L’esposizione alla nanoplastica anionica induce perdita endoteliale

Aug 13, 2023

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4757 (2022) Citare questo articolo

5038 accessi

9 citazioni

23 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La produzione su scala globale di plastica è stata determinante nel progresso della società moderna, mentre il crescente accumulo di plastica nelle discariche, negli oceani e in qualsiasi altro contesto intermedio è diventato un importante fattore di stress per la sostenibilità ambientale, il clima e, potenzialmente, la salute umana. Mentre le forze meccaniche e chimiche dell’uomo e della natura possono eventualmente degradare o riciclare la plastica, la nostra comprensione delle impronte biologiche della plastica, in particolare delle nanoplastiche, rimane scarsa. Qui riportiamo un fenomeno associato alle forme nanoplastiche di polistirene anionico e poli (metil metacrilato), dove la loro introduzione ha interrotto le giunzioni caderine endoteliali vascolari in modo dose-dipendente, come rivelato dalla microscopia confocale a fluorescenza, vie di segnalazione, simulazioni di dinamica molecolare , nonché test ex vivo e in vivo con sistemi modello animale. Collettivamente, i nostri risultati hanno implicato che la permeabilità vascolare indotta dalle nanoplastiche è principalmente di natura biofisica-biochimica, non correlata con eventi citotossici come la produzione di specie reattive dell’ossigeno, l’autofagia e l’apoptosi. Questa via scoperta di trasporto paracellulare ha aperto vaste strade per studiare il comportamento e gli effetti biologici delle nanoplastiche, che potrebbero offrire spunti cruciali per guidare le innovazioni verso un’industria della plastica sostenibile e il risanamento ambientale.

Le micro e nanoplastiche sono derivati ​​della degradazione fisica, chimica e biologica della plastica scaricata nell’ambiente, da sbocchi industriali e di ricerca o come sottoprodotti di beni come indumenti, shampoo e bustine di tè in plastica1. Con la produzione globale di plastica in costante aumento nel corso dell’ultimo secolo, che ha raggiunto i 359 milioni di tonnellate nel solo 20182, comprendere e mitigare gli effetti biologici avversi di questi materiali artificiali3, soprattutto nelle loro forme micro e nanoplastiche, è diventato fondamentale per la protezione della salute umana e della sostenibilità ambientale, preservando al contempo lo stile di vita moderno.

Tracce di plastica sono state trovate negli organi animali e umani attraverso l'inalazione, l'ingestione e l'esposizione cutanea, a causa della loro prevalenza nell'aria, nell'acqua e nel suolo4,5. A differenza delle loro controparti microdimensionate e più ampiamente studiate per area superficiale per volume e profilo di tossicità, le nanoplastiche possono compromettere la crescita, la riproduzione e il metabolismo degli animali6,7,8,9 e compromettere il sistema immunitario aumentando la secrezione di citochine, l'apoptosi e lo stress del reticolo endoplasmatico. e stress ossidativo10,11,12,13.

Recentemente, è stato riportato che nanoparticelle inorganiche anioniche come TiO2, SiO2, oro e nanodiamanti in un dato intervallo di dimensioni (cioè <100 nm), possono interrompere le giunzioni della caderina endoteliale vascolare (VE-caderina) per creare transitori, micron aperture fisiche di dimensioni ridotte nei monostrati endoteliali14,15. Questo fenomeno, definito come perdita endoteliale indotta da nanomateriali (NanoEL), ha implicazioni significative per la nanotossicologia e la nanomedicina, dove le nanostrutture sono progettate per fornire farmaci o rilevare anomalie dei tessuti attraverso la loro circolazione vascolare16, comportando la loro traslocazione attraverso la barriera ematoencefalica ( BBB) a volte. In questo studio, riportiamo un fenomeno biologico associato all'esposizione alle nanoplastiche, sotto forma di perdita endoteliale nelle cellule endoteliali della vena ombelicale umana (HUVEC) provocate dai nanomateriali. Questa scoperta è sorprendente in quanto (1) le nanoplastiche sono materiali polimerici non noti per indurre NanoEL16 e (2) le densità delle nanoplastiche, ovvero circa 1,05 g/m3 per il polistirene e circa 1,18 g/m3 per il poli(metilmetacrilato) (PMMA), sono notevolmente inferiori alla soglia di 1,72 g/m3 determinata per le nanoparticelle inorganiche competenti per NanoEL17. Nello specifico, abbiamo esaminato i meccanismi molecolari della rottura del dimero VE-caderina da parte di nanoplastiche di polistirene e PMMA utilizzando simulazioni di dinamica molecolare e abbiamo ulteriormente documentato la perdita endoteliale ex vivo con vene di coniglio e suino e in vivo con topi esposti alle nanoplastiche. Questo studio ha implicato la permeabilità del sistema vascolare come meccanismo per il trasporto paracellulare delle nanoplastiche, colmando un vuoto di conoscenza cruciale nella nostra ricerca di comprendere il comportamento biologico e il destino della plastica che affolla l’ecosfera.