Winzige Kügelchen, die Reinigungsmitteln und Kosmetika zugesetzt werden, sind eine nicht versiegen wollende Quelle für langlebiges Mikroplastik, das unsere Umwelt bedroht – und uns selbst. Forscher des MIT haben jedoch einen Weg gefunden, das Problem an der Quelle zu bekämpfen: Sie ersetzen die sogenannten Microbeads aus Kunststoff durch Polymere, die sich in harmlose Zucker und Aminosäuren auflösen können. Partikel davon könnten auch zur Verkapselung von Nährstoffen wie Vitamin A verwendet werden, um Lebensmittel anzureichern, was rund zwei Milliarden Menschen auf der Welt helfen könnte, die noch immer an Nährstoffmangel leiden.

Um das Material zu entwickeln, wendeten sich die Doktorandin Linzixuan (Rhoda) Zhang und ihre Kollegen den Poly-Beta-Amino-Estern zu. Das ist eine Klasse von Polymeren, die zuvor im Labor von Institutsprofessor Robert Langer entwickelt wurden und sich als vielversprechend für medizinische Anwendungen erwiesen hatten.

Indem sie die Zusammensetzung der Bestandteile dieser Materialien verändern, konnten die Forscher:innen Eigenschaften wie Hydrophobie (die Fähigkeit, Wasser abzustoßen), eine höhere mechanische Festigkeit oder die pH-Empfindlichkeit optimieren. Eine Eigenschaft, auf die das Team mit Blick auf die Verwendung des Polymers als Nährstoffzusatz für Lebensmittel abzielte, war die Fähigkeit, sich ohne problematische Rückstände aufzulösen, wenn es sauren Umgebungen wie dem Magen ausgesetzt wird.

Die Forscher:innen zeigten, dass sie Partikel des Polymers verwenden können, um die Vitamine A, D, E und C sowie Zink und Eisen zu verkapseln. Viele dieser Nährstoffe sind anfällig für den Abbau durch Hitze und Licht, aber das Team fand heraus, dass die Partikel sie zwei Stunden lang sogar vor kochendem Wasser schützen konnten. Auch nach einer sechsmonatigen Lagerung bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit blieb mehr als die Hälfte der verkapselten Vitamine unbeschädigt.

Um das Potenzial der Partikel für die Anreicherung von Lebensmitteln zu demonstrieren, mischten die Forscher:innen sie in Suppenwürfel – eine gängige Zutat in Afrika, wo Nährstoffmängel weit verbreitet ist, sagt Ana Jaklenec, leitende Forscherin am Koch Institute for Integrative Cancer Research. Sie ist gemeinsam mit Institutsprofessor Langer Hauptautorin eines Papers über die Arbeit. In dieser Studie testeten die Forscher:innen auch die Sicherheit der Partikel, indem sie sie kultivierten menschlichen Darmzellen aussetzten. In den Mengen, die in Lebensmitteln verwendet werden, gab es keine Zellschädigungen.

Um zu schauen, wie sich die Partikel in Reinigungsmitteln und Kosmetika einsetzen lassen, mischten die Forscher sie mit Seifenschaum. Sie stellten fest, dass diese Mischung Permanentmarker und wasserfesten Eyeliner viel wirksamer entfernte als Seife allein. Die mit den neuen Mikropartikeln gemischte Seife war auch wirksamer als ein Reinigungsmittel, das Polyethylen-Microbeads enthielt, und die Partikel absorbierten potenziell toxische Elemente wie Schwermetalle besser.

Die Forscher:innen planen nun, noch in diesem Jahr erste Versuche am Menschen durchzuführen, und sammeln Daten, die für die Beantragung einer GRAS-Einstufung („generally recognized as safe“) bei der US-Lebensmittelaufsicht Food and Drug Administration (FDA) verwendet werden könnten. Außerdem planen sie einen klinischen Versuch mit Lebensmitteln, die mit den Partikeln angereichert sind.

Die Gruppe hofft, dass ihre Arbeit an dem Polymer dazu beitragen könnte, die Menge an Mikroplastik, die aus Reinigungs-, Gesundheits- und Schönheitsprodukten in die Umwelt gelangt, deutlich zu verringern. „Eine Möglichkeit zur Entschärfung des Mikroplastikproblems besteht darin, herauszufinden, wie man die bestehende Verschmutzung loswerden kann“, sagt Jaklenec. „Genauso wichtig ist es aber, nach vorne zu schauen und sich auf die Entwicklung von Materialien zu konzentrieren, die gar nicht erst Mikroplastik ausstoßen.“