Modelli intestinali in vitro mostrano come le microplastiche influenzano il tratto gastrointestinale

Modelli intestinali in vitro mostrano come le microplastiche influenzano il tratto gastrointestinale

La plastica fu scoperta nel 1950 e da allora è diventata uno dei materiali più comunemente usati in tutto il mondo. L’aumento della domanda di plastica ha portato all’accumulo di questi materiali nelle discariche e negli oceani, rendendo l’inquinamento da plastica una significativa minaccia ambientale che colpisce tutti gli ecosistemi.

Studio: Microplastiche: cosa succede nel tratto digestivo umano? Primi risultati negli adulti utilizzando modelli intestinali in vitro. Credito fotografico: Lucio Pepe / Shutterstock.com

sfondo

Le materie plastiche subiscono gli agenti atmosferici naturali nell'ambiente, convertendole in piccole particelle.

Le microplastiche (MP) sono piccole matrici polimeriche con un diametro compreso tra un micrometro (μm) e cinque millimetri (mm). Gli MP sono sostanze insolubili di forma regolare o irregolare che a volte vengono prodotte volontariamente o rilasciate attraverso l'invecchiamento e la frammentazione della plastica.

I deputati entrano nella catena alimentare a causa della loro presenza in molti alimenti e nell'acqua potabile. Numerosi studi hanno confermato la presenza di MP nel sangue umano, nelle feci e nel tessuto del colon. Tuttavia, nonostante queste osservazioni, pochissimi studi hanno indagato il destino delle MP nel tratto gastrointestinale umano.

Dopo l'ingestione, le MP incontrano la barriera gastrointestinale, costituita da epitelio e muco intestinale. Inoltre, le MP interagiscono con il microbiota intestinale, che forma una comunità complessa e diversificata di microbi, inclusi batteri, funghi, archaea, protozoi e virus. Un gel viscoelastico dello strato mucoso è la prima linea di difesa chimica, fisica e biologica che protegge l'epitelio intestinale.

Il microbiota intestinale svolge anche un ruolo essenziale nella regolazione dell’immunità dell’ospite e nel metabolismo delle tossine, dei farmaci e degli xenobiotici. Inoltre, questi microrganismi sono anche associati alla degradazione degli alimenti non digeriti e alla produzione di metaboliti secondari come acidi grassi a catena corta (SCFA), ligandi dei recettori degli idrocarburi arilici (AhR), composti organici volatili (COV) e gas.

I ligandi AhR e gli SCFA sono responsabili del mantenimento dell'integrità delle giunzioni strette intercellulari nell'epitelio intestinale. È stata riscontrata una stretta relazione tra l’attività microbica intestinale e l’efficace mantenimento della funzione di barriera intestinale.

Diversi modelli in vivo hanno evidenziato effetti diversi degli MP a seconda della loro dimensione, forma, tipo di matrice polimerica, durata dell’esposizione, carica superficiale e via di somministrazione. Questi effetti includono, ma non sono limitati a, cambiamenti nei modelli di secrezione di muco e disbiosi microbica.

A proposito dello studio

In uno attuale Giornale dei materiali pericolosi In questo studio, i ricercatori ipotizzano che l’esposizione a MP di polietilene (PE) in condizioni realistiche potrebbe influenzare il sistema gastrointestinale umano negli adulti in vitro. I ricercatori erano particolarmente interessati a determinare le interazioni che si verificano tra il microbioma intestinale e i PE-MP.

Gli effetti dell’esposizione ai PE MP sull’attività metabolica umana e sulla composizione del microbiota intestinale sono stati analizzati dopo che i partecipanti erano stati esposti a una dose giornaliera di 21 mg/giorno per due settimane.

Allo studio hanno preso parte in totale quattro volontari adulti sani. È stato utilizzato anche il modello in vitro di colon artificiale mucoso (M-ARCOL).

Il modello M-ARCOL è un sistema di fermentazione a stadio singolo che simula i parametri microbici e fisico-chimici medi del colon umano. Questo modello include sia il microbiota luminale che quello della mucosa attraverso un compartimento esterno di sfere di mucina-alginato.

Sia le cellule Caco-2 intestinali umane che le cellule HT29-MTX secernenti muco sono state incubate con surnatanti luminali M-ARCOL raccolti dopo 2 settimane di esposizione.

Nel complesso, l’attuale analisi ha fornito una comprensione più approfondita degli effetti dei MP, come permeabilità, citotossicità e infiammazione, sull’epitelio e sul muco intestinale.

Risultati dello studio

Il microbiota fecale iniziale utilizzato per l’inoculazione di M-ARCOL ha mostrato una significativa variabilità interindividuale. Inoltre, queste variabilità sono state mantenute durante tutto il corso dell’esperimento in vitro.

Tutti i partecipanti esposti ai PE MP hanno osservato un cambiamento significativo nella diversità microbica. È stata notata una tendenza crescente associata alla diversità α del microbiota luminale. Oltre alla variabilità interindividuale, sono stati segnalati effetti simili relativi al lume e al microbiota associato al muco.

Dopo l'esposizione ai PE-MP, è stato osservato un aumento delle concentrazioni di Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae ed Enterobacteriaceae e una diminuzione delle concentrazioni di Christensenellaceae e Akkermansiaceae. Gli ultimi due gruppi sono associati allo stato di salute di un individuo.

Alcune delle variazioni nelle strutture microbiche corrispondevano alla diversità microbica negli individui affetti da sindrome dell’intestino irritabile (IBS) o da malattie infiammatorie del tratto gastrointestinale. L'esposizione delle MP al polietilene tereftalato (PET) ha ridotto anche i Bacteroidota nel colon di tre donatori. In un partecipante è stato osservato un aumento dei Desulfobacterota.

L'effetto dei PE MP sulla produzione di gas, SCFA e COV non ha mostrato differenze significative tra il gruppo di controllo e il gruppo trattato. Tuttavia, un aumento dei livelli di indolo, 3-metile e scatolo dopo l’esposizione a PE-MP ha suggerito la possibilità di una disregolazione gastrointestinale mediata dal microbiota, che richiede ulteriori indagini.

È stata osservata una ridotta attività AhR in associazione con il microbiota intestinale esposto a PE-MP. Risultati simili sono stati riportati anche in persone con malattie infiammatorie intestinali e celiachia. Il presente studio evidenzia che le cellule intestinali esposte a due dimensioni di PE non hanno ridotto significativamente la vitalità cellulare; Tuttavia, hanno causato stress ossidativo.

Conclusioni

Il presente studio ha esaminato gli effetti dell’esposizione quotidiana ai PE-MP sul sistema gastrointestinale degli esseri umani adulti. A tal fine, si è scoperto che l’effetto dei PE-MP sul microbiota della mucosa intestinale e sulla mucosa intestinale dipende dalle caratteristiche individuali.

In futuro saranno necessari ulteriori studi per caratterizzare la specifica “sfera plastica intestinale” in termini di composizione e metabolismo.

Riferimento:

• 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