Microplastiche e nanoplastiche sono ormai diffuse nell’ambiente e nella nostra quotidianità. Si tratta di particelle comprese tra 1 micrometro e 5 millimetri nel primo caso e inferiori a 1 micrometro nel secondo, dimensioni che ne facilitano l’interazione con l’epitelio intestinale e la diffusione sistemica, con impatti potenzialmente più marcati in presenza di malattie come obesità, diabete di tipo due e malattie infiammatorie intestinali (IBD). Tuttavia, gran parte degli studi condotti si basa sull’uso di nanoplastiche commerciali, spesso contaminate da additivi chimici, limitando la possibilità di attribuire gli effetti osservati esclusivamente al polimero.
Ora, un gruppo di ricercatori guidato da Chloé Liebgott dell’Università di Tolosa (Francia) ha sintetizzato per la prima volta nanoplastiche di polistirene prive di additivi, valutandone gli effetti sui modelli murini. I topi, nutriti con dieta standard oppure occidentale – ricca di grassi e zuccheri – sono stati esposti al polimero per 90 giorni tramite acqua potabile. Le nanoplastiche hanno compromesso la barriera intestinale, la composizione del microbiota e il metabolismo dei grassi nel fegato. Gli effetti erano più pronunciati nel secondo gruppo, che mostrava anche intolleranza al glucosio e aumento di peso. I risultati della ricerca, pubblicata a gennaio su Environmental Science: Nano, forniscono elementi utili per comprendere meglio un problema emergente di salute pubblica.
Dosi e modalità di esposizione
I ricercatori hanno selezionato topi C57BL/6J di sei settimane, esposti a dosi crescenti di nanoplastiche tramite acqua potabile. Gli animali sono stati alimentati con dieta standard (CD, chow diet) oppure occidentale (WD, western diet) e confrontati con controlli non esposti alle nanoplastiche (CD0 e WD0).
I due gruppi sono stati suddivisi casualmente in sottogruppi esposti a 0,1 mg/kg (CD0.1 e WD0.1), 1 mg/kg (CD1 e WD1) o 10 mg/kg (CD10 e WD10) di sostanza al giorno. Grazie alla marcatura in oro delle particelle, è stato possibile quantificarne la biodistribuzione nel tratto gastrointestinale, nelle feci e negli organi periferici (fegato, milza, reni, cervello, testicoli).
Aumento di peso e produzione di muco
Nei topi alimentati con dieta standard le nanoplastiche hanno indotto lievi aumenti di peso mentre, nel secondo gruppo, l’incremento è risultato significativo, rafforzando l’ipotesi che alterazioni metaboliche possano amplificare gli effetti sull’organismo di tali polimeri, rilevati soprattutto nel cieco e nelle feci. Inoltre, gli effetti non erano presenti alla dose più elevata (10 mg/kg), suggerendo l’attivazione di meccanismi biologici complessi e non lineari. Nonostante l’assenza di alterazioni della permeabilità intestinale, l’esposizione a basse dosi di polimeri (sottogruppi CD0.1 e WD0.1) ha ridotto l’espressione dei geni chiave delle giunzioni strette (ZO1, JamA eCldn2) e un aumento di quella di geni associati alla mucosa intestinale, come Muc2 (CD0.1), Muc1 e Klf4 (WD0.1 e WD1). Tuttavia, il sottogruppo WD1 ha riportato un aumento significativo nell’espressione di Cldn5. Inoltre, è stato osservato un raddoppio dei livelli di sialilazione delle mucine e una riduzione dei glicani neutri, indicando una risposta adattativa del muco per preservare la funzione di barriera in condizioni di stress ambientale.
Alterazione delle funzionalità della barriera del colon
Quantità esigue di nanoplastiche sono state sufficienti per promuovere uno stato di infiammazione di basso grado della barriera colica, insieme ad alterazioni dei meccanismi di difesa. Le analisi hanno riportato disfunzioni a livello del lisozima e della lipocalina-2, due marker chiave dell’integrità della barriera del colon, in entrambi i regimi alimentari. Nello specifico, nei topi alimentati con dieta occidentale (sottogruppo WD1) la lipocalina-2 era sovraespressa a discapito del lisozima – inferiore di oltre 40%, indice di un indebolimento delle difese antimicrobiche. Tuttavia, non sono state osservate variazioni nei livelli fecali delle IgA e delle principali citochine infiammatorie come Tnfα e IL1β.
La dieta occidentale predispone a maggiori alterazioni metaboliche
L’esposizione alla dose intermedia di nanoplastiche ha peggiorato l’intolleranza al glucosio indotta dalla dieta occidentale, insieme all’aumento dei trigliceridi. I topi alimentati con dieta standard ed esposti alla dose più bassa (CD0.1) hanno mostrato un accumulo di lipidi nel fegato e una sovraespressione di geni epatici come Cd36 e Cyp2b10 coinvolti, rispettivamente, nel trasporto lipidico e nel metabolismo degli xenobiotici. Effetti analoghi sono stati osservati nei topi alimentati con dieta occidentale, nei quali rappresentato un segnale precoce di alterazione del metabolismo epatico. Nel sottogruppo CD0.1 le analisi biochimiche hanno mostrato tendenze verso l’aumento dei trigliceridi e del colesterolo plasmatici.
Il sequenziamento del gene 16S rRNA e dell’amplicone ITS2 ha permesso di analizzare il microbiota intestinale batterico e fungino, rilevando cambiamenti significativi della diversità alfa e beta solo alla dose più bassa di esposizione. In particolare, nel gruppo alimentato con dieta standard è stata osservata una prevalenza di taxa come Lactobacillus, Alloprevotella e Clostridium a discapito di Desulfovibrio, Butyricicoccus, Escherichia, Shigella e Clostridia_CG_U14. Il microbiota batterico dell’altro gruppo, invece, ha riportato maggiori alterazioni della diversità complessiva, con una riduzione di Oscillibacter ed Eubacterium. Una situazione analoga nel caso del microbiota fungino, che ha mostrato una forte presenza di Basidiomycota a scapito di Ascomycota. Anche in questo caso la diversità beta ha evidenziato un chiaro clustering, con aumento di Xylodon e una riduzione di Samsoniella.
Anche il metabolismo del microbiota cambia a basse dosi
Nei topi alimentati con dieta standard l’esposizione alla dose più bassa ha ridotto la presenza di metaboliti associati all’attività microbica, come acidi biliari, propionato e alcuni amminoacidi (5-amminovalerato e lisina), accompagnata da un aumento di lattato, glucosio e serina. Non sono state rilevate tracce misurabili di accumulo del polimero negli organi periferici (fegato, milza, reni, cervello e testicoli), suggerendo una traslocazione limitata attraverso la barriera intestinale. I livelli di nanoplastiche risultavano più elevati nel cieco e nelle feci del sottogruppo WD10 rispetto al sottogruppo CD10, indicando una possibile permanenza prolungata nel lume intestinale, compatibile con il maggiore tempo di transito associato a regimi alimentari a basso contenuto di fibre.
Conclusioni
I risultati dello studio indicano che le nanoplastiche, anche in assenza di additivi chimici e a dosi molto basse, possono interferire con l’equilibrio dell’ecosistema intestinale e il metabolismo epatico. Effetti amplificati in presenza di una dieta occidentale, già associata a malattie come diabete tipo due e obesità. Tuttavia, saranno necessari ulteriori studi per chiarire il potenziale accumulo in altri tessuti e la rilevanza di questi risultati nell’uomo.
