In vitro crijevni modeli pokazuju kako mikroplastika utječe na gastrointestinalni trakt

In vitro crijevni modeli pokazuju kako mikroplastika utječe na gastrointestinalni trakt

Plastika je otkrivena 1950. godine i od tada je postala jedan od najčešće korištenih materijala u svijetu. Povećana potražnja za plastikom dovela je do nakupljanja tih materijala na odlagalištima otpada i u oceanima, čineći plastično onečišćenje značajnom prijetnjom okolišu koja utječe na sve ekosustave.

Studija: Mikroplastika: Što se događa u ljudskom probavnom traktu? Prvi nalazi kod odraslih pomoću in vitro intestinalnih modela. Autor fotografije: Lucio Pepe / Shutterstock.com

pozadina

Plastika se podvrgava prirodnom trošenju u okolišu, pretvarajući je u male čestice.

Mikroplastika (MP) su male polimerne matrice promjera u rasponu od jednog mikrometra (μm) do pet milimetara (mm). MP su netopive tvari pravilnog ili nepravilnog oblika koje se ponekad proizvedu dobrovoljno ili se oslobađaju vremenskim utjecajima i fragmentacijom plastike.

MP ulaze u hranidbeni lanac zbog svoje prisutnosti u mnogim namirnicama i pitkoj vodi. Nekoliko je studija potvrdilo prisutnost MP-a u ljudskoj krvi, stolici i tkivu debelog crijeva. Međutim, unatoč ovim zapažanjima, vrlo je malo studija istraživalo sudbinu MP-a u ljudskom gastrointestinalnom traktu.

Nakon ingestije, MP nailazi na gastrointestinalnu barijeru koja se sastoji od crijevnog epitela i sluzi. Nadalje, MP stupaju u interakciju s crijevnom mikrobiotom, koja tvori složenu i raznoliku zajednicu mikroba, uključujući bakterije, gljivice, arheje, protozoe i viruse. Viskoelastični gel sloja sluzi prva je kemijska, fizikalna i biološka linija obrane koja štiti crijevni epitel.

Crijevna mikrobiota također igra ključnu ulogu u regulaciji imuniteta domaćina i metabolizma toksina, lijekova i ksenobiotika. Osim toga, ovi mikroorganizmi također su povezani s razgradnjom neprobavljene hrane i proizvodnjom sekundarnih metabolita kao što su kratkolančane masne kiseline (SCFA), ligandi receptora aril ugljikovodika (AhR), hlapljivi organski spojevi (VOC) i plin.

AhR ligandi i SCFA odgovorni su za održavanje integriteta međustaničnih tijesnih spojeva u crijevnom epitelu. Utvrđena je bliska povezanost između aktivnosti crijevnih mikroba i učinkovitog održavanja funkcije crijevne barijere.

Nekoliko in vivo modela istaknulo je različite učinke MP ovisno o njihovoj veličini, obliku, vrsti polimerne matrice, trajanju izloženosti, površinskom naboju i načinu primjene. Ovi učinci uključuju, ali nisu ograničeni na, promjene u uzorcima izlučivanja sluzi i mikrobnu disbiozu.

O studiju

U trenutnoj Dnevnik opasnih materijala U ovoj studiji istraživači pretpostavljaju da bi izlaganje polietilenskim (PE) MP u realnim uvjetima moglo utjecati na ljudski gastrointestinalni sustav kod odraslih in vitro. Istraživači su bili posebno zainteresirani za utvrđivanje interakcija koje nastaju između crijevnog mikrobioma i PE-MP.

Analizirani su učinci izloženosti PE MPs-u na ljudsku metaboličku aktivnost i sastav crijevne mikrobiote nakon što su sudionici bili izloženi dnevnoj dozi od 21 mg/dan tijekom dva tjedna.

Ukupno četiri zdrava odrasla dobrovoljca sudjelovala su u trenutnoj studiji. Također je korišten in vitro model mukoznog umjetnog debelog crijeva (M-ARCOL).

M-ARCOL model je jednofazni sustav fermentacije koji simulira prosječne mikrobne i fizikalno-kemijske parametre ljudskog debelog crijeva. Ovaj model uključuje i luminalnu i mukoznu mikrobiotu kroz vanjski odjeljak mucin-alginatnih kuglica.

I ljudske intestinalne Caco-2 i HT29-MTX stanice koje izlučuju sluz inkubirane su s M-ARCOL luminalnim supernatantima prikupljenim nakon 2 tjedna izlaganja.

Sveukupno, trenutna analiza omogućila je dublje razumijevanje učinaka MP, poput propusnosti, citotoksičnosti i upale, na crijevni epitel i sluz.

Rezultati studije

Početna fekalna mikrobiota korištena za M-ARCOL inokulaciju pokazala je značajnu interindividualnu varijabilnost. Nadalje, te su se varijabilnosti održavale tijekom cijelog in vitro eksperimenta.

Svi sudionici koji su bili izloženi PE MP primijetili su značajnu promjenu u mikrobnoj raznolikosti. Primijećen je rastući trend povezan s α-raznolikošću luminalne mikrobiote. Osim interindividualne varijabilnosti, prijavljeni su slični učinci povezani s lumenom i mikrobiotom povezanom sa sluzi.

Nakon izlaganja PE-MP-ovima, uočene su povećane koncentracije Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae i Enterobacteriaceae te smanjene koncentracije Christensenellaceae i Akkermansiaceae. Posljednje dvije skupine povezane su sa zdravstvenim stanjem pojedinca.

Neke od varijacija u mikrobnim strukturama odgovarale su mikrobnoj raznolikosti kod pojedinaca koji pate od sindroma iritabilnog crijeva (IBS) ili upalnih bolesti gastrointestinalnog trakta. Izloženost MP polietilen tereftalatu (PET) također je smanjila bakteroidotu u debelom crijevu triju donora. Kod jednog sudionika primijećeno je povećanje Desulfobacterota.

Učinak PE MP na proizvodnju plina, SCFA i VOC nije pokazao značajnu razliku između kontrolne i tretirane skupine. Međutim, povećanje razina indola, 3-metila i skatola nakon izlaganja PE-MP-ima ukazuje na mogućnost gastrointestinalne disregulacije posredovane mikrobiotom, što zahtijeva daljnje istraživanje.

Smanjena aktivnost AhR uočena je u vezi s crijevnom mikrobiotom izloženom PE-MP-u. Slični rezultati zabilježeni su i kod osoba s IBD-om i celijakijom. Ova studija naglašava da crijevne stanice izložene dvjema veličinama PE nisu značajno smanjile vitalnost stanica; Međutim, uzrokovali su oksidativni stres.

Zaključci

Trenutna studija ispitivala je učinke dnevne izloženosti PE-MPs-u na gastrointestinalni sustav odraslih ljudi. U tu svrhu, utvrđeno je da učinak PE-MP na mikrobiotu crijevne sluznice i crijevnu sluznicu ovisi o individualnim karakteristikama.

U budućnosti su potrebna daljnja istraživanja kako bi se okarakterizirala specifična "crijevna plastična sfera" u smislu sastava i metabolizma.

Referenca:

• 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