Modele jelit in vitro pokazują, jak mikroplastiki wpływają na przewód pokarmowy

Modele jelit in vitro pokazują, jak mikroplastiki wpływają na przewód pokarmowy

Tworzywa sztuczne zostały odkryte w 1950 roku i od tego czasu stały się jednym z najczęściej stosowanych materiałów na całym świecie. Zwiększony popyt na tworzywa sztuczne doprowadził do gromadzenia się tych materiałów na wysypiskach śmieci i w oceanach, co sprawia, że ​​zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi stanowi poważne zagrożenie dla środowiska, które ma wpływ na wszystkie ekosystemy.

Badanie: Mikroplastik: co dzieje się w przewodzie pokarmowym człowieka? Pierwsze odkrycia u dorosłych przy użyciu modeli jelitowych in vitro. Źródło zdjęcia: Lucio Pepe / Shutterstock.com

tło

Tworzywa sztuczne ulegają naturalnemu procesowi wietrzenia w środowisku, przekształcając je w drobne cząstki.

Mikroplastiki (MP) to małe matryce polimerowe o średnicy od jednego mikrometra (μm) do pięciu milimetrów (mm). MP to nierozpuszczalne substancje o regularnym lub nieregularnym kształcie, które czasami są wytwarzane dobrowolnie lub uwalniane w wyniku wietrzenia i fragmentacji tworzyw sztucznych.

Parlamentarzyści wchodzą do łańcucha pokarmowego ze względu na ich obecność w wielu produktach spożywczych i wodzie pitnej. Kilka badań potwierdziło obecność MPs w ludzkiej krwi, kale i tkance okrężnicy. Jednak pomimo tych obserwacji bardzo niewiele badań dotyczyło losów MP w przewodzie pokarmowym człowieka.

Po spożyciu parlamentarzyści napotykają barierę żołądkowo-jelitową, na którą składa się nabłonek jelitowy i śluz. Co więcej, MPs wchodzą w interakcję z mikroflorą jelitową, która tworzy złożoną i różnorodną społeczność drobnoustrojów, w tym bakterie, grzyby, archeony, pierwotniaki i wirusy. Wiskoelastyczny żel warstwy śluzu stanowi pierwszą chemiczną, fizyczną i biologiczną linię obrony chroniącą nabłonek jelit.

Mikroflora jelitowa odgrywa również zasadniczą rolę w regulacji odporności gospodarza oraz metabolizmu toksyn, leków i ksenobiotyków. Ponadto mikroorganizmy te są również powiązane z rozkładem niestrawionej żywności i wytwarzaniem wtórnych metabolitów, takich jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), ligandy receptorów węglowodorów arylowych (AhR), lotne związki organiczne (LZO) i gaz.

Ligandy AhR i SCFA są odpowiedzialne za utrzymanie integralności połączeń ścisłych międzykomórkowych w nabłonku jelitowym. Stwierdzono ścisły związek pomiędzy aktywnością drobnoustrojów jelitowych a skutecznym utrzymaniem funkcji bariery jelitowej.

Kilka modeli in vivo uwydatniło różne skutki MP w zależności od ich wielkości, kształtu, rodzaju matrycy polimerowej, czasu trwania ekspozycji, ładunku powierzchniowego i drogi podawania. Skutki te obejmują między innymi zmiany we wzorcach wydzielania śluzu i dysbiozę drobnoustrojów.

O badaniu

W aktualnym Dziennik materiałów niebezpiecznych W tym badaniu badacze stawiają hipotezę, że narażenie na polietylen (PE) MPs w realistycznych warunkach może wpływać na ludzki układ żołądkowo-jelitowy u dorosłych in vitro. Naukowcy byli szczególnie zainteresowani określeniem interakcji zachodzących pomiędzy mikrobiomem jelitowym a PE-MP.

Wpływ ekspozycji na PE MPs na aktywność metaboliczną człowieka i skład mikroflory jelitowej analizowano po ekspozycji uczestników na dzienną dawkę 21 mg/dzień przez dwa tygodnie.

W bieżącym badaniu wzięło udział łącznie czterech zdrowych dorosłych ochotników. Wykorzystano także model in vitro sztucznej okrężnicy śluzowej (M-ARCOL).

Model M-ARCOL to jednoetapowy system fermentacji symulujący średnie parametry mikrobiologiczne i fizykochemiczne ludzkiej okrężnicy. Model ten obejmuje zarówno mikroflorę światła, jak i błony śluzowej poprzez zewnętrzny przedział kulek mucyno-alginianowych.

Zarówno ludzkie jelitowe komórki Caco-2, jak i wydzielające śluz komórki HT29-MTX inkubowano z supernatantami światła M-ARCOL zebranymi po 2 tygodniach ekspozycji.

Ogólnie rzecz biorąc, bieżąca analiza zapewniła głębsze zrozumienie wpływu MP, takiego jak przepuszczalność, cytotoksyczność i stan zapalny, na nabłonek i śluz jelitowy.

Wyniki badań

Początkowa mikroflora kałowa zastosowana do zaszczepienia M-ARCOL wykazywała znaczną zmienność międzyosobniczą. Co więcej, zmienność ta utrzymywała się przez cały czas trwania eksperymentu in vitro.

Wszyscy uczestnicy narażeni na działanie MP PE zaobserwowali znaczącą zmianę w różnorodności mikrobiologicznej. Zaobserwowano rosnącą tendencję związaną z α-różnorodnością mikrobioty światła. Oprócz zmienności międzyosobniczej zgłaszano podobne skutki związane ze światłem i mikroflorą związaną ze śluzem.

Po ekspozycji na PE-MP zaobserwowano zwiększone stężenie Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae i Enterobacteriaceae oraz zmniejszone stężenie Christensenellaceae i Akkermansiaceae. Dwie ostatnie grupy są powiązane ze stanem zdrowia jednostki.

Niektóre różnice w strukturze drobnoustrojów odpowiadały różnorodności drobnoustrojów u osób cierpiących na zespół jelita drażliwego (IBS) lub choroby zapalne przewodu żołądkowo-jelitowego. Narażenie parlamentarzystów na politereftalan etylenu (PET) również zmniejszyło liczbę bakterii Bacteridota w okrężnicy u trzech dawców. U jednego uczestnika zaobserwowano wzrost liczby Desulfobacterota.

Wpływ PE MP na produkcję gazu, SCFA i LZO nie wykazał istotnej różnicy pomiędzy grupą kontrolną a grupą leczoną. Jednakże wzrost poziomu indolu, 3-metylu i skatolu po ekspozycji na PE-MP sugerował możliwość rozregulowania przewodu pokarmowego za pośrednictwem mikroflory, co wymaga dalszych badań.

Zaobserwowano zmniejszoną aktywność AhR w związku z ekspozycją mikroflory jelitowej na PE-MP. Podobne wyniki odnotowano także u osób chorych na IBD i celiakię. Niniejsze badanie podkreśla, że ​​komórki jelitowe narażone na działanie PE o dwóch rozmiarach nie zmniejszały znacząco żywotności komórek; Wywoływały jednak stres oksydacyjny.

Wnioski

W bieżącym badaniu zbadano wpływ codziennej ekspozycji na PE-MP na układ żołądkowo-jelitowy dorosłych ludzi. W tym celu stwierdzono, że wpływ PE-MP na mikroflorę błony śluzowej jelit i błonę śluzową jelit zależy od indywidualnych cech.

W przyszłości potrzebne są dalsze badania, aby scharakteryzować specyficzną „sferę plastyczną jelit” pod względem składu i metabolizmu.

Odniesienie:

• 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