Investigation of the effects of microplastics on human endometrial cells and cell-to-cell transfer.

Abstract

최근 몇 년 동안 나노플라스틱(Nanoplastics: NPs)과 미세플라스틱(MPs)은 전 세계적인 관심사가 되었습니다. 그러나 폴리스티렌(PS)-NPs와 MPs가 여성의 자궁내막에 미치는 영향은 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 따라서 본 연구에서는 인간 자궁내막 기질세포(ESCs)에 다양한 플라스틱 크기와 농도를 사용하여 PS-NPs와 MPs에 대한 적절한 시험관 내 노출 프로토콜을 확립하고, ESCs에 대한 PS-NP와 MPs의 세포 독성 영향과 MPs의 세포 간 전이 가능성을 조사하고자 했습니다. 특히 100 nm PS-NPs와 1μm PS-MPs와 같은 작은 플라스틱은 5μm PS-MPs와 같은 큰 플라스틱에 비해 세포 흡수 경향이 더 높은 것으로 나타났습니다. 이러한 작은 플라스틱 입자는 24시간 동안 100μg/mL를 초과하는 농도에서 눈에 띄는 세포의 형태학적 변화를 유도하고, 세포 사멸을 유발하는 것을 보였습니다. 또한, 공초점 현미경과 실시간 이미징 장치를 사용하여 플라스틱 입자가 ESCs의 핵과 세포질에 축적될 뿐만 아니라 다양한 세포 유형에 의해 환경으로 방출되고, 세포 간 단백질, 핵산 및 지질의 교환을 통해 세포 간 및 세포 내 통신에 크게 관여하는 지질이중층으로 둘러싸인 작은 막 입자인 세포 외 소포체(EVs)를 통해 MPs가 세포 간 이동한다는 사실도 확인했습니다. 더 나아가 플라스틱의 크기와, 핵과 세포질에 침투하는 정도 사이에 뚜렷한 상관 관계가 있는 것을 확인한 결과 플라스틱의 크기가 작을수록 세포 내 플라스틱의 내재화 비율이 상당히 높은 것으로 나타났습니다. 또한, 100nm PS-NPs로 세포를 처리했을 때, 1μm PS-MPs를 처리했을 때와 달리 ESCs의 증식이 감소하고 세포 사멸이 유도되는 것을 확인함으로써 플라스틱의 사이즈가 작을수록 ESCs에 더 부정적인 영향을 끼칠 수 있음을 확인하였습니다. 결론적으로, 이 연구는 100nm PS-NPs와 1μm PS-MPs에 노출되면 ESCs 내에 이러한 입자가 동적으로 축적되어 특정 농도에서 세포 사멸 또는 증식 감소로 이어진다는 사실을 입증한 최초의 연구입니다. 이번 연구 결과는 이러한 입자가 생식 능력과 생식 건강에 잠재적으로 악영향을 미칠 수 있음을 시사하며, 정확한 분자 메커니즘을 밝히기 위한 추가 연구의 필요성을 강조합니다.

Nanoplastics (NPs) and microplastics (MPs) have recently emerged as a global concern. However, the effects of polystyrene (PS)-NPs and MPs on the female endometrium remain unclear. The aim of this study was to develop a suitable in vitro exposure protocol for PS-NPs and MPs, using different plastic dimensions and concentrations, and to investigate the potential toxic effects of PS-NPs and MPs on human endometrial stromal cells (ESCs), as well as the intercellular transfer of MPs. In particular, smaller plastic particles, such as 100 nm PS-NPs and 1 μm PS-MPs, showed a greater tendency for cellular uptake compared to larger 5 μm PS-MPs. These tiny plastic particles were found to induce significant changes in cell morphology and cell death at concentrations greater than 100 μg/mL over a 24-hour period. In addition, using confocal microscopy and real-time imaging, we observed that MPs not only accumulate in the nucleus and cytoplasm of ESCs, but also migrate between cells via extracellular vesicles (EVs). EVs are small membrane bound particles surrounded by a lipid bilayer that are released by various cell types and play a critical role in inter- and intracellular communication by facilitating the exchange of proteins, nucleic acids, and lipids between cells. The study revealed a significantly higher rate of internalization, with a clear relationship between plastic particle size and the extent of penetration into the nucleus and cytoplasm. In addition, our research showed that exposure to 100 nm PS-NPs resulted in decreased cell proliferation and induced apoptosis. This study is groundbreaking in demonstrating that both 100 nm PS-NPs and 1 μm PS-MPs dynamically accumulate within ESCs, leading to either cell death or reduced proliferation at specific concentrations. These results suggest potential adverse effects on fertility and reproductive health and highlight the need for further research to elucidate the precise underlying molecular mechanisms.