Modelele intestinale in vitro arată cum microplasticele afectează tractul gastrointestinal

Modelele intestinale in vitro arată cum microplasticele afectează tractul gastrointestinal

Materialele plastice au fost descoperite în 1950 și de atunci au devenit unul dintre cele mai frecvent utilizate materiale la nivel mondial. Cererea crescută de materiale plastice a dus la acumularea acestor materiale în gropile de gunoi și în oceane, făcând din poluarea cu plastic o amenințare semnificativă pentru mediu, care afectează toate ecosistemele.

Studiu: Microplastice: ce se întâmplă în tractul digestiv uman? Primele descoperiri la adulți folosind modele intestinale in vitro. Credit foto: Lucio Pepe / Shutterstock.com

fundal

Materialele plastice suferă intemperii naturale în mediu, transformându-le în particule mici.

Microplasticele (MP) sunt matrice polimerice mici, cu un diametru cuprins între un micrometru (μm) și cinci milimetri (mm). MP sunt substanțe insolubile, de formă regulată sau neregulată, care uneori sunt produse voluntar sau eliberate prin degradarea și fragmentarea plasticului.

Parlamentarii intră în lanțul alimentar datorită prezenței lor în multe alimente și apă potabilă. Mai multe studii au confirmat prezența MP în sângele uman, scaunul și țesutul colonului. Cu toate acestea, în ciuda acestor observații, foarte puține studii au investigat soarta MP în tractul gastrointestinal uman.

După ingerare, MP întâlnesc bariera gastrointestinală, care constă din epiteliu intestinal și mucus. În plus, MP interacționează cu microbiota intestinală, care formează o comunitate complexă și diversă de microbi, inclusiv bacterii, ciuperci, arhee, protozoare și viruși. Un gel vâscoelastic al stratului de mucus este prima linie chimică, fizică și biologică de apărare care protejează epiteliul intestinal.

Microbiota intestinală joacă, de asemenea, un rol esențial în reglarea imunității gazdei și a metabolismului toxinelor, medicamentelor și xenobioticelor. În plus, aceste microorganisme sunt, de asemenea, asociate cu descompunerea alimentelor nedigerate și producerea de metaboliți secundari, cum ar fi acizii grași cu lanț scurt (SCFA), liganzii receptorilor de hidrocarburi arii (AhR), compuși organici volatili (COV) și gaze.

Liganzii AhR și SCFA sunt responsabili pentru menținerea integrității joncțiunilor strânse intercelulare din epiteliul intestinal. S-a găsit o relație strânsă între activitatea microbiană intestinală și menținerea eficientă a funcției de barieră intestinală.

Mai multe modele in vivo au evidențiat efecte diferite ale MP în funcție de dimensiunea, forma, tipul matricei polimerice, durata expunerii, încărcarea de suprafață și calea de administrare. Aceste efecte includ, dar nu se limitează la, modificări ale tiparelor de secreție de mucus și disbioza microbiană.

Despre studiu

Într-una actuală Jurnalul de materiale periculoase În acest studiu, cercetătorii presupun că expunerea la polietilenă (PE) MP în condiții realiste ar putea afecta sistemul gastrointestinal uman la adulți in vitro. Cercetătorii au fost deosebit de interesați de determinarea interacțiunilor care apar între microbiomul intestinal și PE-MP.

Efectele expunerii la PE MP asupra activității metabolice umane și compoziției microbiotei intestinale au fost analizate după ce participanții au fost expuși la o doză zilnică de 21 mg/zi timp de două săptămâni.

Un total de patru voluntari adulți sănătoși au luat parte la studiul actual. De asemenea, a fost utilizat modelul in vitro al colonului artificial al mucoasei (M-ARCOL).

Modelul M-ARCOL este un sistem de fermentație cu o singură etapă care simulează parametrii microbieni și fizico-chimici medii ai colonului uman. Acest model include atât microbiota luminală, cât și cea a mucoasei printr-un compartiment extern de mărgele de mucină-alginat.

Atât celulele intestinale umane Caco-2, cât și celulele HT29-MTX care secretă mucus au fost incubate cu supernatanți luminali M-ARCOL colectați după 2 săptămâni de expunere.

În general, analiza actuală a oferit o înțelegere mai profundă a efectelor MP, cum ar fi permeabilitatea, citotoxicitatea și inflamația, asupra epiteliului intestinal și a mucusului.

Rezultatele studiului

Microbiota fecală inițială utilizată pentru inocularea cu M-ARCOL a arătat o variabilitate interindividuală semnificativă. Mai mult, aceste variabilitati au fost menținute pe parcursul experimentului in vitro.

Toți participanții expuși la PE MP au observat o schimbare semnificativă a diversității microbiene. A fost observată o tendință de creștere asociată cu diversitatea α a microbiotei luminale. În plus față de variabilitatea interindividuală, au fost raportate efecte similare legate de lumen și microbiota asociată mucusului.

După expunerea la PE-MP, s-au observat concentrații crescute de Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae și Enterobacteriaceae și scăderea concentrațiilor de Christensenellaceae și Akkermansiaceae. Ultimele două grupuri sunt asociate cu starea de sănătate a unui individ.

Unele dintre variațiile structurilor microbiene au corespuns diversității microbiene la persoanele care suferă de sindromul colonului iritabil (IBS) sau boli inflamatorii ale tractului gastrointestinal. Expunerea MP la polietilen tereftalat (PET) a redus, de asemenea, Bacteroidota în colonul a trei donatori. O creștere a Desulfobacterota a fost observată la un participant.

Efectul PE MP asupra producției de gaz, SCFA și COV nu a arătat nicio diferență semnificativă între grupul de control și grupul tratat. Cu toate acestea, o creștere a nivelurilor de indol, 3-metil și skatol după expunerea la PE-MP a sugerat posibilitatea unei dereglări gastrointestinale mediate de microbiotă, care necesită investigații suplimentare.

Activitatea AhR redusă a fost observată în asociere cu microbiota intestinală expusă PE-MP. Rezultate similare au fost raportate și la persoanele cu IBD și boala celiacă. Prezentul studiu evidențiază faptul că celulele intestinale expuse la două dimensiuni de PE nu au redus semnificativ viabilitatea celulară; Cu toate acestea, au provocat stres oxidativ.

Concluzii

Studiul actual a examinat efectele expunerii zilnice la PE-MP asupra sistemului gastrointestinal al oamenilor adulți. În acest scop, efectul PE-MP asupra microbiotei mucoasei intestinale și a mucoasei intestinale s-a dovedit a depinde de caracteristicile individuale.

Sunt necesare studii suplimentare în viitor pentru a caracteriza „sfera plastică intestinală” specifică în ceea ce privește compoziția și metabolismul.

Referinţă:

• 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