تظهر النماذج المعوية في المختبر كيف تؤثر المواد البلاستيكية الدقيقة على الجهاز الهضمي

تظهر النماذج المعوية في المختبر كيف تؤثر المواد البلاستيكية الدقيقة على الجهاز الهضمي

تم اكتشاف البلاستيك في عام 1950 وأصبح منذ ذلك الحين أحد أكثر المواد استخدامًا في جميع أنحاء العالم. وقد أدى الطلب المتزايد على المواد البلاستيكية إلى تراكم هذه المواد في مدافن النفايات والمحيطات، مما يجعل التلوث البلاستيكي تهديدا بيئيا كبيرا يؤثر على جميع النظم البيئية.

يذاكر: المواد البلاستيكية الدقيقة: ماذا يحدث في الجهاز الهضمي البشري؟ النتائج الأولى عند البالغين باستخدام النماذج المعوية في المختبر. مصدر الصورة: لوسيو بيبي / Shutterstock.com

خلفية

يخضع البلاستيك للتجوية الطبيعية في البيئة، مما يحوله إلى جزيئات صغيرة.

المواد البلاستيكية الدقيقة (MPs) عبارة عن مصفوفات بوليمرية صغيرة يتراوح قطرها من ميكرومتر واحد (μm) إلى خمسة ملليمترات (mm). المواد العضوية هي مواد منتظمة أو غير منتظمة الشكل وغير قابلة للذوبان يتم إنتاجها أحيانًا طوعًا أو يتم إطلاقها من خلال التجوية البلاستيكية والتفتت.

تدخل النواب في السلسلة الغذائية بسبب وجودها في العديد من الأطعمة ومياه الشرب. وقد أكدت العديد من الدراسات وجود النواب في دم الإنسان والبراز وأنسجة القولون. ومع ذلك، على الرغم من هذه الملاحظات، فإن عددًا قليلًا جدًا من الدراسات قد بحثت في مصير النواب في الجهاز الهضمي البشري.

بعد الابتلاع، يواجه النواب حاجز الجهاز الهضمي، والذي يتكون من ظهارة معوية ومخاط. علاوة على ذلك، تتفاعل البروتينات مع الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء، والتي تشكل مجتمعًا معقدًا ومتنوعًا من الميكروبات، بما في ذلك البكتيريا والفطريات والعتائق والأوالي والفيروسات. الجل اللزج المرن للطبقة المخاطية هو أول خط دفاع كيميائي وفيزيائي وبيولوجي يحمي ظهارة الأمعاء.

تلعب الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء أيضًا دورًا أساسيًا في تنظيم مناعة المضيف واستقلاب السموم والأدوية والمواد الغريبة الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط هذه الكائنات الحية الدقيقة أيضًا بتحلل الأطعمة غير المهضومة وإنتاج المستقلبات الثانوية مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، ورباطات مستقبلات الهيدروكربون الأريل (AhR)، والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، والغاز.

تعد روابط AhR و SCFAs مسؤولة عن الحفاظ على سلامة الوصلات الضيقة بين الخلايا في ظهارة الأمعاء. تم العثور على علاقة وثيقة بين النشاط الميكروبي المعوي والصيانة الفعالة لوظيفة الحاجز المعوي.

سلطت العديد من النماذج الحية الضوء على تأثيرات مختلفة للMPs اعتمادًا على حجمها وشكلها ونوع مصفوفة البوليمر ومدة التعرض وشحنة السطح وطريق الإعطاء. تشمل هذه التأثيرات، على سبيل المثال لا الحصر، التغيرات في أنماط إفراز المخاط والخلل الحيوي الميكروبي.

حول الدراسة

في واحدة الحالية مجلة المواد الخطرة في هذه الدراسة، يفترض الباحثون أن التعرض لمادة البولي إيثيلين (PE) في ظل ظروف واقعية يمكن أن يؤثر على الجهاز الهضمي البشري لدى البالغين في المختبر. كان الباحثون مهتمين بشكل خاص بتحديد التفاعلات التي تنشأ بين ميكروبيوم الأمعاء وPE-MPs.

تم تحليل آثار التعرض لـ PE MPs على نشاط التمثيل الغذائي البشري وتكوين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء بعد تعرض المشاركين لجرعة يومية قدرها 21 ملغ / يوم لمدة أسبوعين.

شارك ما مجموعه أربعة متطوعين بالغين أصحاء في الدراسة الحالية. كما تم استخدام النموذج المختبري للقولون الاصطناعي المخاطي (M-ARCOL).

نموذج M-ARCOL هو نظام تخمير أحادي المرحلة يحاكي متوسط ​​المعلمات الميكروبية والفيزيائية والكيميائية للقولون البشري. يشتمل هذا النموذج على كل من الكائنات الحية الدقيقة اللمعية والغشاء المخاطي من خلال حجرة حبة الجينات الميوسين الخارجية.

تم تحضين كل من خلايا Caco-2 المعوية البشرية وخلايا HT29-MTX المفرزة للمخاط باستخدام المواد الطافية اللمعية M-ARCOL التي تم جمعها بعد أسبوعين من التعرض.

بشكل عام، قدم التحليل الحالي فهمًا أعمق لتأثيرات النواب، مثل النفاذية والسمية الخلوية والالتهابات، على ظهارة الأمعاء والمخاط.

نتائج الدراسة

أظهرت الكائنات الحية الدقيقة البرازية الأولية المستخدمة في تلقيح M-ARCOL تباينًا كبيرًا بين الأفراد. وعلاوة على ذلك، تم الحفاظ على هذه المتغيرات طوال فترة التجربة في المختبر.

لاحظ جميع المشاركين الذين تعرضوا لنواب PE تغيرًا كبيرًا في التنوع الميكروبي. ولوحظ وجود اتجاه متزايد مرتبط بتنوع α للميكروبات اللمعية. بالإضافة إلى التباين بين الأفراد، تم الإبلاغ عن تأثيرات مماثلة تتعلق بالتجويف والميكروبات الحيوية المرتبطة بالمخاط.

بعد التعرض لـ PE-MPs، لوحظت زيادة في تركيزات Desulfovibrionaceae وDethiosulfovibrionaceae وEnterobacteriaceae وانخفاض تركيزات Christensenellaceae وAkkermansiaceae. وترتبط المجموعتان الأخيرتان بالحالة الصحية للفرد.

تتوافق بعض الاختلافات في الهياكل الميكروبية مع التنوع الميكروبي لدى الأفراد الذين يعانون من متلازمة القولون العصبي (IBS) أو الأمراض الالتهابية في الجهاز الهضمي. كما أدى تعرض النواب للبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) إلى تقليل البكتيريا في القولون لدى ثلاثة متبرعين. وقد لوحظت زيادة في ديسولفوباكتروتا في أحد المشاركين.

لم يظهر تأثير PE MPs على إنتاج الغاز، SCFAs والمركبات العضوية المتطايرة أي فرق كبير بين المجموعة الضابطة والمجموعة المعالجة. ومع ذلك، فإن الزيادة في مستويات الإندول و3 ميثيل والسكاتول بعد التعرض لـ PE-MPs تشير إلى احتمال حدوث خلل في الجهاز الهضمي بوساطة الميكروبات، الأمر الذي يتطلب مزيدًا من البحث.

وقد لوحظ انخفاض نشاط AhR بالتعاون مع ميكروبات الأمعاء المكشوفة PE-MP. كما تم الإبلاغ عن نتائج مماثلة لدى الأشخاص الذين يعانون من مرض التهاب الأمعاء (IBD) ومرض الاضطرابات الهضمية. تسلط الدراسة الحالية الضوء على أن الخلايا المعوية المعرضة لحجمين من PE لم تقلل بشكل كبير من قابلية الخلية للخلايا؛ ومع ذلك، فإنها تسبب الإجهاد التأكسدي.

الاستنتاجات

تناولت الدراسة الحالية آثار التعرض اليومي لـ PE-MPs على الجهاز الهضمي لدى البشر البالغين. تحقيقا لهذه الغاية، وجد أن تأثير PE-MPs على الكائنات الحية الدقيقة في الغشاء المخاطي المعوي والغشاء المخاطي المعوي يعتمد على الخصائص الفردية.

هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات في المستقبل لتوصيف "الكرة البلاستيكية المعوية" المحددة من حيث التركيب والتمثيل الغذائي.

مرجع:

• Fournier, E., Leveque, M., Ruiz, P., et al. (2022). Mikroplastik: Was passiert im menschlichen Verdauungstrakt? Erste Erkenntnisse bei Erwachsenen anhand von In-vitro-Darmmodellen. Zeitschrift für gefährliche Materialien. doi:10.1016/j.jhazmat.2022.130010