In vitro zarnu modeļi parāda, kā mikroplastmasa ietekmē kuņģa-zarnu traktu

In vitro zarnu modeļi parāda, kā mikroplastmasa ietekmē kuņģa-zarnu traktu

Plastmasa tika atklāta 1950. gadā un kopš tā laika ir kļuvusi par vienu no visbiežāk izmantotajiem materiāliem visā pasaulē. Pieaugošais pieprasījums pēc plastmasas ir izraisījis šo materiālu uzkrāšanos poligonos un okeānos, padarot plastmasas piesārņojumu par nozīmīgu vides apdraudējumu, kas ietekmē visas ekosistēmas.

Pētījums: Mikroplastmasa: kas notiek cilvēka gremošanas traktā? Pirmie atklājumi pieaugušajiem, izmantojot in vitro zarnu modeļus. Fotoattēlu kredīts: Lucio Pepe / Shutterstock.com

fons

Plastmasa tiek pakļauta dabiskai atmosfēras iedarbībai, pārvēršot tās mazās daļiņās.

Mikroplastmasa (MP) ir mazas polimēru matricas, kuru diametrs svārstās no viena mikrometra (μm) līdz pieciem milimetriem (mm). MP ir regulāras vai neregulāras formas, nešķīstošas ​​vielas, kas dažkārt tiek ražotas brīvprātīgi vai izdalās plastmasas laika apstākļu ietekmē un sadrumstalotības rezultātā.

Deputāti nonāk pārtikas ķēdē, jo tie ir daudzos pārtikas produktos un dzeramajā ūdenī. Vairāki pētījumi ir apstiprinājuši MP klātbūtni cilvēka asinīs, izkārnījumos un resnās zarnas audos. Tomēr, neskatoties uz šiem novērojumiem, ļoti maz pētījumu ir pētījuši MP likteni cilvēka kuņģa-zarnu traktā.

Pēc norīšanas MP sastopas ar kuņģa-zarnu trakta barjeru, kas sastāv no zarnu epitēlija un gļotām. Turklāt deputāti mijiedarbojas ar zarnu mikrobiotu, kas veido sarežģītu un daudzveidīgu mikrobu kopienu, tostarp baktērijas, sēnītes, arhejas, vienšūņus un vīrusus. Gļotu slāņa viskoelastīgais gēls ir pirmā ķīmiskā, fizikālā un bioloģiskā aizsardzības līnija, kas aizsargā zarnu epitēliju.

Zarnu mikrobiotai ir arī būtiska loma saimnieka imunitātes un toksīnu, zāļu un ksenobiotiku metabolisma regulēšanā. Turklāt šie mikroorganismi ir saistīti arī ar nesagremotu pārtikas produktu sadalīšanos un sekundāro metabolītu, piemēram, īso ķēžu taukskābju (SCFA), arilogļūdeņraža receptoru ligandu (AhR), gaistošo organisko savienojumu (GOS) un gāzes veidošanos.

AhR ligandi un SCFA ir atbildīgi par starpšūnu blīvo savienojumu integritātes saglabāšanu zarnu epitēlijā. Ir konstatēta cieša saikne starp zarnu mikrobu aktivitāti un efektīvu zarnu barjeras funkcijas uzturēšanu.

Vairāki in vivo modeļi ir izcēluši atšķirīgu MP ietekmi atkarībā no to lieluma, formas, polimēra matricas veida, iedarbības ilguma, virsmas lādiņa un ievadīšanas veida. Šīs sekas ietver, bet ne tikai, izmaiņas gļotu sekrēcijas modeļos un mikrobu disbiozi.

Par pētījumu

Pašreizējā Bīstamo materiālu žurnāls Šajā pētījumā pētnieki izvirza hipotēzi, ka polietilēna (PE) MP iedarbība reālos apstākļos var ietekmēt cilvēka kuņģa-zarnu trakta sistēmu pieaugušajiem in vitro. Pētnieki bija īpaši ieinteresēti noteikt mijiedarbību, kas rodas starp zarnu mikrobiomu un PE-MP.

PE MP iedarbības ietekme uz cilvēka vielmaiņas aktivitāti un zarnu mikrobiotas sastāvu tika analizēta pēc tam, kad dalībnieki divas nedēļas tika pakļauti dienas devai 21 mg dienā.

Pašreizējā pētījumā piedalījās četri veseli pieaugušie brīvprātīgie. Tika izmantots arī gļotādas mākslīgās resnās zarnas (M-ARCOL) in vitro modelis.

M-ARCOL modelis ir vienpakāpes fermentācijas sistēma, kas simulē cilvēka resnās zarnas vidējos mikrobu un fizikāli ķīmiskos parametrus. Šis modelis ietver gan luminālo, gan gļotādas mikrobiotu caur ārējo mucīna-algināta lodīšu nodalījumu.

Gan cilvēka zarnu Caco-2, gan gļotas izdalošās HT29-MTX šūnas tika inkubētas ar M-ARCOL luminālajiem supernatantiem, kas savākti pēc 2 nedēļu ilgas iedarbības.

Kopumā pašreizējā analīze sniedza dziļāku izpratni par MP ietekmi, piemēram, caurlaidību, citotoksicitāti un iekaisumu uz zarnu epitēliju un gļotām.

Studiju rezultāti

Sākotnējā fekāliju mikrobiota, ko izmantoja M-ARCOL inokulācijai, uzrādīja ievērojamas atšķirības starp indivīdiem. Turklāt šīs atšķirības tika saglabātas visā in vitro eksperimenta laikā.

Visi dalībnieki, kas bija pakļauti PE MP, novēroja būtiskas izmaiņas mikrobu daudzveidībā. Tika novērota pieaugoša tendence, kas saistīta ar luminālās mikrobiotas α daudzveidību. Papildus starppersonu mainīgumam ir ziņots par līdzīgiem efektiem, kas saistīti ar lūmenu un ar gļotām saistīto mikrobiotu.

Pēc PE-MP iedarbības tika novērota paaugstināta Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae un Enterobacteriaceae koncentrācija un samazināta Christensenellaceae un Akkermansiaceae koncentrācija. Pēdējās divas grupas ir saistītas ar indivīda veselības stāvokli.

Dažas mikrobu struktūru variācijas atbilda mikrobu daudzveidībai indivīdos, kuri cieš no kairinātu zarnu sindroma (IBS) vai kuņģa-zarnu trakta iekaisuma slimībām. MP iedarbība uz polietilēntereftalātu (PET) arī samazināja Bacteroidota trīs donoru resnajā zarnā. Vienam dalībniekam tika novērots Desulfobacterota pieaugums.

PE MP ietekme uz gāzes, SCFA un GOS ražošanu neuzrādīja būtisku atšķirību starp kontroles grupu un apstrādāto grupu. Tomēr indola, 3-metila un skatola līmeņa paaugstināšanās pēc PE-MP iedarbības liecināja par mikrobiotas izraisītas kuņģa-zarnu trakta disregulācijas iespējamību, kas prasa turpmāku izmeklēšanu.

Samazināta AhR aktivitāte tika novērota saistībā ar PE-MP pakļauto zarnu mikrobiotu. Par līdzīgiem rezultātiem ziņots arī cilvēkiem ar IBD un celiakiju. Šajā pētījumā uzsvērts, ka zarnu šūnas, kas pakļautas divu izmēru PE iedarbībai, būtiski nesamazināja šūnu dzīvotspēju; Tomēr tie izraisīja oksidatīvo stresu.

Secinājumi

Pašreizējā pētījumā tika pētīta ikdienas PE-MP iedarbības ietekme uz pieaugušo cilvēku kuņģa-zarnu trakta sistēmu. Šim nolūkam tika konstatēts, ka PE-MP ietekme uz zarnu gļotādas mikrobiotu un zarnu gļotādu ir atkarīga no individuālajām īpašībām.

Nākotnē ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai raksturotu specifisko “zarnu plastisko sfēru” sastāva un metabolisma ziņā.

Atsauce:

• 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