Ин витро чревни модели показват как микропластмасата влияе на стомашно-чревния тракт

Ин витро чревни модели показват как микропластмасата влияе на стомашно-чревния тракт

Пластмасите са открити през 1950 г. и оттогава са се превърнали в един от най-често използваните материали в света. Увеличеното търсене на пластмаси доведе до натрупването на тези материали в сметищата и океаните, превръщайки замърсяването с пластмаса в значителна заплаха за околната среда, която засяга всички екосистеми.

проучване: Микропластмаса: Какво се случва в човешкия храносмилателен тракт? Първи открития при възрастни, използващи in vitro чревни модели. Снимка кредит: Lucio Pepe / Shutterstock.com

фон

Пластмасите претърпяват естествено изветряне в околната среда, превръщайки ги в малки частици.

Микропластмасите (MP) са малки полимерни матрици с диаметър, вариращ от един микрометър (μm) до пет милиметра (mm). MPs са неразтворими вещества с правилна или неправилна форма, които понякога се произвеждат доброволно или се освобождават чрез пластично изветряне и фрагментиране.

МП влизат в хранителната верига поради присъствието им в много храни и питейна вода. Няколко проучвания са потвърдили наличието на MPs в човешката кръв, изпражнения и тъкани на дебелото черво. Въпреки тези наблюдения обаче, много малко проучвания са изследвали съдбата на MPs в човешкия стомашно-чревен тракт.

След поглъщане MPs срещат стомашно-чревната бариера, която се състои от чревен епител и слуз. Освен това MPs взаимодействат с чревната микробиота, която образува сложна и разнообразна общност от микроби, включително бактерии, гъбички, археи, протозои и вируси. Вискоеластичният гел на слузния слой е първата химическа, физическа и биологична линия на защита, която защитава чревния епител.

Чревната микробиота също играе съществена роля в регулирането на имунитета на гостоприемника и метаболизма на токсини, лекарства и ксенобиотици. В допълнение, тези микроорганизми също са свързани с разграждането на несмлени храни и производството на вторични метаболити като късоверижни мастни киселини (SCFA), арилни въглеводородни рецепторни лиганди (AhR), летливи органични съединения (VOC) и газ.

AhR лигандите и SCFA са отговорни за поддържането на целостта на междуклетъчните плътни връзки в чревния епител. Установена е тясна връзка между активността на чревните микроби и ефективното поддържане на чревната бариерна функция.

Няколко in vivo модела подчертаха различни ефекти на MPs в зависимост от техния размер, форма, тип полимерна матрица, продължителност на експозиция, повърхностен заряд и начин на приложение. Тези ефекти включват, но не се ограничават до, промени в моделите на секреция на слуз и микробна дисбиоза.

Относно изследването

В един актуален Журнал за опасни материали В това проучване изследователите предполагат, че излагането на полиетиленови (PE) MPs при реалистични условия може да повлияе на човешката стомашно-чревна система при възрастни in vitro. Изследователите бяха особено заинтересовани от определянето на взаимодействията, които възникват между микробиома на червата и PE-MPs.

Ефектите от експозицията на PE MP върху човешката метаболитна активност и състава на чревната микробиота бяха анализирани, след като участниците бяха изложени на дневна доза от 21 mg/ден в продължение на две седмици.

Общо четирима здрави възрастни доброволци взеха участие в настоящото проучване. Използван е и in vitro моделът на мукозно изкуствено дебело черво (M-ARCOL).

Моделът M-ARCOL е едноетапна система за ферментация, която симулира средните микробни и физикохимични параметри на човешкото дебело черво. Този модел включва както луминална, така и мукозна микробиота чрез външно отделение за муцин-алгинатни перли.

Както човешките чревни Caco-2, така и отделящите слуз HT29-MTX клетки бяха инкубирани с M-ARCOL луминални супернатанти, събрани след 2 седмици експозиция.

Като цяло, настоящият анализ осигури по-задълбочено разбиране на ефектите на MPs, като пропускливост, цитотоксичност и възпаление, върху чревния епител и слуз.

Резултати от изследването

Първоначалната фекална микробиота, използвана за инокулация с M-ARCOL, показва значителна междуиндивидуална вариабилност. Освен това, тези вариации се поддържат през целия ход на in vitro експеримента.

Всички участници, изложени на PE MPs, наблюдават значителна промяна в микробното разнообразие. Беше отбелязана нарастваща тенденция, свързана с α-разнообразието на луминалната микробиота. В допълнение към междуиндивидуалната вариабилност са докладвани подобни ефекти, свързани с лумена и свързаната със слузта микробиота.

След излагане на PE-MPs се наблюдават повишени концентрации на Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae и Enterobacteriaceae и понижени концентрации на Christensenellaceae и Akkermansiaceae. Последните две групи са свързани със здравословното състояние на индивида.

Някои от вариациите в микробните структури съответстват на микробното разнообразие при индивиди, страдащи от синдром на раздразнените черва (IBS) или възпалителни заболявания на стомашно-чревния тракт. Излагането на MPs на полиетилен терефталат (PET) също намалява Bacteroidota в дебелото черво на трима донори. При един участник се наблюдава увеличение на Desulfobacterota.

Ефектът на PE MP върху производството на газ, SCFAs и VOCs не показва значителна разлика между контролната група и третираната група. Въпреки това, повишаване на нивата на индол, 3-метил и скатол след излагане на PE-MPs предполага възможността за медиирана от микробиота стомашно-чревна дисрегулация, което изисква допълнително изследване.

Наблюдава се намалена активност на AhR във връзка с чревната микробиота, изложена на PE-MP. Подобни резултати са докладвани и при хора с IBD и целиакия. Настоящото проучване подчертава, че чревните клетки, изложени на два размера PE, не намаляват значително жизнеспособността на клетките; Те обаче предизвикаха оксидативен стрес.

Изводи

Настоящото проучване изследва ефектите от ежедневното излагане на PE-MP върху стомашно-чревната система на възрастни хора. За тази цел беше установено, че ефектът на PE-MPs върху микробиотата на чревната лигавица и чревната лигавица зависи от индивидуалните характеристики.

Необходими са допълнителни проучвания в бъдеще, за да се характеризира специфичната „чревна пластична сфера“ по отношение на състава и метаболизма.

Справка:

• 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