Воздействие анионной нанопластики вызывает неплотность эндотелия

Aug 13, 2023

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4757 (2022) Цитировать эту статью

5038 Доступов

9 цитат

23 Альтметрика

Подробности о метриках

Производство пластика в глобальном масштабе сыграло важную роль в развитии современного общества, в то время как растущее накопление пластика на свалках, в океанах и во всем, что между ними, стало основным фактором стресса для экологической устойчивости, климата и, возможно, здоровья человека. Хотя механические и химические силы человека и природы могут в конечном итоге разрушить или переработать пластик, наше понимание биологических свойств пластика, особенно нанопластика, остается плохим. Здесь мы сообщаем о явлении, связанном с нанопластическими формами анионного полистирола и полиметилметакрилата, когда их введение нарушало соединения кадгерина сосудистого эндотелия дозозависимым образом, что было выявлено с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии, сигнальных путей, молекулярно-динамического моделирования. , а также анализы ex vivo и in vivo с использованием модельных систем на животных. В совокупности наши результаты свидетельствуют о том, что проницаемость сосудов, вызванная нанопластиками, имеет преимущественно биофизическую и биохимическую природу и не коррелирует с цитотоксическими явлениями, такими как выработка активных форм кислорода, аутофагия и апоптоз. Этот открытый путь параклеточного транспорта открыл широкие возможности для изучения поведения и биологических эффектов нанопластиков, что может дать важную информацию для направления инноваций в направлении устойчивой индустрии пластмасс и восстановления окружающей среды.

Микро- и нанопластики представляют собой продукты физического, химического и биологического разложения пластмасс, выбрасываемых в окружающую среду из промышленных и исследовательских предприятий или в качестве побочных продуктов таких товаров, как одежда, шампуни и пластиковые чайные пакетики1. Поскольку мировое производство пластмасс в течение последнего столетия неуклонно росло и достигло 359 миллионов тонн только в 2018 году2, понимание и смягчение неблагоприятного биологического воздействия этих искусственных материалов3, особенно в их микро- и нанопластиковых формах, стало иметь решающее значение для защиты окружающей среды. здоровья человека и экологической устойчивости при сохранении современного образа жизни.

Следовые количества пластика были обнаружены в органах животных и человека при вдыхании, проглатывании и попадании на кожу в результате их распространенности в воздухе, воде и почве4,5. Отличаясь от своих микроразмерных и более тщательно изученных аналогов по площади поверхности на объем и профилю токсичности, нанопластики могут нарушать рост, размножение и обмен веществ животных6,7,8,9 и подвергать риску иммунную систему за счет повышения секреции цитокинов, апоптоза, стресса эндоплазматического ретикулума. и окислительный стресс10,11,12,13.

Недавно сообщалось, что анионные неорганические наночастицы, такие как TiO2, SiO2, золото и наноалмазы в заданном диапазоне размеров (т.е. <100 нм), могут разрушать кадгериновые соединения сосудистого эндотелия (VE-кадгерин), создавая временные микронные соединения. Физические отверстия разного размера в эндотелиальных монослоях14,15. Это явление, получившее название «протекание эндотелия, вызванное наноматериалами» (NanoEL), имеет важное значение для нанотоксикологии, а также для наномедицины, где наноструктуры предназначены для доставки лекарств или обнаружения тканевых аномалий посредством их сосудистой циркуляции16, включая их транслокацию через гематоэнцефалический барьер ( ВВВ) иногда. В этом исследовании мы сообщаем о биологическом феномене, связанном с воздействием нанопластиков, в виде неплотности эндотелия в эндотелиальных клетках пупочной вены человека (HUVEC), вызванной наноматериалами. Этот вывод является неожиданным, поскольку (1) нанопластики представляют собой полимерные материалы, о которых не известно, что они вызывают NanoEL16, и (2) плотность нанопластиков, т.е. ~1,05 г/м3 для полистирола и ~1,18 г/м3 для поли(метилметакрилата) (ПММА), значительно ниже порога в 1,72 г/м3, определенного для NanoEL-компетентных неорганических наночастиц17. В частности, мы исследовали молекулярные механизмы разрыва димера VE-кадгерина нанопластами полистирола и ПММА с использованием молекулярно-динамического моделирования и дополнительно задокументировали неплотность эндотелия ex vivo в венах кролика и свиньи и in vivo у мышей, подвергшихся воздействию нанопластиков. Это исследование показало, что проницаемость сосудов является механизмом параклеточного транспорта нанопластиков, заполнив важнейший пробел в знаниях в наших поисках понимания биологического поведения и судьбы пластмасс, населяющих экосферу.