A exposição de nanoplásticos aniônicos induz vazamento endotelial

Aug 13, 2023

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 4757 (2022) Citar este artigo

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A produção de plásticos em escala global tem sido fundamental para o avanço da sociedade moderna, enquanto o acúmulo crescente de plásticos em aterros sanitários, oceanos e qualquer coisa intermediária tornou-se um grande fator de estresse na sustentabilidade ambiental, no clima e, potencialmente, na saúde humana. Embora as forças mecânicas e químicas do homem e da natureza possam eventualmente quebrar ou reciclar os plásticos, nossa compreensão das impressões digitais biológicas dos plásticos, especialmente dos nanoplásticos, permanece pobre. Aqui, relatamos um fenômeno associado às formas nanoplásticas de poliestireno aniônico e poli(metil metacrilato), onde sua introdução interrompeu as junções de caderina endoteliais vasculares de maneira dose-dependente, conforme revelado por microscopia confocal de fluorescência, vias de sinalização, simulações de dinâmica molecular , bem como ensaios ex vivo e in vivo com sistemas modelo animal. Coletivamente, nossos resultados implicaram a permeabilidade vascular induzida por nanoplásticos como principalmente de natureza biofísica-bioquímica, não correlacionada com eventos citotóxicos, como produção de espécies reativas de oxigênio, autofagia e apoptose. Essa rota descoberta de transporte paracelular abriu vastos caminhos para investigar o comportamento e os efeitos biológicos dos nanoplásticos, o que pode oferecer insights cruciais para orientar as inovações em direção a uma indústria de plásticos sustentável e remediação ambiental.

Micro e nanoplásticos são derivados de degradações físicas, químicas e biológicas de plásticos descartados no meio ambiente, de saídas industriais e de pesquisa ou como subprodutos de commodities, como roupas, xampus e saquinhos plásticos de chá1. Com a produção global de plásticos aumentando constantemente no século passado, atingindo 359 milhões de toneladas somente em 20182, entender e mitigar os efeitos biológicos adversos desses materiais sintéticos3, especialmente em suas formas micro e nanoplásticas, tornou-se crucial para a proteção da saúde humana e da sustentabilidade ambiental, preservando o modo de vida moderno.

Vestígios de plásticos foram encontrados em órgãos de animais e humanos por inalação, ingestão e exposição dérmica, resultantes de sua prevalência no ar, água e solo4,5. Diferentemente de suas contrapartes microdimensionadas e mais extensivamente estudadas em área de superfície por volume e perfil de toxicidade, os nanoplásticos podem prejudicar o crescimento, a reprodução e o metabolismo de animais6,7,8,9 e comprometer o sistema imunológico ao elevar a secreção de citocinas, apoptose, estresse do retículo endoplasmático , e estresse oxidativo10,11,12,13.

Recentemente, foi relatado que nanopartículas inorgânicas aniônicas, como TiO2, SiO2, ouro e nanodiamantes em uma determinada faixa de tamanho (ou seja, <100 nm), podem interromper as junções de caderina endotelial vascular (VE-caderina) para criar junções transitórias de micron aberturas físicas de tamanho reduzido em monocamadas endoteliais14,15. Este fenômeno, denominado vazamento endotelial induzido por nanomaterial (NanoEL), tem implicações significativas para a nanotoxicologia, bem como para a nanomedicina, onde as nanoestruturas são projetadas para fornecer drogas ou detectar anormalidades teciduais por meio de sua circulação vascular16, envolvendo sua translocação através da barreira hematoencefálica. BBB) às vezes. Neste estudo, relatamos um fenômeno biológico associado à exposição de nanoplásticos, na forma de vazamento endotelial em células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs) provocadas pelos nanomateriais. Essa descoberta é surpreendente porque (1) os nanoplásticos são materiais poliméricos não conhecidos por induzir NanoEL16 e (2) as densidades dos nanoplásticos, ou seja, ~1,05 g/m3 para poliestireno e ~1,18 g/m3 para poli(metil metacrilato) (PMMA), são consideravelmente mais baixos do que o limite de 1,72 g/m3 determinado para nanopartículas inorgânicas NanoEL-competentes17. Especificamente, examinamos os mecanismos moleculares da ruptura do dímero de VE-caderina por nanoplásticos de poliestireno e PMMA usando simulações de dinâmica molecular e documentamos ainda mais o vazamento endotelial ex vivo com veias de coelho e suína e in vivo com camundongos expostos aos nanoplásticos. Este estudo implicou a permeabilidade vascular como um mecanismo para o transporte paracelular de nanoplásticos, preenchendo uma lacuna de conhecimento crucial em nossa busca de entender o comportamento biológico e o destino dos plásticos que povoam a ecosfera.