In vitro-tarmmodeller visar hur mikroplast påverkar mag-tarmkanalen

In vitro-tarmmodeller visar hur mikroplast påverkar mag-tarmkanalen

Plast upptäcktes 1950 och har sedan dess blivit ett av de mest använda materialen i världen. Den ökade efterfrågan på plast har lett till ackumulering av dessa material i deponier och i haven, vilket gör plastföroreningar till ett betydande miljöhot som påverkar alla ekosystem.

Studera: Mikroplast: Vad händer i människans matsmältningsorgan? Första fynden hos vuxna som använder in vitro-tarmmodeller. Fotokredit: Lucio Pepe / Shutterstock.com

bakgrund

Plast genomgår naturlig vittring i miljön och omvandlar dem till små partiklar.

Mikroplaster (MP) är små polymermatriser med en diameter som sträcker sig från en mikrometer (μm) till fem millimeter (mm). MP är regelbundna eller oregelbundet formade, olösliga ämnen som ibland produceras frivilligt eller frigörs genom plastisk vittring och fragmentering.

Parlamentsledamöter kommer in i näringskedjan på grund av sin närvaro i många livsmedel och dricksvatten. Flera studier har bekräftat förekomsten av MP i mänskligt blod, avföring och tjocktarmsvävnad. Men trots dessa observationer har väldigt få studier undersökt parlamentsledamöters öde i den mänskliga mag-tarmkanalen.

Efter förtäring möter MP:s gastrointestinala barriären, som består av tarmepitel och slem. Dessutom interagerar MP med tarmens mikrobiota, som bildar en komplex och mångfaldig gemenskap av mikrober, inklusive bakterier, svampar, arkéer, protozoer och virus. En viskoelastisk gel av slemlagret är den första kemiska, fysikaliska och biologiska försvarslinjen som skyddar tarmepitelet.

Tarmmikrobiotan spelar också en viktig roll för att reglera värdens immunitet och metabolism av toxiner, läkemedel och främlingsfientliga läkemedel. Dessutom är dessa mikroorganismer också associerade med nedbrytningen av osmält mat och produktionen av sekundära metaboliter såsom kortkedjiga fettsyror (SCFA), arylkolvätereceptorligander (AhR), flyktiga organiska föreningar (VOC) och gas.

AhR-ligander och SCFA:er är ansvariga för att upprätthålla integriteten hos intercellulära täta förbindelser i tarmepitelet. Ett nära samband har hittats mellan mikrobiell aktivitet i tarmen och effektivt upprätthållande av tarmbarriärfunktionen.

Flera in vivo-modeller har belyst olika effekter av MP beroende på deras storlek, form, typ av polymermatris, exponeringslängd, ytladdning och administreringsväg. Dessa effekter inkluderar, men är inte begränsade till, förändringar i slemsekretionsmönster och mikrobiell dysbios.

Om studien

I en aktuell Journal för farligt material I denna studie antar forskare att exponering för polyeten (PE) MPs under realistiska förhållanden kan påverka det mänskliga mag-tarmsystemet hos vuxna in vitro. Forskarna var särskilt intresserade av att bestämma de interaktioner som uppstår mellan tarmmikrobiomet och PE-MP.

Effekterna av exponering för PE MP på mänsklig metabolisk aktivitet och tarmmikrobiotans sammansättning analyserades efter att deltagarna exponerats för en daglig dos på 21 mg/dag i två veckor.

Totalt fyra friska vuxna frivilliga deltog i den aktuella studien. In vitro-modellen av artificiell kolon i slemhinnan (M-ARCOL) användes också.

M-ARCOL-modellen är ett enstegs fermenteringssystem som simulerar de genomsnittliga mikrobiella och fysikalisk-kemiska parametrarna för den mänskliga tjocktarmen. Denna modell inkluderar både luminal och mukosal mikrobiota genom ett externt mucin-alginat-pärlfack.

Både humana intestinala Caco-2- och slemutsöndrande HT29-MTX-celler inkuberades med M-ARCOL luminala supernatanter uppsamlade efter 2 veckors exponering.

Sammantaget gav den aktuella analysen en djupare förståelse av effekterna av MP:er, såsom permeabilitet, cytotoxicitet och inflammation, på tarmepitel och slem.

Studieresultat

Den initiala fekala mikrobiotan som användes för M-ARCOL-ympning visade signifikant interindividuell variabilitet. Dessutom bibehölls dessa variationer under hela försöket in vitro.

Alla deltagare som exponerats för PE MP observerade en signifikant förändring i mikrobiell mångfald. En ökande trend associerad med α-diversitet av den luminala mikrobiotan noterades. Förutom interindividuell variabilitet har liknande effekter relaterade till lumen och slemassocierad mikrobiota rapporterats.

Efter exponering för PE-MP observerades ökade koncentrationer av Desulfovibrionaceae, Dethiosulfovibrionaceae och Enterobacteriaceae och minskade koncentrationer av Christensenellaceae och Akkermansiaceae. De två sistnämnda grupperna är förknippade med en individs hälsotillstånd.

Vissa av variationerna i mikrobiella strukturer motsvarade mikrobiell mångfald hos individer som lider av irritabel tarm (IBS) eller inflammatoriska sjukdomar i mag-tarmkanalen. Exponering av MP för polyetylentereftalat (PET) reducerade också Bacteroidota i tjocktarmen hos tre donatorer. En ökning av Desulfobacterota observerades hos en deltagare.

Effekten av PE MP på produktionen av gas, SCFA och VOC visade ingen signifikant skillnad mellan kontrollgruppen och den behandlade gruppen. En ökning av indol-, 3-metyl- och skatolnivåerna efter exponering för PE-MP antydde dock möjligheten till mikrobiotamedierad gastrointestinal dysreglering, vilket kräver ytterligare utredning.

Minskad AhR-aktivitet observerades i samband med PE-MP-exponerad tarmmikrobiota. Liknande resultat har också rapporterats hos personer med IBD och celiaki. Den aktuella studien visar att tarmceller exponerade för två storlekar av PE inte signifikant minskade cellviabiliteten; Men de orsakade oxidativ stress.

Slutsatser

Den aktuella studien undersökte effekterna av daglig exponering för PE-MP på mag-tarmsystemet hos vuxna människor. För detta ändamål visade sig effekten av PE-MP på tarmslemhinnan och tarmslemhinnan bero på individuella egenskaper.

Ytterligare studier krävs i framtiden för att karakterisera den specifika "tarmplastsfären" vad gäller sammansättning och metabolism.

Hänvisning:

• 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