Wat microplastics met onze darmen doen

Kunststoffen behoren tot de meest alomtegenwoordige door de mens gemaakte materialen: we dragen ze, bouwen ermee, spelen ermee, vervoeren er goederen in en dan gooien we ze in de afvalstroom. Uiteindelijk kunnen ze uiteenvallen in kleine deeltjes die in onze voedselvoorziening terechtkomen, en uiteindelijk eten we ze op.

Deze deeltjes kunnen variëren van ongeveer de grootte van pollen (microplastics) tot een fractie van de grootte van een virus (nanoplastics), en ze zijn doorgedrongen in watervoorraden, landbouwbodembedden en natuurlijke en huishoudelijke voedselketens.

De kennis van de effecten van het innemen van microplastics en nanoplastics is beperkt door hun alomtegenwoordige aard – waardoor het moeilijk is om populaties van onaangetaste individuen te vinden die als controlegroepen kunnen fungeren – en het ontbreken van relevante laboratoriummodellen om de effecten van de deeltjes op cellen te bestuderen.

In een studie gepubliceerd in Nanogeneeskunde: nanotechnologie, biologie en geneeskundehebben onderzoekers van de Tufts University School of Engineering mogelijke ontstekingseffecten gevonden van plastic deeltjes met behulp van menselijke darmorganoïden – kleine weefselbundels gemaakt van een mix van menselijke cellen verkregen uit biopsieën die de complexiteit van een werkelijke darmomgeving nabootsen.

Met name ontdekten de onderzoekers dat hogere concentraties plastic deeltjes de afscheiding van inflammatoire moleculen veroorzaakten die verband houden met inflammatoire darmaandoeningen bij de mens (IBD).

Eerdere klinische onderzoeken hebben aangetoond dat plastic zich ophoopt in verschillende weefsels van levende organismen, waaronder het spijsverteringskanaal, het bloed, de lever, de alvleesklier, het hart en zelfs de hersenen. Het meest waarschijnlijke eerste punt van binnenkomst is via de darm. Studies bij ratten en andere dieren hebben aangetoond dat hoewel microplastics en nanoplastics zich kunnen ophopen in de darm en andere weefsels, er tegenstrijdige resultaten zijn over toxische effecten of ontstekingen, die kunnen afhangen van de deeltjesgrootte, de duur van de blootstelling en reeds bestaande aandoeningen. Er blijft controverse bestaan ​​over de vraag of er toxicologische effecten zijn op mensen, aangezien resultaten in dierstudies niet altijd overeenkomen met de resultaten bij mensen.

“We weten dat plastic deeltjes overal in het milieu aanwezig zijn en dat het is gevonden in menselijke darmen en andere weefsels, zoals bloed, en zelfs in de hersenen en de placenta”, zegt Ying Chen, onderzoeksassistent-professor in biomedische technologie aan de Tufts University en co-hoofdauteur van de studie. “Het gebruik van organoïden stelt ons in staat om in detail de mechanismen van absorptie en mogelijke wegen naar ziekte te bestuderen op een manier die ons zou kunnen helpen de variabele resultaten in de literatuur tot nu toe te begrijpen en een directer weefselmodel te hebben voor mogelijke effecten van plastic deeltjes op mensen.”

Om een ​​fysiologisch relevant darmmodel te creëren, begonnen Chen en haar team met stamcellen afgeleid van organoïden en haalden ze over om te differentiëren tot de verschillende cellen die in de oorspronkelijke darmwand worden aangetroffen, met als doel een celverhouding die vergelijkbaar is met die in de darm, maar gekweekt in een platte laag. De cellen hebben verschillende en belangrijke rollen, waaronder absorptie, slijmafscheiding, hormoonproductie en ontstekings- en andere immuunreacties.

“Het is een belangrijke stap vooruit ten opzichte van eenvoudigere celmodellen die vaak slechts één of enkele celtypen omvatten, waarvan sommige afkomstig waren van kankercellen die mogelijk geen natuurlijke reacties vertoonden”, zei Chen. Ze waren in staat om de mix van cellen in de darmachtige organoïde laag te veranderen om te zien hoe dit de reactie op plastic deeltjes beïnvloedde, die speciaal waren aangepast om fluorescerend te gloeien voor gemakkelijke tracking.

Verschillende cellen bleken deeltjes van verschillende grootte te absorberen. Epitheelcellen die normaal de binnenkant van de darm bekleden, absorberen de kleinste nanodeeltjes, terwijl microfold- of “M” -cellen grotere microdeeltjes absorberen en naar het darmweefsel transporteren. De onderzoekers ontdekten ook dat schade door plastic deeltjes aan de darmwand van het model alleen optrad wanneer M-cellen aanwezig waren en bij hogere concentraties deeltjes. Schade aan de cellaag kan het ontstaan ​​van darmlaesies inhouden.

Met name merkten de onderzoekers ook op dat hogere concentraties van plastic nanodeeltjes de organoïde laag ertoe aanzetten om inflammatoire cytokines af te geven – moleculen die deel uitmaken van de normale immuunrespons, maar mogelijk verband houden met ziekten zoals inflammatoire darmziekte (IBD) wanneer ze uit balans raken. . Dit effect was ook afhankelijk van de aanwezigheid van M-cellen, wat suggereert dat die cellen een cruciale rol spelen bij het mediëren van mogelijke schade aan de darm door plastic microdeeltjes. Er zal meer onderzoek moeten worden gedaan om de impact van concentratie, chemie en oppervlaktekenmerken van plastic deeltjes op M-celfuncties te verduidelijken, zei Ying.

“De resultaten in deze studie suggereren dat het gebruik van organoïden van menselijke cellen een effectief middel kan zijn om de potentiële toxiciteit van microplastics en nanoplastics, en milieudeeltjes in het algemeen, beter te begrijpen”, zegt David Kaplan, Stern Family Professor of Engineering bij Tufts en een pionier in tissue engineering en de ontwikkeling van laboratoriumtestmodellen die echte biologische weefsels nabootsen. “Aangezien deze kleine deeltjes ook putten of dragers kunnen zijn voor chemicaliën en andere verontreinigingen in het milieu, versterkt dit de potentiële impact van de onderzoeken.”

Kaplan voegt eraan toe: “In feite kunnen organoïden worden gekweekt om vele andere menselijke organen te modelleren, waaronder de maag, nieren, hart, alvleesklier, lever en hersenen, waardoor we de effecten van milieuverontreinigingen door het hele lichaam kunnen onderzoeken.”