Пластмассы, содержащиеся в электронных отходах (e-waste), редко перерабатываются из-за их сложного состава и опасных добавок, но ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали для них новое применение - перепрофилировав их в качестве альтернативы пластику, используемому в лабораторных контейнерах для клеточных культур, таких как чашки Петри.
Команда NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (SCARCE) перепрофилировала пластиковые электронные отходы, подвергнув их только стерилизации, прежде чем провести испытания в лабораторных экспериментах.
Команда обнаружила, что более 95 процентов человеческих стволовых клеток, посеянных на пластике, извлеченном из выброшенных компьютерных компонентов, оставались здоровыми через неделю, что сопоставимо с клетками, выращенными на обычных планшетах для культивирования клеток.
Эти результаты, описанные в исследовании, опубликованном в Интернете в научном журнале Science of the Total Environment, указывают на потенциальное новое устойчивое использование пластика для электронных отходов, на которые приходится около 20 процентов от 50 миллионов тонн[1].] электронных отходов, производимых во всем мире каждый год.
Перепрофилирование их для культивирования клеток в лаборатории не только позволит извлечь максимальную пользу из пластиковых электронных отходов, но и поможет сократить количество пластиковых отходов, образующихся в результате биомедицинских исследований, заявила исследовательская группа NTU. Исследование, проведенное в 2015 году, показало, что за год во всем мире образуется 5,5 млн тонн пластиковых отходов, связанных с лабораториями[2], включая чашки для культивирования клеток.
Эти новые результаты основаны на исследовании 2020 года, проведенном той же командой NTU, которая исследовала влияние пластиковых отходов электронных отходов на шесть различных типов клеток человека и обнаружила рост здоровых клеток, несмотря на наличие опасных элементов в электронных отходы пластика. Эти результаты вдохновили исследовательскую группу на переработку пластиковых отходов электронных отходов и испытание их в передовых приложениях для культивирования клеток.
Доцент Далтон Тэй из Школы материаловедения и инженерии NTU и Школы биологических наук, который руководил этим междисциплинарным исследованием, сказал: «Пластиковые электронные отходы содержат опасные компоненты, которые могут попасть в окружающую среду, если их не утилизировать. Интересно, что в ходе наших исследований мы обнаружили, что некоторые пластиковые отходы могут успешно поддерживать рост клеток, что делает их потенциальной альтернативой пластику для культивирования клеток, используемому сегодня в лабораториях».
«Перепрофилирование их для немедленного использования, а не их переработка, позволяет немедленно продлить срок службы электронных отходов и свести к минимуму загрязнение окружающей среды. Наш подход соответствует структуре иерархии нулевых отходов, которая отдает приоритет варианту повторного использования. благодаря материаловедению и инженерным инновациям».
Представляя независимую точку зрения, профессор Сирам Рамакришна, член правления Ассоциации по переработке пластмасс Сингапура и председатель Центра передового опыта по переработке пластмасс, сказал: «Поскольку пластик является важнейшим компонентом наших производственных и логистических процессов, мы срочно нуждаемся в устойчивых решениях для пластиковых отходов, чтобы смягчить их воздействие на окружающую среду и социальные издержки. Инновационные решения, такие как идея, разработанная доцентом Тэем и его командой, по перепрофилированию пластиковых электронных отходов, могут помочь решить вездесущую проблема пластиковых отходов в Сингапуре и во всем мире и приблизить нас к циркулярному использованию пластика».
Исследование ученых NTU, которое превращает отходы в сокровища, соответствует видению NTU 2025 и Манифесту устойчивого развития университета, которые стремятся разработать устойчивые решения для решения некоторых из насущных глобальных проблем человечества.
Пластик из электронных отходов способствует здоровому росту клеток
Для этого исследования команда NTU использовала пластик, извлеченный из электронных отходов, собранных местным предприятием по переработке отходов. Три вида пластика для электронных отходов были выбраны из-за их различных характеристик поверхности: кнопки клавиатуры и пластина рассеивателя, полученные из ЖК-дисплеев, имеют относительно плоскую и гладкую поверхность, в то время как пластина призмы, также используемая в ЖК-дисплеях, имеет сильно выровненные выступы.
Чтобы проверить жизнеспособность использования пластика из электронных отходов для культивирования клеток, команда NTU посеяла стволовые клетки на круглые диски шириной 1,1 см из стерилизованного пластика для электронных отходов.
Неделю спустя ученые обнаружили, что более 95 процентов живых и здоровых стволовых клеток, посеянных на е-пластике, остались - результат, сравнимый с экспериментальным контролем стволовых клеток, выращенных на коммерчески доступных планшетах для культивирования клеток, изготовленных из полистирола.
Стволовые клетки, выращенные на пластике из электронных отходов, также сохранили свою способность к дифференцировке - процессу, в котором стволовые клетки становятся специализированными клетками с более специфической функцией, такими как клетки крови, клетки мозга, клетки сердечной мышцы или кости. ячейки.
Свойства пластиковой поверхности электронных отходов влияют на рост стволовых клеток
Стволовые клетки могут подвергаться дифференцировке при правильных условиях в организме или в лаборатории. Одним из способов облегчить этот процесс в лаборатории является добавление среды, которая «подталкивает» стволовые клетки в определенном направлении.
Чтобы исследовать влияние пластика из электронных отходов на дифференцировку стволовых клеток, команда NTU добавила два типа среды в равных количествах к клеткам, культивируемым на пластике из электронных отходов и в чашках для культивирования клеток из полистирола. Один тип уговаривает стволовые клетки развиваться в жировые клетки, а другой подталкивает стволовые клетки к превращению в костные клетки.
По истечении двух недель более высокая доля стволовых клеток, выращенных на пластиковых электронных отходах, успешно прошла дифференцировку по сравнению с клетками, выращенными на обычных полистироловых культуральных планшетах.
Ученые также обнаружили, что стволовые клетки, культивированные на пластиковой клавиатуре и диффузорном листе, с большей вероятностью превращались в костные клетки, в то время как стволовые клетки, культивируемые на призматическом листе с его ребрами, с большей вероятностью превращались в жировые клетки..
Ассистент профессора Тай сказал: «В тканевой инженерии мы используем передовые методы для создания поверхностей и изучаем, как они могут влиять на дифференцировку стволовых клеток. Теперь мы показали, что пластик из электронных отходов является готовым источником таких микроструктур, которые позволяют нам дополнительно изучить, как можно направить развитие стволовых клеток - «святой Грааль» регенеративной медицины, а в последнее время - выращенного в лаборатории мяса.."
Двигаясь вперед, команда NTU стремится к дальнейшей разработке ресурсоэффективных процессов переработки для вторичной переработки электронных отходов, которые будут поддерживать другие ценные биотехнологические приложения.
Это поможет продвигать устойчивые методы исследований и инновационные решения по переработке отходов в ресурсы для промышленности, говорят ученые.
Исследование поддерживается Национальным исследовательским фондом Сингапура и Национальным агентством по охране окружающей среды в рамках Инициативы по финансированию замкнутого цикла отходов.
[1] В электронных устройствах «необходимо использовать переработанный пластик», BBC, 15 октября 2019 г.
[2] 'Лаборатории тоже должны сокращать пластиковые отходы', Nature, 23 декабря 2015 г.