FTIR Talk Letter Vol. 46

Význam tématu

Microplasty představují rostoucí zdravotní i ekologické riziko: malé plastové částice (≤5 mm) se distribuují v mořském prostředí, v půdě i v ovzduší a mohou se vstřebávat do organismů včetně člověka. Vdechování drobných částic mikrometrických a sub‑mikrometrických rozměrů klade nový důraz na respirační zdraví, chronický zánět, fibrózu a potenciální modulační roli při karcinogenezi. Rozvoj spolehlivých analytických metod pro detekci, chemickou identifikaci a kvantifikaci MP v biologických vzorcích je nutnou podmínkou pro posouzení rizik a návrh preventivních opatření.

Cíle a přehled studie / článku

• Popis současného stavu výzkumu MP v souvislosti s respiračními onemocněními a potenciálním vlivem na karcinogenezi.
• Představení postupů a platforem používaných na Nagasaki University pro detekci a lokalizaci MP v lidských a zvířecích plicních vzorcích.
• Popis softwarových funkcí (particle analysis, high‑speed mapping) pro infračervenou a infračerveně‑Ramanovskou analýzu částic a návod k jejich provozu.
• Praktická poznatky z infračervené analýzy amidhových skupin a rozlišení běžných polyamidů (nylonů) pomocí FTIR.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorkování: vzorky zajištěné z lidských resekčních materiálů a bronchoalveolárního lavátu; experimentální modely u myší s intratracheální aplikací mikročástic.
• Příprava vzorků: upřednostnění mražených řezů (frozen sections) před klasickým FFPE, aby se zabránilo ztrátě hydrofobních MP během dehydratace a odmašťování.
• Štěpení a identifikace: kombinace širokoplošného vysokorychlostního skenování (3D laserový mikroskop OLS5100) pro lokalizaci částic a následná chemická identifikace pomocí infračerveně‑Ramanovského mikroskopu AIRsight (point analysis).
• Softwarové nástroje: AMsolution (řízení AIMsight, AIM‑9000, AIRsight) s moduly particle analysis a high‑speed mapping pro automatickou detekci částic a zrychlené mapování filtračních povrchů.
• Doplňkové techniky: μFTIR, mikro‑Raman, pyrolytická GC–MS (Py‑GC‑MS) pro kvalitativní a kvantitativní ověření; fluorescenčně značené polystyrenové kuličky pro sledování distribuce v plicích; molekulární analýzy (RNA‑seq) pro zjištění aktivovaných signálních drah.

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekce MP v lidských plicních tkáních: skupina Nagasaki potvrdila přítomnost PS, PP a PE v resekátech pomocí mikro‑Raman spektroskopie, což dokládá inhalaci a depozici MP do distálních oblastí plic.
• Metodologické překážky: běžné histopatologické zpracování (FFPE) vede ke ztrátě hydrofobních částic; fluorescenčně značené částice a mražené řezy jsou účinná řešení pro zachování a vizualizaci MP v tkáni.
• Analytická strategie: kombinace 3D laserového skenování (rychlé lokalizování sférických částic podle odrazu a topografie) a následné Raman identifikace poskytuje robustní workflow s nízkým počtem falešně pozitivních výsledků a vysokou efektivitou analýzy rozsáhlých klinických vzorků.
• In vivo modely a patologické následky: upravené intratracheální podávání (endotracheální intubace s laryngoskopem) umožnilo rovnoměrné rozložení částic v myších plicích; předběžné histologické barvení naznačuje zvýšenou fibrózu a aktivaci zánětlivých drah po expozici PS kuličkám.
• Mechanistické nálezy a další analýzy: plánované RNA‑seq studie se zaměří na signalizaci spojenou s oxidačním stresem, stárnutím buněk a poruchou reparace tkáně; cílem je definovat, zda MP přispívají k chronickému zánětu a podpoře karcinogeneze.
• Softwarové kapacity: particle analysis vypočítává geometrické parametry (osa, Feretova diametr, plocha) a odhady hmotnosti a objemu (na základě publ. log‑lineární závislosti mezi plochou a hmotností), zatímco high‑speed mapping zkracuje dobu měření tím, že automaticky přeskočí pozadí při nízkém signálu v prvním akumulovaném snímku.
• Spektrální poznatky pro amidy a nylony: FTIR umožňuje rozlišit primární/sekundární/terciární amidy podle N‑H pásů (3350–3100 cm‑1) a Amide I/II regionu (~1650 a ~1550 cm‑1). U nylonů lze typy (6, 66, 11, 12) rozlišit podle intenzity pásu CH (~2800 cm‑1) a charakteristických krystalových pásů mezi 1000–900 cm‑1 (Nylon 6: γ/α formy; Nylon 66: vrchol ~936 cm‑1 pro trans C–C).

Přínosy a praktické využití metody

• Klinická aplikace: možnost systematického mapování a kvantifikace MP v lidských plicních vzorcích, vyhodnocení vztahu mezi MP zátěží a klinickými faktory (obytné prostředí, zaměstnání, kouření) a lokalizace v okolí nádorových ložisek.
• Vědecký přínos: integrace morfologického (3D) a spektrálního (IR/Raman) důkazu snižuje riziko falešné identifikace a umožňuje přesnější studie toxikologie a mechanismů poškození.
• Provozní výhody: použití mražených řezů a fluorescenčně značených částic zlepšuje zachování MP v tkáni; high‑speed mapping zkracuje dobu měření na filtrech s dispergovanými částicemi, což je klíčové pro velké soubory klinických i environmentálních vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databází: plánované hromadné studie a databázování výsledků k vytvoření korelací mezi MP profilem a klinickými/outcome parametry.
• Multimodální analýza: kombinace μFTIR, Raman, Py‑GC‑MS a molekulárních analýz (transkriptomika) k získání plného obrazu chemického složení, množství a biologických účinků.
• Standardizace metodiky: vypracování metodických postupů pro odběr, zpracování (mražené řezy), kontrolu kontaminace a validaci softwarových nástrojů pro rutinní sledování MP v biomedicínských laboratořích.
• Regulační a preventivní dopad: výsledky mohou podpořit tvorbu opatření na omezení expozice (např. pracovní prostředí, filtrace vzduchu) a doporučení veřejného zdraví vztahující se k plastové kontaminaci.
• Rozšíření na jiné orgány a cesty expozice: aplikace popsaných analytických postupů pro krev, placentu a jiné tkáně s cílem zmapovat systémovou distribuci MP a nanoplastů.

Závěr

Výzkum Nagasaki University ukazuje, že mikroplasty se dostávají do hlubokých oblastí plic a setrvávají tam; současné metodické inovace (mražené řezy, fluorescenční značení, 3D laserové skenování, IR‑Raman point analysis a softwarové moduly pro detekci a zrychlené mapování) významně zlepšují schopnost tyto částice detekovat a charakterizovat. Další kroky zahrnují kvantitativní hodnocení patologických účinků v modelových onemocněních, molekulární mapování odpovědí buněk a vytvoření rozsáhlé klinické databáze, což je nezbytné pro posouzení rizik a formulaci preventivních opatření.

Použitá instrumentace

• OLS5100 – 3D měřicí laserový mikroskop (rychlé širokoplošné snímání a topografická data).
• AIRsight – infračerveně‑Ramanovský mikroskop pro bodovou chemickou identifikaci (Raman spektra a molekulární vibrace).
• AIMsight / AIM‑9000 – infračervené mikroskopy řízené prostřednictvím AMsolution.
• AMsolution – integrační software s moduly particle analysis a high‑speed mapping pro automatickou detekci, výpočet parametrů částic a řízení měření.
• Py‑GC‑MS, μFTIR – doplňkové techniky pro chemickou analýzu a validaci identifikací.
• Laboratorní vybavení: instrumentace pro intratracheální/endotracheální aplikaci částic u modelových zvířat, fluorescenční mikroskopy, standardní histologické barvení a mražené řezy.

Reference

1. Tokito T, Kido T, Nagafuchi et al. Microplastics in Human Bronchoalveolar Lavage Fluid. Respirology. 2025;30:1141–1152.
2. Kataoka T, Iga Y, Baihaqi RA, et al. Geometric relationship between the projected surface area and mass of a plastic particle. Water Research. 2024;261:122061.
3. Sobue K. High‑Speed Measurement of Microplastics Smaller than 100 μm Collected on a Filter and Efficient Analysis — Using a High‑Speed Mapping Program and Particle Analysis Program. Shimadzu Application News 01‑00994.
4. Tange Y. Analyzing Microscopic Contaminants Embedded in Recycled Plastic. Shimadzu Application News 01‑01001.
5. Zhou C, et al. Polymer. 2020;190:122231.
6. The Japan Society for Analytical Chemistry. Polymer Analysis Handbook. Kinokuniya; 2020.
7. Vasanthan N, Salem DR. J. Polym. Sci., B: Polym. Phys. 2001;39:536.
8. Vasanthan N, Salem DR. J. Polym. Sci., B: Polym. Phys. 1999;38:516.