Modelos intestinais in vitro mostram como os microplásticos afetam o trato gastrointestinal

Modelos intestinais in vitro mostram como os microplásticos afetam o trato gastrointestinal

Os plásticos foram descobertos em 1950 e desde então se tornaram um dos materiais mais utilizados em todo o mundo. O aumento da procura de plásticos levou à acumulação destes materiais em aterros sanitários e nos oceanos, tornando a poluição plástica uma ameaça ambiental significativa que afecta todos os ecossistemas.

Estudar: Microplásticos: O que acontece no trato digestivo humano? Primeiras descobertas em adultos usando modelos intestinais in vitro. Crédito da foto: Lúcio Pepe / Shutterstock.com

fundo

Os plásticos sofrem desgaste natural do meio ambiente, convertendo-os em pequenas partículas.

Microplásticos (MPs) são pequenas matrizes poliméricas com diâmetro variando de um micrômetro (μm) a cinco milímetros (mm). Os MPs são substâncias insolúveis, de formato regular ou irregular, que às vezes são produzidas voluntariamente ou liberadas por intemperismo e fragmentação do plástico.

Os MPs entram na cadeia alimentar devido à sua presença em muitos alimentos e água potável. Vários estudos confirmaram a presença de MPs no sangue humano, nas fezes e no tecido do cólon. No entanto, apesar destas observações, poucos estudos investigaram o destino das MPs no trato gastrointestinal humano.

Após a ingestão, os MPs encontram a barreira gastrointestinal, que consiste em epitélio intestinal e muco. Além disso, os MPs interagem com a microbiota intestinal, que forma uma comunidade complexa e diversificada de micróbios, incluindo bactérias, fungos, arquéias, protozoários e vírus. Um gel viscoelástico da camada de muco é a primeira linha de defesa química, física e biológica que protege o epitélio intestinal.

A microbiota intestinal também desempenha um papel essencial na regulação da imunidade do hospedeiro e no metabolismo de toxinas, medicamentos e xenobióticos. Além disso, esses microrganismos também estão associados à degradação de alimentos não digeridos e à produção de metabólitos secundários, como ácidos graxos de cadeia curta (SCFAs), ligantes de receptores de hidrocarbonetos de arila (AhR), compostos orgânicos voláteis (COVs) e gases.

Os ligantes AhR e SCFAs são responsáveis ​​por manter a integridade das junções intercelulares no epitélio intestinal. Foi encontrada uma estreita relação entre a atividade microbiana intestinal e a manutenção eficaz da função da barreira intestinal.

Vários modelos in vivo destacaram diferentes efeitos dos MPs dependendo do seu tamanho, forma, tipo de matriz polimérica, duração da exposição, carga superficial e via de administração. Esses efeitos incluem, mas não estão limitados a, alterações nos padrões de secreção de muco e disbiose microbiana.

Sobre o estudo

Em um atual Diário de Materiais Perigosos Neste estudo, os pesquisadores levantam a hipótese de que a exposição a MPs de polietileno (PE) sob condições realistas poderia afetar o sistema gastrointestinal humano em adultos in vitro. Os pesquisadores estavam particularmente interessados ​​em determinar as interações que surgem entre o microbioma intestinal e os PE-MPs.

Os efeitos da exposição aos MPs de PE na atividade metabólica humana e na composição da microbiota intestinal foram analisados ​​após os participantes terem sido expostos a uma dose diária de 21 mg/dia durante duas semanas.

Um total de quatro voluntários adultos saudáveis ​​participaram do estudo atual. O modelo in vitro de cólon artificial mucoso (M-ARCOL) também foi utilizado.

O modelo M-ARCOL é um sistema de fermentação de estágio único que simula os parâmetros microbianos e físico-químicos médios do cólon humano. Este modelo inclui microbiota luminal e mucosa através de um compartimento externo de esferas de mucina-alginato.

Tanto as células Caco-2 intestinais humanas como as células HT29-MTX secretoras de muco foram incubadas com sobrenadantes luminais de M-ARCOL recolhidos após 2 semanas de exposição.

No geral, a análise atual proporcionou uma compreensão mais profunda dos efeitos dos MPs, como permeabilidade, citotoxicidade e inflamação, no epitélio e no muco intestinal.

Resultados do estudo

A microbiota fecal inicial utilizada para a inoculação com M-ARCOL apresentou variabilidade interindividual significativa. Além disso, essas variabilidades foram mantidas ao longo do experimento in vitro.

Todos os participantes expostos aos MPs de PE observaram uma mudança significativa na diversidade microbiana. Foi observada uma tendência crescente associada à diversidade α da microbiota luminal. Além da variabilidade interindividual, foram relatados efeitos semelhantes relacionados ao lúmen e à microbiota associada ao muco.

Após a exposição aos PE-MPs, foram observadas concentrações aumentadas de Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae e Enterobacteriaceae e concentrações diminuídas de Christensenellaceae e Akkermansiaceae. Os dois últimos grupos estão associados ao estado de saúde de um indivíduo.

Algumas das variações nas estruturas microbianas correspondiam à diversidade microbiana em indivíduos que sofrem de síndrome do intestino irritável (SII) ou doenças inflamatórias do trato gastrointestinal. A exposição de MPs ao tereftalato de polietileno (PET) também reduziu Bacteroidota no cólon de três doadores. Um aumento na Desulfobacterota foi observado em um participante.

O efeito dos MPs de PE na produção de gás, SCFAs e VOCs não mostrou diferença significativa entre o grupo controle e o grupo tratado. No entanto, um aumento nos níveis de indol, 3-metil e escatol após a exposição a PE-MPs sugeriu a possibilidade de desregulação gastrointestinal mediada pela microbiota, o que requer investigação mais aprofundada.

A atividade reduzida de AhR foi observada em associação com a microbiota intestinal exposta a PE-MP. Resultados semelhantes também foram relatados em pessoas com DII e doença celíaca. O presente estudo destaca que as células intestinais expostas a dois tamanhos de PE não reduziram significativamente a viabilidade celular; No entanto, eles causaram estresse oxidativo.

Conclusões

O presente estudo examinou os efeitos da exposição diária a PE-MPs no sistema gastrointestinal de humanos adultos. Para este fim, descobriu-se que o efeito dos PE-MPs na microbiota da mucosa intestinal e na mucosa intestinal depende de características individuais.

Mais estudos são necessários no futuro para caracterizar a “esfera plástica intestinal” específica em termos de composição e metabolismo.

Referência:

• 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