In vitro darmmodellen laten zien hoe microplastics het maag-darmkanaal beïnvloeden

In vitro darmmodellen laten zien hoe microplastics het maag-darmkanaal beïnvloeden

Kunststoffen werden in 1950 ontdekt en zijn sindsdien uitgegroeid tot een van de meest gebruikte materialen ter wereld. De toegenomen vraag naar plastic heeft geleid tot de accumulatie van deze materialen op stortplaatsen en in de oceanen, waardoor plasticvervuiling een aanzienlijke bedreiging voor het milieu is geworden die alle ecosystemen aantast.

Studie: Microplastics: wat gebeurt er in het menselijke spijsverteringskanaal? Eerste bevindingen bij volwassenen met behulp van in vitro darmmodellen. Fotocredit: Lucio Pepe / Shutterstock.com

achtergrond

Kunststoffen ondergaan natuurlijke verwering in de omgeving, waardoor ze in kleine deeltjes worden omgezet.

Microplastics (MP’s) zijn kleine polymeermatrices met een diameter variërend van één micrometer (μm) tot vijf millimeter (mm). MP's zijn regelmatig of onregelmatig gevormde, onoplosbare stoffen die soms vrijwillig worden geproduceerd of vrijkomen door verwering en fragmentatie van plastic.

Kamerleden komen in de voedselketen terecht vanwege hun aanwezigheid in veel voedingsmiddelen en drinkwater. Verschillende onderzoeken hebben de aanwezigheid van MP's in menselijk bloed, ontlasting en colonweefsel bevestigd. Ondanks deze observaties hebben echter maar heel weinig onderzoeken het lot van parlementsleden in het menselijke maag-darmkanaal onderzocht.

Na inname komen parlementsleden in aanraking met de maag-darmbarrière, die bestaat uit darmepitheel en slijm. Bovendien hebben parlementsleden interactie met de darmmicrobiota, die een complexe en diverse gemeenschap van microben vormt, waaronder bacteriën, schimmels, archaea, protozoa en virussen. Een visco-elastische gel van de slijmlaag is de eerste chemische, fysische en biologische verdedigingslinie die het darmepitheel beschermt.

De darmmicrobiota speelt ook een essentiële rol bij het reguleren van de immuniteit van de gastheer en het metabolisme van toxines, medicijnen en xenobiotica. Bovendien worden deze micro-organismen ook in verband gebracht met de afbraak van onverteerd voedsel en de productie van secundaire metabolieten zoals vetzuren met een korte keten (SCFA's), arylkoolwaterstofreceptorliganden (AhR), vluchtige organische stoffen (VOC's) en gas.

AhR-liganden en SCFA's zijn verantwoordelijk voor het handhaven van de integriteit van intercellulaire nauwe kruispunten in het darmepitheel. Er is een nauwe relatie gevonden tussen de microbiële activiteit in de darmen en het effectieve behoud van de darmbarrièrefunctie.

Verschillende in vivo modellen hebben verschillende effecten van MP's benadrukt, afhankelijk van hun grootte, vorm, type polymeermatrix, blootstellingsduur, oppervlaktelading en toedieningsroute. Deze effecten omvatten, maar zijn niet beperkt tot, veranderingen in slijmafscheidingspatronen en microbiële dysbiose.

Over de studie

In een huidige Tijdschrift voor gevaarlijke stoffen In deze studie veronderstellen onderzoekers dat blootstelling aan polyethyleen (PE) MPs onder realistische omstandigheden het menselijke maag-darmstelsel bij volwassenen in vitro zou kunnen beïnvloeden. De onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in het bepalen van de interacties die ontstaan ​​tussen het darmmicrobioom en PE-MP's.

De effecten van blootstelling aan PE-MP's op de menselijke metabolische activiteit en de samenstelling van de darmmicrobiota werden geanalyseerd nadat deelnemers gedurende twee weken waren blootgesteld aan een dagelijkse dosis van 21 mg/dag.

In totaal namen vier gezonde volwassen vrijwilligers deel aan het huidige onderzoek. Het in vitro model van mucosale kunstmatige colon (M-ARCOL) werd ook gebruikt.

Het M-ARCOL-model is een eenfasig fermentatiesysteem dat de gemiddelde microbiële en fysisch-chemische parameters van de menselijke dikke darm simuleert. Dit model omvat zowel luminale als mucosale microbiota via een extern mucine-alginaatparelcompartiment.

Zowel Caco-2-cellen uit de menselijke darm als slijmafscheidende HT29-MTX-cellen werden geïncubeerd met luminale supernatanten van M-ARCOL verzameld na 2 weken blootstelling.

Over het geheel genomen gaf de huidige analyse een dieper inzicht in de effecten van MP's, zoals permeabiliteit, cytotoxiciteit en ontsteking, op het darmepitheel en slijm.

Studieresultaten

De initiële fecale microbiota die voor M-ARCOL-inenting werd gebruikt, vertoonden significante interindividuele variabiliteit. Bovendien bleven deze variabiliteiten gedurende het gehele in vitro-experiment behouden.

Alle deelnemers die werden blootgesteld aan PE-MP's observeerden een significante verandering in de microbiële diversiteit. Er werd een toenemende trend opgemerkt die verband houdt met de α-diversiteit van de luminale microbiota. Naast interindividuele variabiliteit zijn vergelijkbare effecten gerapporteerd die verband houden met het lumen en de met slijm geassocieerde microbiota.

Na blootstelling aan PE-MPs werden verhoogde concentraties van Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae en Enterobacteriaceae en verlaagde concentraties van Christensenellaceae en Akkermansiaceae waargenomen. De laatste twee groepen houden verband met de gezondheidsstatus van een individu.

Sommige van de variaties in microbiële structuren kwamen overeen met de microbiële diversiteit bij individuen die leden aan het prikkelbare darm syndroom (IBS) of ontstekingsziekten van het maagdarmkanaal. Blootstelling van parlementsleden aan polyethyleentereftalaat (PET) verminderde ook de Bacteroidota in de dikke darm van drie donoren. Bij één deelnemer werd een toename van Desulfobacterota waargenomen.

Het effect van PE MP's op de productie van gas, SCFA's en VOC's vertoonde geen significant verschil tussen de controlegroep en de behandelde groep. Een stijging van de indool-, 3-methyl- en skatolspiegels na blootstelling aan PE-MPs suggereerde echter de mogelijkheid van microbiota-gemedieerde gastro-intestinale ontregeling, wat verder onderzoek vereist.

Verminderde AhR-activiteit werd waargenomen in combinatie met aan PE-MP blootgestelde darmmicrobiota. Soortgelijke resultaten zijn ook gemeld bij mensen met IBD en coeliakie. De huidige studie benadrukt dat darmcellen die werden blootgesteld aan PE van twee maten de levensvatbaarheid van de cellen niet significant verminderden; Ze veroorzaakten echter oxidatieve stress.

Conclusies

De huidige studie onderzocht de effecten van dagelijkse blootstelling aan PE-MP's op het maag-darmstelsel van volwassen mensen. Hiertoe bleek het effect van PE-MPs op de darmmucosale microbiota en darmslijmvliezen afhankelijk te zijn van individuele kenmerken.

In de toekomst zijn verdere studies nodig om de specifieke “intestinale plasticsfeer” te karakteriseren in termen van samenstelling en metabolisme.

Referentie:

• 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