Detailansicht

Development of micro- and nanoplastics isolation from blood and organs using reliable digestion protocols and their potential effects on human blood pressure

Liesa Geppner

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswissenschaften): Biologie

Betreuer*innen

Harald Wilfing ,

Maja Henjakovic

Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen

DOI

10.25365/thesis.78543

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-27590.13161.586893-9

Link zu u:search

(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die zunehmende Präsenz von Kunststoffen und die einhergehende unzureichende Abfallentsorgung haben zu einer starken Ansammlung von Mikro- und Nanokunststoffen in der Umwelt geführt. Jüngste Studien haben den Nachweis von Mikroplastik in verschiedenen menschlichen Geweben, Flüssigkeiten und sogar im Blutkreislauf bestätigt. Es gibt jedoch noch immer keine standardisierte, partikelschonende Methode für den Verdau menschlicher Proben und keine eindeutigen Belege für die daraus resultierenden Auswirkungen auf die menschliche Gefäßgesundheit in Bezug auf den Blutdruck. Ziel dieser Dissertation war es daher, standardisierte Verdaumethoden zu entwickeln und die möglichen Auswirkungen von Kunststoffpartikeln auf den menschlichen Blutdruck zu bewerten. Diese Herausforderungen wurden durch drei ergänzende Studien mit folgenden methodischen Schwerpunkten behandelt: (1) Entwicklung einer neuen Verdaumethode unter Verwendung von Pepsin und Pankreatin für den Nachweis von Mikroplastik im Blut, (2) Optimierung von Protokollen für den Gewebeverdau mittels Pepsin und Pankreatin als enzymatische Reagenzien und Kaliumhydroxid als chemisches Reagenz und (3) eine systematische Untersuchung der potenziellen Auswirkungen zirkulierender Plastikpartikel auf den menschlichen Blutdruck. Die Verdauungsmethode mit Pepsin und Pankreatin wurde entwickelt, um physiologische Magen-Darm-Bedingungen nachzuahmen, und hat sich als wirksame und schonende Methode für den Blutverdau erwiesen, ohne 5 µm große Polystyrolpartikel zu beschädigen. Während enzymatische Methoden keine ausreichende Verdauungseffizienz für Schweineorgane lieferten, führte die Verdauung mit 10 % Kaliumhydroxid bei 37 °C zu einer erfolgreichen Auflösung von Lungen-, Leber- und Nierenorganen, ohne dass 1 und 5 µm großen Polystyrolpartikel verändert wurden. Bei der Untersuchung der potenziellen physiologischen Relevanz von Kunststoffpartikeln im Kreislaufsystem zeigten Daten aus In-vitro-Modellen, In-vivo-Studien und klinischen Studien am Menschen, dass Partikel zu Endothelverletzung, Thrombozytenaktivierung und Entzündungen führen und damit möglicherweise zu einer Erhöhung des Blutdrucks beitragen können. Insgesamt unterstreicht diese Arbeit den Bedarf an standardisierten, zerstörungsfreien Verdauungsprotokollen, die die Lücke zwischen Verdauungseffizienz und Erhaltung der Kunststoffstruktur schließen, um die Genauigkeit des Nachweises von Kunststoffen in biologischen Proben zu verbessern und ihre potenziellen Auswirkungen auf den Blutdruck besser beurteilen zu können.

Abstract

(Englisch)

The widespread presence of plastics and inadequate waste management have led to the distribution of microplastics and nanoplastics in the environment. Recent studies have shown the presence of microplastics in various human tissues, fluids, and even the bloodstream. However, there is still no standardized, non-particle-damaging method for the digestion of human samples and no clear evidence of the resulting effects on human vascular health in terms of blood pressure. Therefore, the aim of this dissertation was to develop standardized digestion methods and assessing the potential impact of plastic particles on human blood pressure. These challenges were addressed by three complementary studies, with the following methodological focus: (1) novel enzymatic method development using pepsin and pancreatin digestion for blood-based microplastic detection, (2) optimization of tissue digestion protocols by testing pepsin and pancreatin as enzymatic reagents and potassium hydroxide as a chemical reagent, and (3) a systematic review of the potential effects of circulating plastic particles on human blood pressure. The pepsin and pancreatin digestion method was developed to mimic physiological gastrointestinal conditions and proved to be an effective and gentle method for blood digestion, without damaging 5 µm polystyrene particles. While enzymatic methods did not provide sufficient digestion efficiency for porcine organs, digestion with 10 % potassium hydroxide at 37 °C resulted in successful dissolution of lung, liver and kidney organs, and no alterations of 1 and 5 µm polystyrene particles. In investigating the potential physiological relevance of plastic particles in the circulatory system, data from in vitro models, in vivo studies and human clinical trials suggest plausible mechanisms by which particles may cause endothelial injury, platelet activation and inflammation, potentially contributing to blood pressure elevations. Overall, this thesis highlights the need for standardized, non-destructive digestion protocols that bridge the gap between digestion efficiency and preservation of plastic structure to improve the accuracy of plastic detection in biological samples, to better assess their potential impact on blood pressure.

Autor*innen

Liesa Geppner

Haupttitel (Englisch)

Development of micro- and nanoplastics isolation from blood and organs using reliable digestion protocols and their potential effects on human blood pressure

Publikationsjahr

2025

Umfangsangabe

ix, 84 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Daniela Haluza ,

Hayo Castrop

Klassifikation

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.99 Naturwissenschaften allgemein. Sonstiges

AC Nummer

AC17548669

Utheses ID

76065

Studienkennzahl

UA | 794 | 685 | 437 |

Detailansicht

Abstracts

Schlagwörter