In vitro modely čriev ukazujú, ako mikroplasty ovplyvňujú gastrointestinálny trakt

In vitro modely čriev ukazujú, ako mikroplasty ovplyvňujú gastrointestinálny trakt

Plasty boli objavené v roku 1950 a odvtedy sa stali jedným z najčastejšie používaných materiálov na svete. Zvýšený dopyt po plastoch viedol k hromadeniu týchto materiálov na skládkach a v oceánoch, čím sa znečistenie plastmi stalo významnou environmentálnou hrozbou, ktorá ovplyvňuje všetky ekosystémy.

štúdium: Mikroplasty: Čo sa deje v ľudskom tráviacom trakte? Prvé zistenia u dospelých s použitím in vitro črevných modelov. Fotografický kredit: Lucio Pepe / Shutterstock.com

pozadia

Plasty podliehajú prirodzenému zvetrávaniu v prostredí, pričom sa menia na malé častice.

Mikroplasty (MP) sú malé polymérne matrice s priemerom od jedného mikrometra (μm) do piatich milimetrov (mm). MP sú nerozpustné látky pravidelného alebo nepravidelného tvaru, ktoré sa niekedy vyrábajú dobrovoľne alebo sa uvoľňujú zvetrávaním a fragmentáciou plastov.

Poslanci vstupujú do potravinového reťazca kvôli ich prítomnosti v mnohých potravinách a pitnej vode. Niekoľko štúdií potvrdilo prítomnosť MP v ľudskej krvi, stolici a tkanive hrubého čreva. Napriek týmto pozorovaniam však veľmi málo štúdií skúmalo osud MP v ľudskom gastrointestinálnom trakte.

Po požití sa MP stretávajú s gastrointestinálnou bariérou, ktorá pozostáva z črevného epitelu a hlienu. Okrem toho MP interagujú s črevnou mikrobiotou, ktorá tvorí komplexnú a rôznorodú komunitu mikróbov vrátane baktérií, húb, archeí, prvokov a vírusov. Viskoelastický gél hlienovej vrstvy je prvou chemickou, fyzikálnou a biologickou obrannou líniou, ktorá chráni črevný epitel.

Črevná mikroflóra tiež hrá zásadnú úlohu pri regulácii imunity hostiteľa a metabolizmu toxínov, liekov a xenobiotík. Okrem toho sú tieto mikroorganizmy tiež spojené s rozkladom nestrávených potravín a produkciou sekundárnych metabolitov, ako sú mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), ligandy receptorov arylových uhľovodíkov (AhR), prchavé organické zlúčeniny (VOC) a plyn.

Ligandy AhR a SCFA sú zodpovedné za udržiavanie integrity medzibunkových tesných spojení v črevnom epiteli. Zistil sa úzky vzťah medzi črevnou mikrobiálnou aktivitou a účinným udržiavaním funkcie črevnej bariéry.

Niekoľko in vivo modelov zdôraznilo rôzne účinky MP v závislosti od ich veľkosti, tvaru, typu polymérnej matrice, trvania expozície, povrchového náboja a spôsobu podávania. Tieto účinky zahŕňajú, ale nie sú obmedzené na zmeny vo vzorcoch sekrécie hlienu a mikrobiálnu dysbiózu.

O štúdiu

V aktuálnom Hazardous Materials Journal V tejto štúdii výskumníci predpokladajú, že vystavenie polyetylénovým (PE) MP za reálnych podmienok by mohlo ovplyvniť ľudský gastrointestinálny systém u dospelých in vitro. Výskumníci sa zaujímali najmä o určenie interakcií, ktoré vznikajú medzi črevným mikrobiómom a PE-MP.

Účinky expozície PE MP na ľudskú metabolickú aktivitu a zloženie črevnej mikrobioty sa analyzovali po tom, čo boli účastníci vystavení dennej dávke 21 mg/deň počas dvoch týždňov.

Súčasnej štúdie sa zúčastnili celkovo štyria zdraví dospelí dobrovoľníci. Použil sa aj in vitro model mukózneho umelého hrubého čreva (M-ARCOL).

Model M-ARCOL je jednostupňový fermentačný systém, ktorý simuluje priemerné mikrobiálne a fyzikálno-chemické parametre ľudského hrubého čreva. Tento model zahŕňa luminálnu aj slizničnú mikroflóru prostredníctvom externého kompartmentu mucín-alginátových guľôčok.

Ľudské črevné bunky Caco-2 a bunky HT29-MTX vylučujúce hlien sa inkubovali s luminálnymi supernatantmi M-ARCOL zozbieranými po 2 týždňoch expozície.

Celkovo súčasná analýza poskytla hlbšie pochopenie účinkov MP, ako je permeabilita, cytotoxicita a zápal, na črevný epitel a hlien.

Výsledky štúdie

Počiatočná fekálna mikroflóra použitá na inokuláciu M-ARCOL vykazovala významnú interindividuálnu variabilitu. Okrem toho sa tieto variability zachovali v priebehu experimentu in vitro.

Všetci účastníci vystavení PE MP pozorovali významnú zmenu v mikrobiálnej diverzite. Bol zaznamenaný rastúci trend spojený s a-diverzitou luminálnej mikrobioty. Okrem interindividuálnej variability boli hlásené podobné účinky súvisiace s lúmenom a mikroflórou spojenou s hlienom.

Po expozícii PE-MP boli pozorované zvýšené koncentrácie Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae a Enterobacteriaceae a znížené koncentrácie Christensenellaceae a Akkermansiaceae. Posledné dve skupiny sú spojené so zdravotným stavom jednotlivca.

Niektoré variácie v mikrobiálnych štruktúrach zodpovedali mikrobiálnej diverzite u jedincov trpiacich syndrómom dráždivého čreva (IBS) alebo zápalovými ochoreniami gastrointestinálneho traktu. Vystavenie MP účinkom polyetyléntereftalátu (PET) tiež znížilo Bacteroidota v hrubom čreve troch darcov. U jedného účastníka sa pozoroval nárast Desulfobacterota.

Účinok PE MP na produkciu plynu, SCFA a VOC nevykazoval žiadny významný rozdiel medzi kontrolnou skupinou a liečenou skupinou. Avšak zvýšenie hladín indolu, 3-metylu a skatolu po expozícii PE-MP naznačovalo možnosť gastrointestinálnej dysregulácie sprostredkovanej mikrobiotami, čo si vyžaduje ďalšie skúmanie.

Znížená aktivita AhR sa pozorovala v spojení s črevnou mikroflórou vystavenou PE-MP. Podobné výsledky boli zaznamenané aj u ľudí s IBD a celiakiou. Táto štúdia zdôrazňuje, že črevné bunky vystavené dvom veľkostiam PE významne neznížili životaschopnosť buniek; Spôsobovali však oxidačný stres.

Závery

Súčasná štúdia skúmala účinky dennej expozície PE-MP na gastrointestinálny systém dospelých ľudí. Na tento účel sa zistilo, že účinok PE-MP na črevnú slizničnú mikrobiotu a črevnú sliznicu závisí od individuálnych charakteristík.

V budúcnosti sú potrebné ďalšie štúdie na charakterizáciu špecifickej „črevnej plastovej gule“ z hľadiska zloženia a metabolizmu.

Referencia:

• 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