Des modèles intestinaux in vitro montrent comment les microplastiques affectent le tractus gastro-intestinal

Des modèles intestinaux in vitro montrent comment les microplastiques affectent le tractus gastro-intestinal

Les plastiques ont été découverts en 1950 et sont depuis devenus l’un des matériaux les plus utilisés dans le monde. La demande croissante de plastiques a conduit à l’accumulation de ces matériaux dans les décharges et dans les océans, faisant de la pollution plastique une menace environnementale importante qui impacte tous les écosystèmes.

Étude: Microplastiques : que se passe-t-il dans le tube digestif humain ? Premiers résultats chez l’adulte utilisant des modèles intestinaux in vitro. Crédit photo : Lucio Pepe / Shutterstock.com

arrière-plan

Les plastiques subissent une altération naturelle dans l’environnement, les transformant en petites particules.

Les microplastiques (MP) sont de petites matrices polymères d'un diamètre allant d'un micromètre (μm) à cinq millimètres (mm). Les MP sont des substances insolubles de forme régulière ou irrégulière qui sont parfois produites volontairement ou libérées par l'altération et la fragmentation du plastique.

Les MP entrent dans la chaîne alimentaire en raison de leur présence dans de nombreux aliments et dans l’eau potable. Plusieurs études ont confirmé la présence de MP dans le sang humain, les selles et les tissus du côlon. Cependant, malgré ces observations, très peu d’études ont étudié le devenir des MP dans le tractus gastro-intestinal humain.

Après ingestion, les MP rencontrent la barrière gastro-intestinale, constituée d'épithélium et de mucus intestinaux. De plus, les MP interagissent avec le microbiote intestinal, qui forme une communauté complexe et diversifiée de microbes, notamment des bactéries, des champignons, des archées, des protozoaires et des virus. Un gel viscoélastique de la couche de mucus constitue la première ligne de défense chimique, physique et biologique qui protège l'épithélium intestinal.

Le microbiote intestinal joue également un rôle essentiel dans la régulation de l’immunité de l’hôte et dans le métabolisme des toxines, des médicaments et des xénobiotiques. En outre, ces micro-organismes sont également associés à la dégradation des aliments non digérés et à la production de métabolites secondaires tels que les acides gras à chaîne courte (AGCC), les ligands des récepteurs d'hydrocarbures aryliques (AhR), les composés organiques volatils (COV) et les gaz.

Les ligands AhR et les SCFA sont responsables du maintien de l’intégrité des jonctions serrées intercellulaires dans l’épithélium intestinal. Une relation étroite a été trouvée entre l'activité microbienne intestinale et le maintien efficace de la fonction de barrière intestinale.

Plusieurs modèles in vivo ont mis en évidence différents effets des MP en fonction de leur taille, forme, type de matrice polymère, durée d'exposition, charge de surface et voie d'administration. Ces effets incluent, sans s’y limiter, des modifications des schémas de sécrétion de mucus et une dysbiose microbienne.

À propos de l'étude

Dans un courant Journal des matières dangereuses Dans cette étude, les chercheurs émettent l’hypothèse que l’exposition aux députés du polyéthylène (PE) dans des conditions réalistes pourrait affecter le système gastro-intestinal humain chez les adultes in vitro. Les chercheurs étaient particulièrement intéressés à déterminer les interactions qui se produisent entre le microbiome intestinal et les PE-MP.

Les effets de l'exposition aux PE MP sur l'activité métabolique humaine et la composition du microbiote intestinal ont été analysés après que les participants ont été exposés à une dose quotidienne de 21 mg/jour pendant deux semaines.

Au total, quatre volontaires adultes en bonne santé ont participé à la présente étude. Le modèle in vitro de côlon artificiel muqueux (M-ARCOL) a également été utilisé.

Le modèle M-ARCOL est un système de fermentation en une seule étape qui simule les paramètres microbiens et physico-chimiques moyens du côlon humain. Ce modèle inclut le microbiote luminal et muqueux via un compartiment externe de billes de mucine-alginate.

Les cellules intestinales humaines Caco-2 et HT29-MTX sécrétant du mucus ont été incubées avec des surnageants luminaux M-ARCOL collectés après 2 semaines d'exposition.

Dans l’ensemble, l’analyse actuelle a permis de mieux comprendre les effets des MP, tels que la perméabilité, la cytotoxicité et l’inflammation, sur l’épithélium et le mucus intestinaux.

Résultats de l'étude

Le microbiote fécal initial utilisé pour l’inoculation de M-ARCOL a montré une variabilité interindividuelle significative. De plus, ces variabilités ont été maintenues tout au long de l’expérience in vitro.

Tous les participants exposés aux PE MP ont observé un changement significatif dans la diversité microbienne. Une tendance croissante associée à la diversité α du microbiote luminal a été notée. En plus de la variabilité interindividuelle, des effets similaires liés à la lumière et au microbiote associé au mucus ont été rapportés.

Après exposition aux PE-MP, des concentrations accrues de Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae et Enterobacteriaceae et une diminution des concentrations de Christensenellaceae et Akkermansiaceae ont été observées. Ces deux derniers groupes sont associés à l'état de santé d'un individu.

Certaines des variations des structures microbiennes correspondaient à la diversité microbienne chez les individus souffrant du syndrome du côlon irritable (SCI) ou de maladies inflammatoires du tractus gastro-intestinal. L'exposition des députés au polyéthylène téréphtalate (PET) a également réduit Bacteroidota dans le côlon de trois donneurs. Une augmentation de Desulfobacterota a été observée chez un participant.

L’effet des PE MP sur la production de gaz, de SCFA et de COV n’a montré aucune différence significative entre le groupe témoin et le groupe traité. Cependant, une augmentation des taux d'indole, de 3-méthyle et de skatole après une exposition aux PE-MP suggère la possibilité d'une dérégulation gastro-intestinale médiée par le microbiote, qui nécessite des investigations plus approfondies.

Une activité AhR réduite a été observée en association avec le microbiote intestinal exposé au PE-MP. Des résultats similaires ont également été rapportés chez des personnes atteintes de MII et de maladie coeliaque. La présente étude met en évidence que les cellules intestinales exposées à deux tailles de PE ne réduisent pas significativement la viabilité cellulaire ; Cependant, ils provoquent un stress oxydatif.

Conclusions

La présente étude a examiné les effets de l'exposition quotidienne aux PE-MP sur le système gastro-intestinal des humains adultes. À cette fin, il a été constaté que l’effet des PE-MP sur le microbiote de la muqueuse intestinale et sur la muqueuse intestinale dépendait de caractéristiques individuelles.

D’autres études seront nécessaires à l’avenir pour caractériser la « sphère plastique intestinale » spécifique en termes de composition et de métabolisme.

Référence:

• 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