L’esposizione a micro/nano-plastiche aggrava la colite attraverso la perturbazione del sistema immunitario e la distruzione del microbiota intestinale con un aumento di specie proinfiammatorie. La dilagante presenza di queste plastiche richiede un intervento urgente per contenerne l’impatto sulla salute pubblica.
È quanto conclude lo studio di Verena Kopatz e colleghi dell’Università Ospedaliera di Vienna, di recente pubblicato su Microplastics and Nanoplastics.
La presenza di micro e nanoplastiche (MNP) nell’ambiente preoccupa sia per i sistemi ecologici sia per la salute umana. Infatti, la plastica ingerita può avere impatti meccanici e chimici nel tratto gastrointestinale, colpendo in particolare gli organismi marini e causando condizioni come la malattia infiammatoria intestinale (IBD). Diverse dimensioni di plastica, in particolare le particelle più piccole, possono attraversare le barriere biologiche e compromettere le risposte immunitarie e infiammatorie. Studi in vivo suggeriscono inoltre che le MNP alterano la composizione del microbioma, che potenzialmente può esacerbare o mitigare i sintomi di patologie infiammatorie come la colite.
Considerando come la relazione tra l’esposizione alle MNP e condizioni come la malattia infiammatoria intestinale (IBD) non sia ancora del tutto compresa, questo studio mira a chiarire l’impatto delle MNP del polistirene sulle malattie infiammatorie, integrando aspetti della dinamica del microbioma intestinale e della polarizzazione dei macrofagi. Per farlo è stato considerato un modello murino di colite indotta con destrano sodio solfato (DSS).
MNP e assorbimento da parte del tessuto intestinale
Tre dimensioni di particelle di polistirene (PS) – 10,39 μm, 1,14 μm e 0,29 μm – sono state analizzate per valutarne l’interazione e l’assorbimento. La caratterizzazione ha incluso la composizione chimica, la fluorescenza, la texture superficiale e l’analisi della carica.
- Le particelle da 10,39 μm non sono state assorbite attraverso la barriera intestinale, mentre le particelle più piccole hanno interagito più facilmente con i tessuti, con le nanoparticelle da 0,29 μm che hanno mostrato una tendenza all’aggregazione.
- Somministrando un mix di queste MNP a modelli murini si è visto come particelle di PS da 1,14 e 0,29 μm siano assorbite nei tessuti gastrointestinali entro 2 ore, confermando che le particelle più piccole sono state assorbite in modo più efficiente nonostante fossero presenti in massa uguale alle particelle più grandi, che non sono state rilevate nei tessuti. Ciò suggerisce che le dimensioni delle particelle influenzano in modo significativo l’assorbimento gastrointestinale.
Un modello murino di colite indotta da DSS è stato quindi utilizzato, insieme a controlli sani, per valutare la distribuzione di MNP osservando come:
- dopo il trattamento con DSS, il tessuto del colon ha mostrato cambiamenti strutturali, con una lunghezza ridotta e un peso aumentato nei gruppi DSS e DSS+MNP rispetto ai controlli;
- l’infiammazione ha ridotto le cellule caliciformi e aumentato l’infiltrazione di cellule immunitarie nei gruppi DSS e, soprattutto, DSS+MNP che hanno mostrato un danno tissutale maggiore e punteggi di colite più elevati (18,5 vs 10,14 rispetto al solo DSS);
- Sebbene l’esposizione a MNP non sia la sola causa di danni gastrointestinali, sembra aver peggiorato i sintomi della colite, anche se in maniera non significativa, probabilmente a causa delle ridotte dimensioni del campione (n=7).
MNP distribuzione nell’organismo
Le MNP vengono assorbite nel flusso sanguigno e distribuite in tutto il corpo, come evidenziato dall’analisi qualitativa della fluorescenza di campioni di sangue e tessuti. In particolare:
- in modelli trattati con una miscela di MNP è stato osservato un assorbimento inferiore nel tessuto del colon dopo 24 ore;
- l’analisi microscopica ha rivelato la presenza di 0,29 μm di MNP nel sangue di entrambi i gruppi trattati con la miscela di MNP e concentrazioni più elevate di 1,14 μm di MNP nel gruppo DSS+MNP. Inoltre, le MNP sono state riscontrate in vari organi periferici, escluso il cervello, evidenziando la loro potenziale invasività;
- la quantificazione ha confermato la penetrazione di queste particelle nel flusso sanguigno, in particolare nei topi con colite trattati con DSS che hanno mostrato livelli significativamente elevati di entrambe le dimensioni delle particelle.
MNP promuove l’infiltrazione macrofagica e l’infiammazione
Il trattamento con MNP aumenta l’infiltrazione dei macrofagi e promuove un fenotipo proinfiammatorio nel colon. Infatti:
- l’analisi ha rivelato un aumento significativo dei macrofagi F4/80+ nei modelli di malattia;
- la polarizzazione dei macrofagi ha mostrato uno spostamento marcato verso le cellule iNOS+ proinfiammatorie nei modelli di colite trattati con MNP mentre le cellule Arg1+ antinfiammatorie sono rimaste stabili;
- il rapporto pro/antinfiammatorio ha favorito il fenotipo proinfiammatorio nei topi trattati con DSS+MNP;
- l’analisi qPCR ha indicato un aumento dei biomarcatori (Ifit1, IL-1, Nqo1) nei topi trattati con la miscela di MNP, sottolineando la relazione tra esposizione a MNP e risposte infiammatorie.
Proteomica del colon
I ricercatori hanno quindi esaminato il profilo proteomico di sezioni di colon per studiare i meccanismi molecolari della colite indotta da DSS e gli effetti del trattamento con la miscela di MNP. Complessivamente, le MNP hanno mostrato di alterare la composizione cellulare intestinale in presenza di infiammazione.
- Lo studio ha identificato 6.319 proteine che hanno dimostrato una netta separazione tra i gruppi di controllo e quelli trattati.
- L’analisi ha rivelato un arricchimento di cellule immunitarie e proteine correlate ai processi infiammatori. In particolare, le proteine marcatrici M1 sono aumentate significativamente con il trattamento con DSS, suggerendo un peggioramento dell’infiammazione.
- L’arricchimento del pathway ha evidenziato vari processi biologici legati al cancro e alle risposte infiammatorie nei modelli trattati con DSS e MNP.
MNP inducono cambiamenti immunitari e nel microbiota intestinale
Le MNP influenzano la polarizzazione dei macrofagi derivati da cellule immunitarie periferiche (PBMC) umane attraverso un assorbimento correlato alle dimensioni, infatti:
- le NP da 0,29 μm sono state internalizzate dai macrofagi in modo significativamente più efficiente (assorbimento del 99,88%) rispetto alle MP da 1,14 μm (assorbimento dell’83,97%);
- in seguito all’esposizione a particelle di entrambe le dimensioni a 5 μg/ml, i marcatori antinfiammatori CD206 e PD-L1 sono risultati sottoregolati. Di contro, il marcatore proinfiammatorio 4-1BBL si è mostrato sovraregolato solo con NP da 0,29 μm;
- non è stata osservata tuttavia alcuna tossicità nella vitalità dei macrofagi nelle condizioni testate (esposizione di 24 ore);
- a livello microbico sono stati identificati 5.172 uniche sequenze di DNA (ASV), 113 generi e 9 phyla;
- il trattamento con DSS ha indotto una significativa diminuzione della ricchezza microbica e della diversità alfa. Al contrario, la miscela di MNP non ha portato cambiamenti significativi;
- Bacteroides e Parabacteroides hanno registrato una maggiore abbondanza nei modelli trattati con DSS. Di contro, MNP ha ridotto la presenza di Lachnospiraceae;
- sebbene alcuni generi mostrassero una maggiore abbondanza con MNP, le differenze tra i gruppi DSS e DSS + MNP non si sono mostrate statisticamente significative.
Conclusioni
Questo studio migliora la comprensione degli effetti delle MNP sulla polarizzazione dei macrofagi e sulla diversità del microbioma intestinale in presenza di infiammazione gastrointestinale. Le MNP sembrerebbero peggiorare moderatamente la colite, diminuire la diversità microbica soprattutto in presenza di DSS, e ridurre i marcatori antinfiammatori dei macrofagi. Di contro, l’esposizione alle MNP ha indotto un aumento dei macrofagi proinfiammatori. Inoltre, l’indagine proteomica indica percorsi correlati all’infiammazione rilevanti per la progressione del cancro, evidenziando la necessità di future ricerche volte a identificare biomarcatori e sviluppare strategie terapeutiche contro gli effetti avversi correlati alle MNP.
