Nanoplastics - A Potential Threat To Human Health?

Abstract

Den økende bruken av nanomaterialer i alt fra forbruksprodukter til medisiner har ført til en økende offentlig interesse for hvilke følger eksponeringen kan ha for mennesker og helse. Det å forstå hvilke inflammatoriske egenskaper disse nye materialene har, er både et viktig steg i utviklingen av nanomedisiner og for å hindre negative helseeekter fra avfallsprodukter i nanostørrelse. Denne oppgaven brukes en ex vivo menneskelig fullblodmodell til å kartlegge inflammatoriske responser indusert av polyvinylklorid (PVC) nanoplast og to potensielle nanomedisiner. Fordelen med fullblodmodellen er at den gir en unik mulighet til å studere de medfødte immunresponsene i en kompleks modell der alle blodcellene og de molekylære prosessene og kaskadene kan kommunisere med hverandre slik de gjør in vivo.

Inflammasjonsresponser indusert av PVC nanoplast har ikke blitt undersøkt tidligere i en fullblodmodell. Nanoplasten aktiverte komplementsystemet og induserte produksjon av de proinflammatoriske cytokinene IL-1beta, IL-6, IL-8 og TNF-alfa. Ved å anvende komplementhemmeren Compstatin (Cp40) som hemmer på C3-nivå, ble det påvist at cytokinproduksjonen er sterkt avhengig av komplementaktiveringen. Resultatene viser også en tydelig doserespons i tillegg til at det ble påvist høy dødelighet i monocytter i blodet. Den sterke aktiveringen av proinflammatoriske responser og den høye dødeligheten hos monocytter gjør at man kan konkludere med at PVC nanoplast potensielt kan være helseskadelig ved eksponering i blod.

Nanogelene aktiverte ikke komplement eller induserte produksjon av cytokiner. Celleviabiliteten ble også opprettholdt etter fire timers eksponering. Videre undersøkelser av biokompatibilitet bør gjøres for å utvikle disse partiklene videre som potensiell nanomedisin.

The increasing amount of nanomaterials used in a vast range of applications promotes a concern for the adverse impacts these materials can induce on human health. Understanding their inflammatory potential is important for both further development of new drug carriers and for preventing negative health effects from an incidental exposure to nanosized waste products. By using an ex vivo human whole blood model, we investigated complement activation, induced cytokine production and cell viability by mimicking an in vivo exposure to some extent. This includes an incidental exposure to polydisperse polyvinyl chloride (PVC) nanoplastics and an intentional exposure to two nanosized drug carriers.

PVC nanoplastics significantly activated Complement Receptor 3 (CR3) upregulation and Terminal Complement Complex (TCC) formation. The nanoplastics also induced a significant increase in the production of the pro-inflammatory cytokines IL-1beta, IL-6, IL-8 and TNF-alfa. Moreover, inhibiting complement C3 using Compstatin (Cp40) revealed that PVC NPs induce production of pro-inflammatory cytokines in a complement-dependent manner. PVC NPs also induced significant cell death in monocytes. The results propose that an incidental exposure to PVC nanoplastics from the environment may be a potential threat to human health.

The pNIPAm-AAc nanogels (NGs) did not activate complement, nor induced production of cytokines. Cell viability was also maintained during four hours of incubation. This suggests that the nanogels may not induce inflammatory responses. However, further investigations of biocompatibility should be considered in order to develop these nanogels for the use as drug carriers.