Nanoplastiche: rimodellano il microbioma intestinale, indeboliscono le difese intestinali

Nanoplastiche: rimodellano il microbioma intestinale, indeboliscono le difese intestinali

La ricerca mostra come le nanoparticelle invisibili manipolano i telefoni cellulari e minano il delicato microbioma dell’intestino, sollevando nuove domande sui rischi invisibili per la salute delle nanoplastiche ambientali.

Studio:Le nanoplastiche di polistirene interrompono il microambiente intestinale alterando le interazioni batterio-ospite attraverso microRNA rilasciati da vescicole extracellulari. Credito fotografico: Sivstockstudio/Shutterstock.com

L’esposizione alle nanoplastiche di polistirene può compromettere la salute dell’intestino alterando le interazioni tra i batteri e interrompendo il microambiente intestinale. Uno studio recentemente pubblicato inComunicazione della naturaHa studiato il modo in cui l'esposizione alla nanoplastica del polistirene influisce sulla salute umana, concentrandosi sulle interazioni batterio-ospite.

L’effetto dell’esposizione alle nanoplastiche sulla salute umana

Le persone sono spesso esposte a frammenti di plastica lungo tutta la catena alimentare, sollevando interrogativi sul loro impatto sul microbioma intestinale. La degradazione di vari tipi di plastica come il polistirolo (PS), il cloruro di polivinile (PVC) e il polietilene (PE) porta allo sviluppo di microplastiche (MP) e nanoplastiche (NP).

Diversi studi hanno dimostrato che l’esposizione a MP o NP può causare danni ematopoietici, lesioni epatiche e disturbi testicolari nei mammiferi attraverso la disbiosi intestinale. Questi studi hanno anche dimostrato che l’esposizione a PS-MP e PE-MP induce infiammazione, squilibri immunitari e disfunzione della barriera intestinale. Nello specifico, l’esposizione al PE-MP altera la composizione microbica intestinale, favorendo un aumento selettivo dei patogeniStafilococco aureo. Questo NP favorisce anche l'infiammazione intestinale.

Nonostante la comprensione degli effetti tossici di MP e NP negli esseri umani, pochi studi hanno esaminato l’interazione tra plastica microscopica, microbiota intestinale e ospite. Inoltre, il meccanismo alla base del quale la plastica microscopica influisce sulla salute umana rimane relativamente poco studiato.

Diversi studi hanno suggerito che le NP sono più dannose delle MPS a causa delle loro dimensioni più piccole. Ciò consente loro di penetrare nei tessuti e negli organi e di influenzare facilmente le loro funzioni biologiche. Comprendere il percorso preciso attraverso il quale le NP causano la disbiosi intestinale e influenzano la salute dell’intestino è essenziale.

Le vescicole extracellulari (EV) sono minuscole sacche a doppio strato lipidico legate alla membrana rilasciate da cellule animali e batteri. Queste strutture sferiche trasportano diversi contenuti tra cui DNA, RNA, proteine ​​e lipidi. I veicoli elettrici svolgono un ruolo cruciale nella comunicazione intercellulare. Studi precedenti hanno dimostrato che i veicoli elettrici spesso mediano l’interazione tra microbiota ed epitelio intestinale e influenzano la salute e la funzione intestinale.

A proposito dello studio

Il presente studio ha ipotizzato che le NP influenzino direttamente o indirettamente la composizione del microbiota attraverso i veicoli elettrici. ParecchiIn vivoEin vitroSono stati condotti esperimenti per verificare questa ipotesi. Ad esempio, la dimensione e il numero di NP utilizzati in questo studio sono stati confermati utilizzando l'analisi di tracciamento delle nanoparticelle (NTA).

Topi maschi di sei settimane sono stati esposti a NP marcate in modo fluorescente per esaminarne la distribuzione negli organi. Sono stati eseguiti l'assorbimento cellulare delle NP, l'analisi biochimica del siero, la PCR in tempo reale e il western blot.

Per comprendere come le NP influiscono sul microbiota intestinale, il polistirene microscopico (100 nm) è stato somministrato per via orale ai topi quattro volte a settimana per 12 settimane, in particolare nei giorni 1, 3, 5 e 7 di ogni settimana. Una serie di topi di controllo non trattati con NP è stata mantenuta come riferimento.

Risultati dello studio

L'accumulo di NP (100 nm) è stato osservato in diversi momenti tra 3 minuti e 48 ore. Nel presente studio, sono stati rilevati livelli significativi di NP nell’intestino tenue, nel fegato, nel cieco e nel colon dei topi studiati.

L’esposizione orale a NP ha aumentato il peso corporeo rispetto ai topi del gruppo di controllo. Tuttavia, l’aumento è stato moderato e non è stato associato a cambiamenti significativi nel tessuto adiposo bianco o nel peso del fegato. Non sono stati osservati cambiamenti significativi nel peso del fegato o nel tessuto adiposo bianco. L’accorciamento intestinale non è stato osservato nei topi esposti a NP, il che implica che i batteri intestinali e non l’infiammazione erano il bersaglio principale degli effetti indotti da NP.

L'analisi biochimica ha rivelato che 12 settimane di esposizione a NP non hanno modificato in modo significativo l'aspartato aminotransferasi sierica (AST), l'alanina aminotransferasi (ALT), la creatinina (CRE) o l'azoto ureico nel sangue (BUN). Questa scoperta suggerisce che il microbiota intestinale e la barriera possono essere direttamente influenzati dalle NP.

Nel presente studio, si è scoperto che le NP potevano penetrare nelle cellule Caco-2 differenziate simili agli enterociti e nell'intestino del topo dopo 24 ore di trattamento. Dopo l'ingresso, riduce l'espressione delle proteine ​​della giunzione stretta, tra cui la zonula occludens-1 (ZO-1) e le occludine (OCC). Questo disturbo provoca danni intestinali caratteristici, tra cui un aumento della permeabilità intestinale o un intestino permeabile.

L'analisi Gene Ontology (GO) ha mostrato che l'esposizione alle NP ha alterato significativamente l'espressione genica intestinale e le funzioni metaboliche dei topi. L'analisi delle componenti principali (PCA) della diversità dei microRNA (miRNA) nelle feci di topo ha rivelato che l'esposizione a NP ha modificato significativamente i profili dei miRNA e ha ridotto la diversità di miRNA specifici. Un'analisi più approfondita ha scoperto il ruolo dei miRNA come regolatori delle funzioni fisiologiche primarie, in particolare quelle associate alle giunzioni cellulari intestinali.

I risultati sperimentali suggeriscono che le NP potrebbero interrompere l’espressione delle proteine ​​della giunzione stretta regolando i miRNA nelle cellule intestinali, il che alla fine sconvolge l’ambiente intestinale. L'analisi predittiva ha mostrato che l'esposizione a NP ha influenzato miRNA come AS-MIR-98-3P, HAS-MIR-548H-3P, HAS-MIR-548Z, HAS-MIR-548D-3P, HAS-MIR-548AZ-5P, HAS-MIR-12136 e HAS-MIR-MIR-3P sull'espressione ZO-101-MIR-3P espressione regolata.

Inoltre, lo studio ha scoperto che l’esposizione alle NP aumenta l’espressione di miRNA specifici del topo come MMU-MIR-501-3p e MMU-MIR-700-5p, che interrompono anche l’espressione di ZO-1 e MUC-13.

L'analisi immunocitochimica (ICC), qPCR e Western blot ha rivelato che il trattamento con NP ha ridotto l'espressione di MUC-13 nei topi e nelle cellule Caco-2 differenziate simili agli enterociti.

Con l'esposizione prolungata alle NP, le specie batteriche uniche inizialmente aumentavano e diminuivano. L’effetto più notevole è stato uno spostamento nell’abbondanza relativa di specifici taxa batterici, piuttosto che una semplice perdita di diversità complessiva. Ad esempio, le Lactobacillaceae sono diminuite e le Ruminococcaceae sono aumentate.

Lo studio ha anche scoperto che l’Akkermansia, un batterio probiotico di nuova generazione, ne aumentava l’abbondanza nei topi esposti a NP, in particolare in tempi successivi. I risultati sperimentali hanno mostrato che l’influenza delle NP sul microbioma intestinale non era causata direttamente dalla tossicità delle NP ma da altri meccanismi.

Nello specifico, lo studio mostra che i cambiamenti sono stati mediati da vescicole extracellulari (EV) derivate da cellule intestinali e da alcuni batteri invece che dagli effetti tossici diretti delle NP sulla crescita batterica.LachnospiraceaeDi quelli di SP. gli EV derivati ​​non hanno influenzato la crescita dei batteri intestinali.

La novità di questo studio risiede nella scoperta di un meccanismo specifico. NP altera il microambiente intestinale modulando il rilascio di miRNA mediato da EV, che poi distruggono la barriera intestinale e influenzano selettivamente la crescita dei taxa batterici. Ciò rappresenta un percorso recentemente descritto nel contesto della tossicità delle NP.

Conclusioni

L'attuale studio ha proposto che NP includa alcuni taxa batterici inclusiLachnospiraceaeERuminococcacee. L’alterazione del microbioma intestinale in seguito all’esposizione alle NP è mediata dalle interazioni ospite-microbiota attraverso l’EV. NP è stato assorbito dalle Lachnospiraceae, che hanno innescato l'espressione soppressa della mucina-13.

Inoltre, gli EV rilasciati dalle cellule simili a Kauflet dopo l'esposizione a NP hanno promosso la crescita diRuminococcaceePresenteEvidenziando una complessa interazione tra vescicole derivate e batteriche.

Sono necessarie ulteriori ricerche sugli effetti delle NP sulla salute umana e ambientale. Sebbene questi risultati forniscano nuove informazioni su come le NP possano compromettere la salute dell’intestino, è importante notare che gli esperimenti sono stati condotti sui topi. Resta da determinare la rilevanza delle dosi e dei risultati rispetto alle tipiche esposizioni umane.

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Fonti: