In vitro suoliston mallit osoittavat, kuinka mikromuovit vaikuttavat ruoansulatuskanavaan

In vitro suoliston mallit osoittavat, kuinka mikromuovit vaikuttavat ruoansulatuskanavaan

Muovit löydettiin vuonna 1950, ja niistä on sittemmin tullut yksi yleisimmin käytetyistä materiaaleista maailmanlaajuisesti. Muovien lisääntynyt kysyntä on johtanut näiden materiaalien kertymiseen kaatopaikoille ja valtameriin, mikä tekee muovisaastuksesta merkittävän ympäristöuhan, joka vaikuttaa kaikkiin ekosysteemeihin.

Tutkimus: Mikromuovit: Mitä tapahtuu ihmisen ruoansulatuskanavassa? Ensimmäiset löydökset aikuisilla in vitro -suolistomalleilla. Kuva: Lucio Pepe / Shutterstock.com

tausta

Muovit läpikäyvät luonnossa sään, jolloin ne muuttuvat pieniksi hiukkasiksi.

Mikromuovit (MPs) ovat pieniä polymeerimatriiseja, joiden halkaisija vaihtelee yhdestä mikrometristä (μm) viiteen millimetriin (mm). MP:t ovat säännöllisen tai epäsäännöllisen muotoisia, liukenemattomia aineita, joita joskus syntyy vapaaehtoisesti tai vapautuu muovisen sään ja pirstoutumisen seurauksena.

Kansanedustajat tulevat ravintoketjuun, koska he ovat läsnä monissa elintarvikkeissa ja juomavedessä. Useat tutkimukset ovat vahvistaneet MP:ien esiintymisen ihmisen veressä, ulosteessa ja paksusuolen kudoksessa. Näistä havainnoista huolimatta vain harvat tutkimukset ovat tutkineet MP:ien kohtaloa ihmisen maha-suolikanavassa.

Nieltyään MP:t kohtaavat maha-suolikanavan esteen, joka koostuu suoliston epiteelistä ja limasta. Lisäksi MP:t ovat vuorovaikutuksessa suoliston mikrobiston kanssa, joka muodostaa monimutkaisen ja monipuolisen mikrobiyhteisön, mukaan lukien bakteereja, sieniä, arkkeja, alkueläimiä ja viruksia. Limakerroksen viskoelastinen geeli on ensimmäinen kemiallinen, fysikaalinen ja biologinen puolustuslinja, joka suojaa suoliston epiteeliä.

Suoliston mikrobiotalla on myös keskeinen rooli isännän immuniteetin ja toksiinien, lääkkeiden ja ksenobioottien aineenvaihdunnan säätelyssä. Lisäksi nämä mikro-organismit liittyvät myös sulamattomien elintarvikkeiden hajoamiseen ja sekundaaristen metaboliittien, kuten lyhytketjuisten rasvahappojen (SCFA), aryylihiilivetyreseptoriligandien (AhR), haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja kaasun tuotantoon.

AhR-ligandit ja SCFA:t ovat vastuussa solujen välisten tiiviiden liitoskohtien eheyden ylläpitämisestä suoliston epiteelissä. Suoliston mikrobitoiminnan ja suoliston estetoiminnan tehokkaan ylläpitämisen välillä on havaittu läheinen yhteys.

Useat in vivo -mallit ovat korostaneet MP:ien erilaisia ​​vaikutuksia riippuen niiden koosta, muodosta, polymeerimatriisin tyypistä, altistuksen kestosta, pintavarauksesta ja antoreitistä. Näitä vaikutuksia ovat, mutta eivät rajoitu niihin, muutokset liman erittymistavoissa ja mikrobien dysbioosi.

Tietoja tutkimuksesta

Nykyisessä Hazardous Materials Journal Tässä tutkimuksessa tutkijat olettavat, että altistuminen polyeteenille (PE) MP:ille realistisissa olosuhteissa voi vaikuttaa ihmisen ruoansulatuskanavaan aikuisilla in vitro. Tutkijat olivat erityisen kiinnostuneita suoliston mikrobiomin ja PE-MP:iden välisten vuorovaikutusten määrittämisestä.

PE MP:ille altistumisen vaikutuksia ihmisen aineenvaihduntaan ja suoliston mikrobiston koostumukseen analysoitiin sen jälkeen, kun osallistujat altistettiin päivittäiselle annokselle 21 mg/vrk kahden viikon ajan.

Tutkimukseen osallistui yhteensä neljä tervettä aikuista vapaaehtoista. Käytettiin myös limakalvon keinotekoisen paksusuolen (M-ARCOL) in vitro -mallia.

M-ARCOL-malli on yksivaiheinen käymisjärjestelmä, joka simuloi ihmisen paksusuolen keskimääräisiä mikrobi- ja fysikaalis-kemiallisia parametreja. Tämä malli sisältää sekä luminaalisen että limakalvon mikrobiotan ulkoisen musiini-alginaattihelmiosaston kautta.

Sekä ihmisen suoliston Caco-2- että limaa erittäviä HT29-MTX-soluja inkuboitiin M-ARCOL-luminaalisten supernatanttien kanssa, jotka kerättiin 2 viikon altistuksen jälkeen.

Kaiken kaikkiaan nykyinen analyysi tarjosi syvemmän ymmärryksen MP:ien vaikutuksista, kuten läpäisevyydestä, sytotoksisuudesta ja tulehduksesta, suoliston epiteeliin ja limaan.

Tutkimustulokset

M-ARCOL-rokotuksiin käytetty alkuperäinen ulosteen mikrobisto osoitti merkittävää yksilöiden välistä vaihtelua. Lisäksi nämä vaihtelut säilyivät koko in vitro -kokeen ajan.

Kaikki PE MP:ille altistuneet osallistujat havaitsivat merkittävän muutoksen mikrobien monimuotoisuudessa. Havaittiin lisääntyvä trendi, joka liittyy luminaalisen mikrobiotan α-diversiteettiin. Yksilöiden välisen vaihtelun lisäksi on raportoitu samankaltaisia ​​vaikutuksia, jotka liittyvät luumeniin ja limaan liittyvään mikrobiotaan.

PE-MP:ille altistumisen jälkeen havaittiin kohonneita Desulfovibrionaceae-, Dethiosulfovibrionaceae- ja Enterobacteriaceae-pitoisuuksia ja alentuneita Christensenellaceae- ja Akkermansiaceae-pitoisuuksia. Kaksi jälkimmäistä ryhmää liittyvät yksilön terveydentilaan.

Jotkut mikrobirakenteiden vaihteluista vastasivat mikrobien monimuotoisuutta yksilöillä, jotka kärsivät ärtyvän suolen oireyhtymästä (IBS) tai maha-suolikanavan tulehduksellisista sairauksista. MP:ien altistuminen polyeteenitereftalaatille (PET) vähensi myös Bacteroidotaa kolmen luovuttajan paksusuolessa. Yhdellä osallistujalla havaittiin Desulfobacterotan lisääntyminen.

PE MP:ien vaikutus kaasun, SCFA:iden ja VOC:ien tuotantoon ei osoittanut merkittävää eroa kontrolliryhmän ja käsitellyn ryhmän välillä. Kuitenkin indoli-, 3-metyyli- ja skatolitasojen nousu PE-MP:ille altistuksen jälkeen viittasi mikrobiotavälitteisen maha-suolikanavan häiriön mahdollisuuteen, mikä vaatii lisätutkimuksia.

Vähentynyttä AhR-aktiivisuutta havaittiin yhdessä PE-MP:lle altistetun suoliston mikrobiston kanssa. Samanlaisia ​​tuloksia on raportoitu myös ihmisillä, joilla on IBD ja keliakia. Tämä tutkimus korostaa, että suolistosolut, jotka altistettiin kahdelle PE:lle, eivät merkittävästi vähentäneet solujen elinkelpoisuutta; Ne aiheuttivat kuitenkin oksidatiivista stressiä.

Johtopäätökset

Nykyisessä tutkimuksessa tarkasteltiin päivittäisen PE-MP-altistuksen vaikutuksia aikuisten ihmisten ruoansulatuskanavaan. Tätä tarkoitusta varten PE-MP:iden vaikutuksen suoliston limakalvon mikrobiotaan ja suoliston limakalvoon havaittiin riippuvan yksilöllisistä ominaisuuksista.

Jatkossa tarvitaan lisätutkimuksia spesifisen "suoliston muovipallon" karakterisoimiseksi koostumuksen ja aineenvaihdunnan suhteen.

Viite:

• 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