In vitro-tarmmodeller viser, hvordan mikroplastik påvirker mave-tarmkanalen

In vitro-tarmmodeller viser, hvordan mikroplastik påvirker mave-tarmkanalen

Plast blev opdaget i 1950 og er siden blevet et af de mest brugte materialer på verdensplan. Den øgede efterspørgsel efter plastik har ført til akkumulering af disse materialer på lossepladser og havene, hvilket gør plastikforurening til en betydelig miljøtrussel, der påvirker alle økosystemer.

Studere: Mikroplastik: Hvad sker der i menneskets fordøjelseskanal? Første fund hos voksne, der bruger in vitro-tarmmodeller. Fotokredit: Lucio Pepe / Shutterstock.com

baggrund

Plast udsættes for naturlig forvitring i miljøet og omdanner dem til små partikler.

Mikroplast (MP'er) er små polymermatricer med en diameter fra en mikrometer (μm) til fem millimeter (mm). MP'er er regelmæssige eller uregelmæssigt formede, uopløselige stoffer, der nogle gange produceres frivilligt eller frigives gennem plastisk forvitring og fragmentering.

Parlamentsmedlemmer kommer ind i fødekæden på grund af deres tilstedeværelse i mange fødevarer og drikkevand. Adskillige undersøgelser har bekræftet tilstedeværelsen af ​​MP'er i humant blod, afføring og tyktarmsvæv. På trods af disse observationer har meget få undersøgelser imidlertid undersøgt parlamentsmedlemmers skæbne i den menneskelige mave-tarmkanal.

Efter indtagelse støder MP'er på mave-tarmbarrieren, som består af tarmepitel og slim. Desuden interagerer MP'er med tarmmikrobiotaen, som danner et komplekst og mangfoldigt samfund af mikrober, herunder bakterier, svampe, arkæer, protozoer og vira. En viskoelastisk gel af slimlaget er den første kemiske, fysiske og biologiske forsvarslinje, der beskytter tarmepitelet.

Tarmmikrobiotaen spiller også en væsentlig rolle i reguleringen af ​​værtens immunitet og metabolisme af toksiner, lægemidler og xenobiotika. Derudover er disse mikroorganismer også forbundet med nedbrydning af ufordøjede fødevarer og produktion af sekundære metabolitter såsom kortkædede fedtsyrer (SCFA'er), arylcarbonhydridreceptorligander (AhR), flygtige organiske forbindelser (VOC'er) og gas.

AhR-ligander og SCFA'er er ansvarlige for at opretholde integriteten af ​​intercellulære tight junctions i det intestinale epitel. Der er fundet en tæt sammenhæng mellem intestinal mikrobiel aktivitet og effektiv vedligeholdelse af tarmbarrierefunktionen.

Adskillige in vivo-modeller har fremhævet forskellige effekter af MP'er afhængigt af deres størrelse, form, type polymermatrix, eksponeringsvarighed, overfladeladning og indgivelsesvej. Disse virkninger omfatter, men er ikke begrænset til, ændringer i slimsekretionsmønstre og mikrobiel dysbiose.

Om studiet

I en aktuel Journal om farlige materialer I denne undersøgelse antager forskere, at eksponering for polyethylen (PE) MP'er under realistiske forhold kan påvirke det menneskelige mave-tarmsystem hos voksne in vitro. Forskerne var særligt interesserede i at bestemme de interaktioner, der opstår mellem tarmmikrobiomet og PE-MP'er.

Effekterne af eksponering for PE MP'er på menneskelig metabolisk aktivitet og tarmmikrobiotasammensætning blev analyseret, efter at deltagerne var blevet udsat for en daglig dosis på 21 mg/dag i to uger.

I alt fire raske voksne frivillige deltog i den aktuelle undersøgelse. In vitro-modellen af ​​mucosal kunstig colon (M-ARCOL) blev også brugt.

M-ARCOL-modellen er et enkelt-trins fermenteringssystem, der simulerer de gennemsnitlige mikrobielle og fysisk-kemiske parametre for den menneskelige tyktarm. Denne model inkluderer både luminal og mucosal mikrobiota gennem et eksternt mucin-alginat perle rum.

Både humane intestinale Caco-2- og slimudskillende HT29-MTX-celler blev inkuberet med M-ARCOL luminale supernatanter opsamlet efter 2 ugers eksponering.

Samlet set gav den nuværende analyse en dybere forståelse af virkningerne af MP'er, såsom permeabilitet, cytotoksicitet og inflammation, på tarmepitel og slim.

Studieresultater

Den indledende fækale mikrobiota, der blev brugt til M-ARCOL-podning, viste signifikant interindividuel variabilitet. Ydermere blev disse variationer opretholdt i løbet af in vitro-eksperimentet.

Alle deltagere udsat for PE-parlamentsmedlemmer observerede en signifikant ændring i mikrobiel diversitet. En stigende tendens forbundet med α-diversitet af den luminale mikrobiota blev bemærket. Ud over interindividuel variabilitet er lignende virkninger relateret til lumen og slim-associeret mikrobiota blevet rapporteret.

Efter eksponering for PE-MP'er blev der observeret øgede koncentrationer af Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae og Enterobacteriaceae og nedsatte koncentrationer af Christensenellaceae og Akkermansiaceae. De to sidstnævnte grupper er forbundet med en persons helbredstilstand.

Nogle af variationerne i mikrobielle strukturer svarede til mikrobiel diversitet hos individer, der led af irritabel tyktarm (IBS) eller inflammatoriske sygdomme i mave-tarmkanalen. Eksponering af MP'er for polyethylenterephthalat (PET) reducerede også Bacteroidota i tyktarmen hos tre donorer. En stigning i Desulfobacterota blev observeret hos én deltager.

Effekten af ​​PE MP'er på produktionen af ​​gas, SCFA'er og VOC'er viste ingen signifikant forskel mellem kontrolgruppen og den behandlede gruppe. Imidlertid antydede en stigning i indol-, 3-methyl- og skatolniveauer efter eksponering for PE-MP'er muligheden for mikrobiota-medieret gastrointestinal dysregulering, hvilket kræver yderligere undersøgelse.

Reduceret AhR-aktivitet blev observeret i forbindelse med PE-MP-eksponeret tarmmikrobiota. Lignende resultater er også blevet rapporteret hos personer med IBD og cøliaki. Den nuværende undersøgelse fremhæver, at tarmceller udsat for to størrelser af PE ikke signifikant reducerede cellelevedygtighed; Men de forårsagede oxidativt stress.

Konklusioner

Den aktuelle undersøgelse undersøgte virkningerne af daglig eksponering for PE-MP'er på mave-tarmsystemet hos voksne mennesker. Til dette formål blev effekten af ​​PE-MP'er på tarmslimhindemikrobiota og tarmslimhinde fundet at afhænge af individuelle karakteristika.

Yderligere undersøgelser er nødvendige i fremtiden for at karakterisere den specifikke "tarmplastiksfære" med hensyn til sammensætning og stofskifte.

Reference:

• 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