In vitro žarnyno modeliai rodo, kaip mikroplastikai veikia virškinimo traktą

In vitro žarnyno modeliai rodo, kaip mikroplastikai veikia virškinimo traktą

Plastikai buvo atrasti 1950 m. ir nuo tada tapo viena dažniausiai naudojamų medžiagų visame pasaulyje. Dėl padidėjusios plastikų paklausos šios medžiagos kaupiasi sąvartynuose ir vandenynuose, todėl plastiko tarša kelia didelę grėsmę aplinkai, paveikiančią visas ekosistemas.

Tyrimas: Mikroplastikai: kas vyksta žmogaus virškinamajame trakte? Pirmieji atradimai suaugusiems, naudojant in vitro žarnyno modelius. Nuotraukų kreditas: Lucio Pepe / Shutterstock.com

fone

Plastikai natūraliai veikia aplinkoje, paverčiant jas mažomis dalelėmis.

Mikroplastikai (MP) yra mažos polimerinės matricos, kurių skersmuo svyruoja nuo vieno mikrometro (μm) iki penkių milimetrų (mm). MP yra taisyklingos arba netaisyklingos formos netirpios medžiagos, kurios kartais susidaro savanoriškai arba išsiskiria dėl plastiko atmosferos poveikio ir suskaidymo.

Parlamento nariai patenka į maisto grandinę dėl jų buvimo daugelyje maisto produktų ir geriamojo vandens. Keletas tyrimų patvirtino MP buvimą žmogaus kraujyje, išmatose ir gaubtinės žarnos audiniuose. Tačiau, nepaisant šių stebėjimų, labai nedaug tyrimų ištyrė MP likimą žmogaus virškinimo trakte.

Prarijus, MP susiduria su virškinimo trakto barjeru, kurį sudaro žarnyno epitelis ir gleivės. Be to, MP sąveikauja su žarnyno mikrobiota, kuri sudaro sudėtingą ir įvairią mikrobų bendruomenę, įskaitant bakterijas, grybus, archėjus, pirmuonis ir virusus. Viskoelastinis gleivių sluoksnio gelis yra pirmoji cheminė, fizinė ir biologinė gynybos linija, apsauganti žarnyno epitelį.

Žarnyno mikrobiota taip pat atlieka esminį vaidmenį reguliuojant šeimininko imunitetą ir toksinų, vaistų ir ksenobiotikų metabolizmą. Be to, šie mikroorganizmai taip pat yra susiję su nesuvirškinto maisto skaidymu ir antrinių metabolitų, tokių kaip trumpos grandinės riebalų rūgštys (SCFA), arilo angliavandenilių receptorių ligandai (AhR), lakiieji organiniai junginiai (LOJ) ir dujos, gamyba.

AhR ligandai ir SCFA yra atsakingi už tarpląstelinių sandarių jungčių vientisumą žarnyno epitelyje. Buvo nustatytas glaudus ryšys tarp žarnyno mikrobų aktyvumo ir veiksmingo žarnyno barjerinės funkcijos palaikymo.

Keletas in vivo modelių pabrėžė skirtingą MP poveikį, atsižvelgiant į jų dydį, formą, polimerinės matricos tipą, ekspozicijos trukmę, paviršiaus krūvį ir vartojimo būdą. Šie poveikiai apima, bet tuo neapsiriboja, gleivių sekrecijos pokyčius ir mikrobinę disbiozę.

Apie studiją

Dabartinėje Pavojingų medžiagų žurnalas Šiame tyrime mokslininkai iškėlė hipotezę, kad polietileno (PE) MP poveikis realiomis sąlygomis gali paveikti žmogaus virškinimo trakto sistemą suaugusiems in vitro. Tyrėjai buvo ypač suinteresuoti nustatyti sąveiką tarp žarnyno mikrobiomo ir PE-MP.

PE MP poveikio poveikis žmogaus metaboliniam aktyvumui ir žarnyno mikrobiotos sudėčiai buvo ištirtas po to, kai dalyviai dvi savaites vartojo 21 mg per parą dozę.

Iš viso šiame tyrime dalyvavo keturi sveiki suaugę savanoriai. Taip pat buvo naudojamas in vitro gleivinės dirbtinės gaubtinės žarnos modelis (M-ARCOL).

M-ARCOL modelis yra vienos pakopos fermentacijos sistema, imituojanti vidutinius žmogaus gaubtinės žarnos mikrobinius ir fizikinius bei cheminius parametrus. Šis modelis apima ir luminalinę, ir gleivinę mikrobiotą per išorinį mucino-alginato granulių skyrių.

Tiek žmogaus žarnyno Caco-2, tiek gleives išskiriančios HT29-MTX ląstelės buvo inkubuojamos su M-ARCOL luminaliniais supernatantais, surinktais po 2 savaičių poveikio.

Apskritai, dabartinė analizė suteikė gilesnį supratimą apie MP poveikį, pvz., Pralaidumą, citotoksiškumą ir uždegimą, žarnyno epiteliui ir gleivėms.

Studijų rezultatai

Pradinė išmatų mikrobiota, naudojama M-ARCOL inokuliacijai, parodė reikšmingą skirtumą tarp individų. Be to, šie skirtumai išliko viso in vitro eksperimento metu.

Visi dalyviai, susidūrę su PE MP, pastebėjo reikšmingą mikrobų įvairovės pasikeitimą. Pastebėta didėjanti tendencija, susijusi su luminalinės mikrobiotos α įvairove. Be skirtingų individualių skirtumų, buvo pranešta apie panašų poveikį, susijusį su spindžiu ir su gleivėmis susijusia mikrobiota.

Po poveikio PE-MP buvo pastebėta padidėjusi Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae ir Enterobacteriaceae koncentracija bei sumažėjusi Christensenellaceae ir Akkermansiaceae koncentracija. Pastarosios dvi grupės yra susijusios su asmens sveikatos būkle.

Kai kurie mikrobų struktūrų variantai atitiko mikrobų įvairovę asmenims, kenčiantiems nuo dirgliosios žarnos sindromo (IBS) arba uždegiminių virškinimo trakto ligų. MPs poveikis polietileno tereftalatu (PET) taip pat sumažino Bacteroidota trijų donorų dvitaškyje. Vienam dalyviui buvo pastebėtas Desulfobacterota padidėjimas.

PE MP poveikis dujų, SCFA ir LOJ gamybai reikšmingo skirtumo tarp kontrolinės ir gydomos grupės neparodė. Tačiau padidėjęs indolo, 3-metilo ir skatolio kiekis po PE-MP poveikio leido manyti, kad gali atsirasti mikrobiotos sukelto virškinimo trakto sutrikimo, kurį reikia toliau tirti.

Sumažėjęs AhR aktyvumas buvo pastebėtas kartu su PE-MP paveikta žarnyno mikrobiota. Taip pat buvo pranešta apie panašius rezultatus žmonėms, sergantiems IBD ir celiakija. Šiame tyrime pabrėžiama, kad žarnyno ląstelės, paveiktos dviejų dydžių PE, reikšmingai nesumažino ląstelių gyvybingumo; Tačiau jie sukėlė oksidacinį stresą.

Išvados

Dabartiniame tyrime buvo nagrinėjamas kasdienio PE-MP poveikio suaugusių žmonių virškinimo trakto sistemai. Šiuo tikslu nustatyta, kad PE-MP poveikis žarnyno gleivinės mikrobiotai ir žarnyno gleivinei priklauso nuo individualių savybių.

Ateityje reikia atlikti tolesnius tyrimus, kad būtų galima apibūdinti specifinę „žarnyno plastikos sferą“ pagal sudėtį ir metabolizmą.

Nuoroda:

• 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