Črevesni modeli in vitro kažejo, kako mikroplastika vpliva na prebavila

Črevesni modeli in vitro kažejo, kako mikroplastika vpliva na prebavila

Plastiko so odkrili leta 1950 in je od takrat postala eden najpogosteje uporabljenih materialov po vsem svetu. Povečano povpraševanje po plastiki je povzročilo kopičenje teh materialov na odlagališčih in v oceanih, zaradi česar je onesnaženje s plastiko pomembna okoljska grožnja, ki vpliva na vse ekosisteme.

študija: Mikroplastika: kaj se dogaja v človeškem prebavnem traktu? Prve ugotovitve pri odraslih z uporabo in vitro črevesnih modelov. Avtor fotografije: Lucio Pepe / Shutterstock.com

ozadje

Plastika je v okolju podvržena naravnemu preperevanju, zaradi česar se spremeni v majhne delce.

Mikroplastika (MP) je majhna polimerna matrica s premerom od enega mikrometra (μm) do pet milimetrov (mm). MP so pravilne ali nepravilne oblike, netopne snovi, ki se včasih proizvedejo prostovoljno ali sprostijo zaradi preperevanja in drobljenja plastike.

MP vstopajo v prehranjevalno verigo zaradi svoje prisotnosti v številnih živilih in pitni vodi. Več študij je potrdilo prisotnost MP v človeški krvi, blatu in tkivu debelega črevesa. Kljub tem opažanjem pa je zelo malo študij raziskalo usodo MP v človeškem prebavnem traktu.

Po zaužitju MP naletijo na gastrointestinalno pregrado, ki jo sestavljata črevesni epitelij in sluz. Poleg tega MPs sodelujejo s črevesno mikrobioto, ki tvori kompleksno in raznoliko skupnost mikrobov, vključno z bakterijami, glivami, arhejami, praživali in virusi. Viskoelastični gel sluzne plasti je prva kemična, fizikalna in biološka obramba, ki ščiti črevesni epitelij.

Črevesna mikrobiota ima tudi bistveno vlogo pri uravnavanju gostiteljeve imunosti in presnove toksinov, zdravil in ksenobiotikov. Poleg tega so ti mikroorganizmi povezani tudi z razgradnjo neprebavljene hrane in proizvodnjo sekundarnih metabolitov, kot so kratkoverižne maščobne kisline (SCFA), ligandi arilnega ogljikovodikovega receptorja (AhR), hlapne organske spojine (VOC) in plin.

Ligandi AhR in SCFA so odgovorni za ohranjanje celovitosti medceličnih tesnih stikov v črevesnem epiteliju. Ugotovljena je bila tesna povezava med aktivnostjo črevesnih mikrobov in učinkovitim vzdrževanjem funkcije črevesne pregrade.

Več modelov in vivo je poudarilo različne učinke MP glede na njihovo velikost, obliko, vrsto polimernega matriksa, trajanje izpostavljenosti, površinski naboj in način dajanja. Ti učinki vključujejo, vendar niso omejeni na, spremembe v vzorcih izločanja sluzi in mikrobno disbiozo.

O študiju

V aktualnem Dnevnik o nevarnih materialih V tej študiji raziskovalci domnevajo, da bi izpostavljenost polietilenskim (PE) MP v realnih pogojih lahko vplivala na človeški gastrointestinalni sistem pri odraslih in vitro. Raziskovalci so bili še posebej zainteresirani za določanje interakcij, ki nastanejo med črevesnim mikrobiomom in PE-MP.

Učinke izpostavljenosti PE MP na človeško presnovno aktivnost in sestavo črevesne mikrobiote so analizirali po tem, ko so bili udeleženci dva tedna izpostavljeni dnevnemu odmerku 21 mg/dan.

V trenutni študiji so sodelovali skupno štirje zdravi odrasli prostovoljci. Uporabljen je bil tudi in vitro model mukoznega umetnega debelega črevesa (M-ARCOL).

Model M-ARCOL je enostopenjski fermentacijski sistem, ki simulira povprečne mikrobne in fizikalno-kemijske parametre človeškega debelega črevesa. Ta model vključuje luminalno in mukozno mikrobioto prek zunanjega predela z mucin-alginatnimi kroglicami.

Tako človeške črevesne celice Caco-2 kot celice HT29-MTX, ki izločajo sluz, so bile inkubirane z luminalnimi supernatanti M-ARCOL, zbranimi po 2 tednih izpostavljenosti.

Na splošno je trenutna analiza zagotovila globlje razumevanje učinkov MP, kot so prepustnost, citotoksičnost in vnetje, na črevesni epitelij in sluz.

Rezultati študije

Začetna fekalna mikrobiota, uporabljena za inokulacijo M-ARCOL, je pokazala pomembno interindividualno variabilnost. Poleg tega so se te variabilnosti ohranile ves čas in vitro poskusa.

Vsi udeleženci, ki so bili izpostavljeni PE MP, so opazili pomembno spremembo mikrobne raznolikosti. Opažen je bil naraščajoči trend, povezan z α-raznovrstnostjo luminalne mikrobiote. Poleg interindividualne variabilnosti so poročali o podobnih učinkih, povezanih z lumnom in mikrobioto, povezano s sluzjo.

Po izpostavljenosti PE-MP so opazili povečane koncentracije Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae in Enterobacteriaceae ter znižane koncentracije Christensenellaceae in Akkermansiaceae. Zadnji dve skupini sta povezani z zdravstvenim stanjem posameznika.

Nekatere razlike v mikrobnih strukturah so ustrezale mikrobni raznolikosti pri posameznikih, ki trpijo zaradi sindroma razdražljivega črevesa (IBS) ali vnetnih bolezni prebavil. Izpostavljenost MPs polietilen tereftalatu (PET) je prav tako zmanjšala bakteroidoto v debelem črevesu treh darovalcev. Pri enem udeležencu so opazili povečanje Desulfobacterota.

Učinek PE MP na proizvodnjo plina, SCFA in HOS ni pokazal pomembne razlike med kontrolno skupino in tretirano skupino. Vendar pa je povečanje ravni indola, 3-metila in skatola po izpostavljenosti PE-MP nakazalo možnost gastrointestinalne disregulacije, ki jo povzroča mikrobiota, kar zahteva nadaljnje preiskave.

Zmanjšano aktivnost AhR so opazili v povezavi s črevesno mikrobioto, izpostavljeno PE-MP. O podobnih rezultatih so poročali tudi pri ljudeh s KVČB in celiakijo. Ta študija poudarja, da črevesne celice, izpostavljene dvema velikostima PE, niso bistveno zmanjšale sposobnosti preživetja celic; Vendar so povzročili oksidativni stres.

Sklepi

Sedanja študija je preučevala učinke dnevne izpostavljenosti PE-MP na prebavila odraslih ljudi. V ta namen je bilo ugotovljeno, da je učinek PE-MP na mikrobioto črevesne sluznice in črevesno sluznico odvisen od posameznih značilnosti.

V prihodnosti so potrebne nadaljnje študije za opredelitev specifične "črevesne plastične sfere" v smislu sestave in metabolizma.

Referenca:

• 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