The applicability of in vitro models of the intestinal barrier for the risk assessment of engineered nanomaterials used as food additives
Los avances en el campo de la nanotecnología han permitido desarrollar una gran diversidad de nanomateriales sintetizados artificialmente (NMs), los cuales presentan nuevas y prometedoras aplicaciones en diversas industrias. Debido a sus exclusivas propiedades, los NMs son utilizados en la comida o...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2018 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/669883 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/669883 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Nanotoxicologia Nanotoxicología Nanotoxicology Barrera intestinal Intestinal barrier Models in vitro Modelos in vitro In vitro models Ciències Experimentals 575 |
| Sumario: | Los avances en el campo de la nanotecnología han permitido desarrollar una gran diversidad de nanomateriales sintetizados artificialmente (NMs), los cuales presentan nuevas y prometedoras aplicaciones en diversas industrias. Debido a sus exclusivas propiedades, los NMs son utilizados en la comida o envoltorios de comida como mejora de textura, color, sabor, estabilizador, etc. A pesar de sus propiedades innovadoras, existe un aumento en la preocupación sobre si las nanopartículas (NPs) de dióxido de titanio (TiO2) puedan llegar a producir efectos adversos en la salud humana. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) clasificó el TiO2 como posible carcinógeno humano (grupo 2B) debido a suficientes evidencias científicas indicando que las NPs de TiO2 pueden causar cáncer de pulmón a través de su inhalación. Sin embargo, en el mismo informe no se obtuvo resultados concluyentes respecto a la exposición de dichas NPs por vía oral debido a la falta de ensayos toxicológicos e información. Es por eso que el objetivo de la presente Tesis es estudiar de manera in vitro los efectos, factores y mecanismos biológicos que la exposición a NPs metálicas puedan causar en el epitelio del intestino delgado humano. Para este propósito, se desarrolló por primera vez en nuestro laboratorio un modelo epitelial in vitro que mimetiza el intestino delgado humano. En nuestro primer estudio, se definieron y caracterizaron condiciones de cultivo del ya descrito modelo, Caco- 2/HT29/Raji-B. Según nuestros resultados en los estudios de integridad y permeabilidad, confirmamos que la mejor ratio de células Caco-2 (enterocitos) y HT29 (células calciformes) era 90:10, respectivamente. Paralelamente se detectó la inducción de células presentadoras de antígenos o también conocidas cómo células M, y se propuso un listado de genes cómo marcadores para bio-monitorizar la correcta diferenciación celular y formación de la barrera intestinal in vitro. Finalmente se testó la funcionalidad de nuestro modelo epitelial in vitro exponiéndolo durante 24 h tanto a NPs de TiO2 como de SiO2. Utilizando microscopía laser confocal se demostró que las NPs de TiO2 podrían conllevar efectos adversos en el epitelio intestinal ya que tienen la capacidad de internalizar en las células, llegando incluso, a entrar en contacto con el núcleo celular. Debida a la gran diversidad de NMs que actualmente se pueden sintetizar artificialmente, y a que cada uno de ellos puede presentar propiedades distintas y por ende afectar de forma diferente sobre la salud humana, el segundo objetivo de la presente Tesis fue valorar los efectos de tres formas distintas de TiO2 (nano-esferas, nano-óvalos i nano-filamentos) utilizando el modelo intestinal Caco-2/HT29. Nuestros resultados demostraron que las tres formas de TiO2 son capaces de desestabilizar el epitelio intestinal, cruzar la cubierta de mucosa, e internalizar en las células hasta alcanzar al núcleo celular. Teniendo en cuenta las imágenes obtenidas con microscopía láser confocal, se demostró que tanto las nano-esferas cómo los nano-óvalos traspasan la barrera intestinal intracelularmente mientras que los nano-filamentos lo hacen por vía paracelular. Finalmente, utilizando el ensayo del cometa, detectamos que las tres NPs produjeron un leve pero estadísticamente significativo daño genotóxico general pero no daño genotóxico oxidativo. Por último, el tercer estudio se llevó a cabo en el departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Binghamton (Binghamton, NY, USA) con el propósito de una mención internacional de la presente Tesis. Puesto que la absorción de nutrientes es una de las principales funciones del intestino delgado, en este estudio se evaluó la actividad de tres enzimas digestivas (Fosfatasa Alcalina Intestinal, Aminopeptidasa-N y la bomba de sodio/potasio) tras exponer el modelo Caco-2/HT29-MTX a NPs de TiO2 y SiO2. Con el fin de simular estrictamente las condiciones reales del tracto gastrointestinal humano, las NPs fueron digeridas de manera artificial simulando el proceso de digestión humano (boca, estómago, intestino), y co-cultivadas con bacterias comúnmente encontradas en el primer segmento del intestino delgado humano, el duodeno. Concretamente se utilizaron el comensal grampositivo Lactobacillus rhamnosus GG, conocido por su actividad probiótica, y el oportunista gramnegativo Escherichia coli NCTC 9001. En este estudio se observó que la presencia de ambas bacterias en el modelo in vitro Caco-2/HT29-MTX, disminuía los efectos adversos de las NPs sobre la actividad enzimática del epitelio. |
|---|