Biological effects of Micro and Nanoplastics from environmentally relevant sources on an in vitro model of the intestinal barrier
Uloženo v:
| Název: | Biological effects of Micro and Nanoplastics from environmentally relevant sources on an in vitro model of the intestinal barrier |
|---|---|
| Autoři: | Banaei, Gooya |
| Thesis Advisors: | Garcia Rodriguez, Alba, Hernández Bonilla, Alba |
| Zdroj: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Informace o vydavateli: | Universitat Autònoma de Barcelona, 2025. |
| Rok vydání: | 2025 |
| Fyzický popis: | 208 p. |
| Témata: | Nanoplàstics, Nanoplastics, Nanoplásticos, Models in vitro, In vitro models, Modelos in vitro, Nanotoxicitat, Nanotoxicity, Nanotoxicidad, Ciències de la Salut |
| Popis: | Els microplàstics i nanoplàstics (MNPLs) són contaminants ambientals emergents amb una presència creixent a l’entorn i a la cadena alimentària. Representen una amenaça per als ecosistemes i, potencialment, per a la salut humana. Aquesta tesi es planteja per abordar aquestes preocupacions, aprofundint en el coneixement sobre els nivells d’exposició humana i els possibles efectes tòxics i genotòxics dels MNPLs. A més, pretén aportar dades útils per informar les agències reguladores i impulsar estudis multidisciplinaris orientats a comprendre els riscos dels MNPLs com a contaminants persistents. La present Tesi inclou una revisió exhaustiva de la literatura, que mostra com els plàstics d’ús quotidià es poden degradar en partícules de mida micro i nano, que acaben entrant al cos humà, principalment per via oral. Un exemple rellevant és el de les bosses de te, tradicionalment fetes de paper, però ara sovint substituïdes per plàstic, cosa que ha obert una nova via d’exposició que ha estat poc estudiada. Per cobrir aquest buit, es van realitzar dos estudis experimentals inclosos a la tesi. En el primer estudi, es van aïllar MNPLs de bosses de te comercials i es van utilitzar en un model in vitro de barrera intestinal humana format per cèl·lules derivades de l’epiteli intestinal (Caco-2 i HT29) en co-cultiu sobre membranes transwell. Mitjançant tècniques de caracterització (SEM-EDX, FTIR i Nano Zsizer), es va identificar el material com àcid polilàctic (PLA), amb una mida hidrodinàmica al voltant dels 120 nm i una morfologia esfèrica. Les imatges de TEM i SEM van confirmar la mida i forma tant en suspensió com dins de la bossa. L’exposició cel·lular es va fer en monocultius i co-cultius diferenciats. Amb microscòpia confocal, es va observar que les PLA-NPLs podien entrar a totes les cèl·lules al cap de 24 hores, fins i tot arribant al nucli cel·lular. Mitjançant citometria de flux, es va veure que les HT29 internalitzaven el 100% de les NPLs, mentre que les Caco-2 ho feien només en un 60%, cosa que indica diferències segons el tipus cel·lular. Tot i la internalització, no es van observar efectes citotòxics importants: els nivells d’espècies reactives d’oxigen (ROS) intracel·lulars i els paràmetres d’integritat de la barrera (TEER i permeabilitat a lucifer yellow) no es van veure alterats. En el segon estudi, es van ampliar els anàlisis i es va estudiar tres tipus diferents de bosses de te (dues comprades online i una al supermercat). Es van simular les condicions reals de preparació d’una tassa de te i es van caracteritzar les partícules alliberades mitjançant SEM, TEM, ATR-FTIR, DLS, LDV i NTA. Les bosses estaven compostes de niló-6 (NY6), polipropilè (PP) i cel·lulosa (CL), i totes van alliberar MNPLs. Els valors obtinguts amb NTA van mostrar diferències en concentració i mida: 1,20×10⁹ NPLs/mL (PP; 136,7 nm), 1,35×10⁸/mL (CL; 244 nm), i 8,18×10⁶/mL (NY6; 138,4 nm). Les partícules es van tenyir amb iDye Poly-Pink i es van exposar a Caco-2, HT29 i HT29-MTX (un model productor de mucina). Després de 24 h a 100 µg/mL, els resultats van mostrar que les PP-NPLs eren altament internalitzades per HT29-MTX; les CL-NPLs ho eren per HT29 i HT29-MTX; mentre que les NY6-NPLs entraven preferentment a les Caco-2. Això demostra que el tipus de polímer i la producció de mucines poden influir en l’absorció de NPLs. En conjunt, aquesta tesi posa en relleu la necessitat d’identificar noves fonts d’exposició quotidiana als MNPLs, desenvolupar mostres realistes per a l’avaluació de riscos, i aprofundir en la seva possible afectació sobre la salut humana. |
| Description (Translated): | Los microplásticos y nanoplásticos (MNPLs) son contaminantes ambientales emergentes con una presencia creciente en el entorno y en la cadena alimentaria. Representan una amenaza para los ecosistemas y, potencialmente, para la salud humana. Esta tesis se plantea para abordar estas preocupaciones, profundizando en el conocimiento sobre los niveles de exposición humana y los posibles efectos tóxicos y genotóxicos de los MNPLs. Además, pretende aportar datos útiles para informar a las agencias reguladoras e impulsar estudios multidisciplinares orientados a comprender los riesgos de los MNPLs como contaminantes persistentes. La presente Tesis incluye una revisión exhaustiva de la literatura, que muestra cómo los plásticos de uso cotidiano pueden degradarse en partículas de tamaño micro y nano, que acaban entrando en el cuerpo humano, principalmente por vía oral. Un ejemplo relevante es el de las bolsas de té, tradicionalmente hechas de papel, pero ahora a menudo sustituidas por plástico, lo que ha abierto una nueva vía de exposición que ha sido poco estudiada. Para cubrir esta laguna, se realizaron dos estudios experimentales incluidos en la tesis. En el primer estudio, se aislaron MNPLs de bolsas de té comerciales y se utilizaron en un modelo in vitro de barrera intestinal humana formado por células derivadas del epitelio intestinal (Caco-2 y HT29) en co-cultivo sobre membranas transwell. Mediante técnicas de caracterización (SEM-EDX, FTIR y Nano Zsizer), se identificó el material como ácido poliláctico (PLA), con un tamaño hidrodinámico de alrededor de 120 nm y una morfología esférica. Las imágenes de TEM y SEM confirmaron el tamaño y la forma tanto en suspensión como dentro del material de la bolsa. La exposición celular se realizó en monocultivos y co-cultivos diferenciados. Con microscopía confocal, se observó que las PLA-NPLs podían entrar en todas las células tras 24 horas, incluso alcanzando el núcleo celular. Mediante citometría de flujo, se vio que las HT29 internalizaban el 100% de las NPLs, mientras que las Caco-2 lo hacían solo en un 60%, lo que indica diferencias según el tipo celular. A pesar de la internalización, no se observaron efectos citotóxicos importantes: los niveles intracelulares de especies reactivas de oxígeno (ROS) y los parámetros de integridad de la barrera (TEER y permeabilidad a lucifer yellow) no mostraron alteraciones significativas. En el segundo estudio, se ampliaron los análisis y se estudiaron tres tipos distintos de bolsas de té (dos compradas por internet y una en el supermercado). Se simularon las condiciones reales de preparación de una taza de té y se caracterizaron las partículas liberadas mediante SEM, TEM, ATR-FTIR, DLS, LDV y NTA. Las bolsas estaban compuestas de nailon-6 (NY6), polipropileno (PP) y celulosa (CL), y todas liberaron MNPLs. Los valores obtenidos con NTA mostraron diferencias en concentración y tamaño: 1,20×10⁹ NPLs/mL (PP; 136,7 nm), 1,35×10⁸/mL (CL; 244 nm), y 8,18×10⁶/mL (NY6; 138,4 nm). Las partículas se tiñeron con iDye Poly-Pink y se expusieron a Caco-2, HT29 y HT29-MTX (un modelo productor de mucina). Tras 24 h a 100 µg/mL, los resultados mostraron que las PP-NPLs eran altamente internalizadas por HT29-MTX; las CL-NPLs lo eran por HT29 y HT29-MTX; mientras que las NY6-NPLs entraban preferentemente en las Caco-2. Esto demuestra que el tipo de polímero y la producción de mucinas pueden influir en la absorción de NPLs. En conjunto, esta tesis pone de relieve la necesidad de identificar nuevas fuentes de exposición cotidiana a los MNPLs, desarrollar muestras realistas para la evaluación de riesgos, y profundizar en su posible afectación sobre la salud humana. Microplastics and nanoplastics (MNPLs) have become widespread environmental pollutants, raising growing concerns due to their potential impacts on ecosystems and human health. This Thesis addresses these concerns by investigating human exposure routes, particularly through ingestion, and assessing the potential toxic and genotoxic effects of MNPLs. It also contributes to the scientific basis needed for regulatory actions and management strategies for these emerging contaminants. A key focus is the persistence of MNPLs in biological systems and the need for multidisciplinary research to better understand and regulate their risks. The first chapter presents a comprehensive literature review, highlighting how plastics from consumer products degrade into MNPLs, enter the food chain, and become a direct source of human exposure. A case study of particular interest is the switch from traditional paper to plastic tea bags, which has introduced a new and largely overlooked route of MNPL ingestion. Despite their widespread use, studies specifically addressing MNPLs released from plastic tea bags are extremely limited. To fill this gap, the Thesis includes two experimental studies already published. The first study involved isolating MNPLs from plastic tea bags and using an in vitro human intestinal barrier model to examine their interaction with gut cells. The model included a co-culture of enterocyte-like cells (Caco-2) and goblet-like cells (HT29) grown on transwell inserts. Characterization of the isolated particles via SEM-EDX, FTIR, and Nano Zsizer showed they were made of polylactic acid (PLA) and had a hydrodynamic diameter of about 120 nm. TEM and SEM imaging confirmed their spherical morphology and nanometric size, both in suspension and embedded in the teabag material. Further cellular studies using confocal microscopy revealed that PLA-NPLs could penetrate all cell types after 24 hours of exposure, even reaching the nuclei. Flow cytometry demonstrated complete internalization of PLA-NPLs in HT29 cells, but only 60% in Caco-2 cells, indicating that cell type influences NPL uptake. Despite internalization, no significant cytotoxic effects were observed. Markers for reactive oxygen species (ROS) and measures of barrier integrity such as trans-epithelial electrical resistance (TEER) and lucifer yellow permeability showed no major disruption, suggesting the PLA-NPLs had low acute toxicity under these conditions. The second study expanded the investigation to different types of commercially available tea bags, examining their release of MNPLs. Three teabag types—purchased from both online vendors and a local supermarket—were tested by simulating typical tea preparation. Analytical techniques (SEM, TEM, ATR-FTIR, DLS, LDV, and NTA) confirmed that these bags were composed of nylon-6 (NY6), polypropylene (PP), and cellulose (CL), and that each released distinct amounts of micro- and nano-sized particles. NTA revealed high particle concentrations: PP released 1.20×10⁹ NPLs/mL (136.7 nm), CL 1.35×10⁸/mL (244 nm), and NY6 8.18×10⁶/mL (138.4 nm). To assess whether cellular interaction depended on the polymer type, particles were stained with iDye Poly-Pink and applied to Caco-2, HT29, and HT29-MTX cells, the latter being a mucus-secreting variant. After 24 hours of exposure to 100 µg/mL of NPLs, internalization patterns differed across polymers and cell types. PP-NPLs were most efficiently internalized by HT29-MTX cells, while CL-NPLs showed similar uptake in HT29 and HT29-MTX cells. In contrast, NY6-NPLs were preferentially taken up by Caco-2 cells. These findings highlight that mucus production and cell type influence NPL internalization. Overall, this Thesis underscores the urgency of identifying emerging MNPL sources in daily life, developing realistic models for exposure and risk assessment, and deepening our understanding of the potential health risks associated with MNPL ingestion. The findings contribute valuable knowledge for future regulatory efforts and public health interventions. Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Genètica |
| Druh dokumentu: | Dissertation/Thesis |
| Popis souboru: | application/pdf |
| Jazyk: | English |
| Přístupová URL adresa: | http://hdl.handle.net/10803/695979 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ |
| Přístupové číslo: | edstdx.10803.695979 |
| Databáze: | TDX |
Buďte první, kdo okomentuje tento záznam!