유형에 대한 MP의 특정 효과에 대한 예를 제시할 수 있지만 MP의 전반적인 위치와 인간 내 MP의 효과는 아직 이해되지 않았으며 이 분야의 중요한 다음 단계라는 점에 유의해야 합니다. 부분적으로 이것이 모양과 크기가 세포 반응에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다는 점을 고려할 때 인간 내에서 식별된 MP의 모양과 크기를 설정하는 것이 매우 중요한 이유입니다(검토용: Danopoulos et al., 2021). 또한, 혈류 크기와 가단성 모양 문제 내에서 주요 동맥과 정맥은 가단성이 없는 큰 MP를 수용할 수 있지만 모세혈관은 일반적으로 직경이 5~8μm이므로 MP에 대한 이론적 장벽을 제시합니다. MP는 모세혈관을 통해 압착할 수 있지만 모세혈관은 선형이 아니고 구부러진 부분을 포함할 수 있으므로 MP는 적혈구에 의해 완료되는 것처럼 구부러진 부분을 효과적으로 움직일 수 있는 유연성이 없을 수 있다는 점에 유의해야 합니다(Wang et al. , 2022). 일단 막히면 적혈구 운동이 손상되어 산소 농도의 국지적 변화가 발생하여 세포 대사 및 세포 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 여기에 보고된 MP의 평균 수준은 생물축적을 나타낼 수도 있습니다. 생물학적 축적은 이 연구의 범위에 속하지 않지만, 해양 생물 전반에 걸쳐 MP 생물학적 축적을 보여주는 연구가 있지만(Miller et al., 2020), 이는 아직 인간에게는 알려져 있지 않습니다.
Alongside the type, shape and size of the MP being crucial to interaction with the body, it must also be noted that MPs contain thousands of additives, many known to be toxic (Hahladakis et al., 2018, Zimmermann et al., 2021) and representing a pool of potentially toxic leachate chemicals. Four types of phthalates (diundecyl phthalate, dicapryl phthalate, butyl benzyl phthalate and octyl benzylphthalate) were identified within particles in the blood samples. It should be noted that plastics are not the only source of these types of chemicals. Phthalates, added as plasticising agents, have been associated with toxic endpoints in humans including endocrine, nervous, cardiovascular, and respiratory systems as well as immune response pathways (Chang et al., 2021, Mariana et al., 2023, Wang and Qian, 2021). Trimellitate, another plasticising agent, used in PVC manufacturing in the automotive industry and insulation cables as well as food packaging materials, was identified in 25 % of samples though is not yet considered harmful to humans (EFSA, 2019). Leachate chemicals, such as these, may also affect the make-up of any corona and determine fate and impacts of the MPs present as discussed previously. The final category for discussion is bio-plastics. Poly(3-hydroxybutyrate), a bacterially-derived thermoplastic (Barham et al., 1984), was identified in 20 % of blood samples investigated. Such biologically-derived plastics are marketed as an alternative to PES type plastics, and yet although biodegradable, their fragments can be detected within a human body.
To conclude, MPs have been detected in human blood samples, displaying different polymer composition, and greater size range, than has previously been appreciated. They have also been characterised, for the first time, with respect to their concentrations, size, and shape dimensions, with surprisingly no beads detected. In addition to the MP particles, several commonly used MP additives including four different types of phthalates, have been detected. This information now allows more representative in vitro and in vivo toxicity studies regarding the implications of MP presence in human blood and further highlights the urgency of conducting such analyses given the abundance evidenced in this investigation.
MP의 유형, 모양 및 크기가 신체와의 상호 작용에 중요하다는 점 외에도 MP에는 독성이 있는 것으로 알려진 수천 개의 첨가제가 포함되어 있다는 점도 주목해야 합니다(Hahladakis et al., 2018, Zimmermann et al., 2021) 잠재적으로 독성이 있는 침출수 화학 물질의 풀을 나타냅니다. 네 가지 유형의 프탈레이트(디운데실 프탈레이트, 디카프릴 프탈레이트, 부틸 벤질 프탈레이트 및 옥틸 벤질프탈레이트)가 혈액 샘플의 입자 내에서 확인되었습니다. 플라스틱이 이러한 유형의 화학물질의 유일한 공급원은 아니라는 점에 유의해야 합니다. 가소화제로 첨가된 프탈레이트는 내분비계, 신경계, 심혈관계, 호흡기계는 물론 면역 반응 경로를 포함한 인간의 독성 종말점과 관련이 있습니다(Chang et al., 2021, Mariana et al., 2023, Wang and Qian, 2021). 자동차 산업의 PVC 제조와 절연 케이블, 식품 포장재에 사용되는 또 다른 가소제인 트리멜리테이트(Trimellitate)는 샘플의 25%에서 확인되었지만 아직 인체에 유해한 것으로 간주되지는 않습니다(EFSA, 2019). 이와 같은 침출수 화학물질은 코로나의 구성에도 영향을 미칠 수 있으며 이전에 논의한 것처럼 존재하는 MP의 운명과 영향을 결정할 수 있습니다. 논의의 마지막 범주는 바이오 플라스틱입니다. 박테리아 유래 열가소성 물질인 폴리(3-하이드록시부티레이트)(Barham et al., 1984)는 조사된 혈액 샘플의 20%에서 확인되었습니다. 이러한 생물학적 유래 플라스틱은 PES 유형 플라스틱의 대체품으로 판매되고 있지만 생분해성임에도 불구하고 그 조각이 인체 내에서 검출될 수 있습니다.
결론적으로 MP는 인간의 혈액 샘플에서 검출되었으며 이전에 인식되었던 것보다 다양한 폴리머 구성과 더 큰 크기 범위를 나타냅니다. 또한 처음으로 농도, 크기 및 모양 치수와 관련하여 특성화되었으며 놀랍게도 비드가 감지되지 않았습니다. MP 입자 외에도 4가지 유형의 프탈레이트를 포함하여 일반적으로 사용되는 여러 MP 첨가제가 감지되었습니다. 이 정보는 이제 인간 혈액 내 MP 존재의 영향에 관한 보다 대표적인 시험관 내 및 생체 내 독성 연구를 가능하게 하며, 이 조사에서 입증된 풍부함을 고려할 때 그러한 분석 수행의 시급성을 더욱 강조합니다.
Uncited references
EFSA Panel on Food Contact Materials, 2019, Horvatits et al., 2022, Mamun et al., 2023, , 2020, Ramsperger et al., 2020, Yan et al., 2022, aZhao Q, Zhu L, Weng J, Jin Z, Cao Y, Jiang H, et al. Detection and characterization of microplastics in the human testis and semen. Sci Tot Environ., et al., 2023, bZhao T, Shen L, Ye X, Bai G, Liao C, Chen Z, et al. Prenatal and postnatal exposure to polystyrene microplastics induces testis developmental disorder and affects male fertility in mice. J Hazard Mater., et al., 2023, Zhu et al., 2024.
CRediT authorship contribution statement
Sophie V. L. Leonard: Writing – review & editing, Writing – original draft, Supervision, Methodology, Investigation, Formal analysis. Catriona R. Liddle: Formal analysis. Charlotte A. Atherall: Formal analysis. Emma Chapman: Writing – review & editing, Writing – original draft, Supervision, Resources, Methodology, Formal analysis, Data curation. Matthew Watkins: Methodology, Formal analysis. Simon D. J. Calaminus: Writing – review & editing, Writing – original draft, Supervision, Resources, Project administration, Investigation, Funding acquisition, Conceptualization. Jeanette M. Rotchell: Writing – review & editing, Writing – original draft, Validation, Supervision, Resources, Project administration, Formal analysis, Data curation, Conceptualization.
Declaration of competing interest
The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.
Acknowledgements
We would like to dedicate this work to the late Dr Monica Arman. She would have been intrigued by this study and without her ideas and ability S.V.L.L would not have received her PhD studentship. This work was funded by the British Heart Foundation, PhD studentships Grant Number: FS/PhD/22/29265 (to S.V.L.L.).
Ethics statement: Work was carried out under ethical permission granted NHS REC study ‘Investigation of blood cells for research into cardiovascular disease’ (21/SC0215).
Appendix A. Supplementary data
The following are the Supplementary data to this article:
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#표준개발 ISO/TC61/SC14, TC38, TC147/SC2&SC6 (Microplastics) Korean Delegate
IEC/TC 111/WG 3 & JWG 14 Co-Convenor
IEC 62321-3-2(#Halogen ),-10 (#PAHs ), -13(#BPA ), -14(#SCCP/MCCP ) Project leader
- 분석장비: #TEDGCMS, #microFT-IR #microRaman, #ICPMS #XRF #Combustion-IC 등
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