Microplasticele declanșează modificări legate de cancer în celulele pulmonare

Studiul realizat la Universitatea Medicală din Viena și publicat în Journal of Hazardous Materials investighează efectele toxice ale particulelor de polistiren (PS) asupra celulelor pulmonare umane, concentrându-se pe diferențele de răspuns între celulele maligne și cele non-maligne.
Nanoplasticele și microplasticele sunt omniprezente în atmosferă, în special în mediile urbane. Expunerea umană se produce predominant prin inhalare. Dimensiunea extrem de redusă a particulelor le permite penetrarea barierei epiteliale și accesul la circulația sistemică. Studii anterioare au indicat asocieri între acumularea de fibre plastice și afecțiuni respiratorii cronice, dar datele privind efectele la nivel celular sunt limitate.

Despre studiu

Obiective și modele celulare

Studiul a utilizat modele celulare umane preclinice, inclusiv celule epiteliale bronșice non-maligne (BEAS-2B) și linii de cancer pulmonar (A549, H460 – NSCLC; DMS53, H372 – SCLC), precum și organoizi pulmonari umani. Scopul a fost analiza efectelor PS-NPs (nanoplastice de 0,25 µm) și PS-MPs (microplastice de 1 µm) în concentrații considerate fiziologic relevante (1–60 µg/cm²).

Metodologie

• Evaluarea viabilității celulare prin test MTT.
• Analiza internalizării particulelor prin citometrie în flux și microscopie confocală.
• Monitorizarea migrației celulare și ciclului celular prin videomicroscopie și citometrie.
• Evaluarea stresului oxidativ (ROS, GSH/GSSG) și leziunilor ADN (TUNEL, comet assay).
• Determinarea activării căilor de semnalizare pAKT și pERK prin western blot și arrays RTK.

Rezultate

1. Viabilitatea celulară nu a fost afectată semnificativ

Dozele mai mici (<30 µg/cm²) nu au determinat scăderi relevante ale viabilității în niciuna dintre liniile celulare. Dozele mari (>30 µg/cm²) au scăzut viabilitatea cu maximum 20%, în special în BEAS-2B. Organoizii nu au prezentat afectare morfologică semnificativă.

2. PS-NPs s-au acumulat în celulele non-maligne

Nanoparticulele PS au fost internalizate eficient, mai ales în BEAS-2B, unde au fost observate în citoplasmă la 24 h de la expunere. După 72 h, celulele non-maligne au eliberat până la 65% din particulele ingerate, în timp ce celulele maligne au reținut majoritatea particulelor.

3. Expunerea la PS-NPs a crescut migrarea și dispersia celulară

PS-NPs au determinat creșterea semnificativă a distanței migrate și a dispersiei celulare, însoțite de acumulare în faza S a ciclului celular în majoritatea liniilor, fără a induce apoptoză detectabilă.

4. Leziuni ADN și modificarea mecanismelor de reparare

TUNEL și comet assay au confirmat inducerea de leziuni ADN în toate liniile celulare. PS-NPs au activat în mod semnificativ calea de reparare prin excizie de nucleotide (NER) în BEAS-2B, fără a stimula excizia de baze (BER). Invers, în celulele maligne a fost detectată activare predominantă BER.

5. Stres oxidativ marcat în celulele non-maligne

PS-NPs au crescut producția de ROS, iar doar BEAS-2B au prezentat o modificare accentuată a raportului GSH/GSSG, indicând activarea sistemului antioxidant. Malignele au avut niveluri bazale mai ridicate de glutathion, dar răspuns adaptativ mai slab.

6. Activarea căilor AKT și ERK în celulele non-maligne

Doar BEAS-2B au prezentat fosforilarea semnificativă a proteinelor AKT și ERK după expunere la PS-NPs. Această activare a fost confirmată în organoizii pulmonari. RTK arrays au evidențiat activarea receptorilor EphA6, EGFR, VEGFR2, HER2 și JAK3.

7. Organoizii pulmonari confirmă internalizarea și semnalizarea

După 14 zile de expunere, PS-NPs au fost vizualizați în epiteliul organoidelor. Fosforilarea pAKT și pERK a fost crescută, confirmând observațiile in vitro în sistem 3D fiziologic.

Concluzii

Studiul evidențiază că particulele de polistiren afectează în mod specific celulele pulmonare non-maligne prin inducerea stresului oxidativ, a migrației și a alterării semnalizării celulare, fără a produce efecte semnificative în celulele tumorale. Aceste efecte pot favoriza modificări pro-tumorale, indicând o vulnerabilitate crescută a celulelor sănătoase la expunerea la nanoplastice. Constatările susțin nevoia urgentă de evaluare a riscurilor pe termen lung legate de expunerea ambientală la microplastice, în special în raport cu susceptibilitatea pulmonară și riscul de carcinogeneză.