Im letzten Jahrhundert ist Kunststoff zu einem allgegenwärtigen Material geworden. Die Langlebigkeit von Kunststoff, die ihn so beliebt gemacht hat, stellt nun jedoch ein Problem von bisher ungeklärtem Ausmaß dar. Während die Anhäufung von makroskopischen Kunststoffabfällen unumstritten ein bedeutendes Umweltproblem darstellt, wurde erst in den letzten zehn Jahren erkannt, dass kleinere Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm eine Gefahr für die Gesundheit von Mensch und Tier darstellen können. Diese kleineren Partikel werden je nach Größe als Nano- und Mikroplastik (NMP) eingestuft. Unser derzeitiges Wissen über die Auswirkungen einer chronischen NMP-Exposition auf den Organismus ist sehr begrenzt. Genaue Informationen über die zugrundeliegenden Mechanismen von Aufnahme und Verteilung von NMPs im Gewebe sowie den damit verbundenen gesundheitlichen Risiken liegen jedoch nicht vor. Vorläufigen Daten aus unserem Labor deuten darauf hin, dass NMP-Partikel mit einer Größe von 50 und 500 nm vom Darmgewebe aufgenommen werden können, wobei die Mechanismen und die Kinetik des Eindringens noch unklar sind. In Anbetracht der ausgeklügelten Selektionsmechanismen des Darmepithels ist es wahrscheinlich, dass ein großer Teil der aufgenommenen NMPs nicht absorbiert, sondern stattdessen ausgeschieden wird. Hier fehlen allerdings Daten über den genauen Anteil der NMPs, die schlussendlich in den Organismus gelangen. Die mangelnden Daten über die Bioverfügbarkeit und Aufnahme von NMPs im Darm erschweren die Bewertung des potenziellen Risikos, das die derzeitige Kunststoffbelastung für die menschliche Gesundheit darstellt. Wir möchten diese Mangel an Wissen beheben und mit den hier beschriebenen Experimenten den Anteil der über den Darm aufgenommenen Kunststoffpartikel in vivo quantitativ und qualitativ bestimmen. Darüber hinaus werden wir die Auswirkungen einer chronischen NMP-Exposition auf das Immunsystem des Darms und die Magen-Darm-Funktion untersuchen. Hierbei stehen auf zellulärer Ebene vor allem verschiedenen Populationen an Darmmakrophagen im Fokus. Ein weiterer Projektteil hat zum Ziel, die Rolle einer NMP-Belastung bei Entstehung und Verlauf von entzündlichen Darmerkrankungen zu beschreiben

Die Tiere erhalten intraperitoneale Injektionen, um mittels Antikörpern vorhandene Makrophagen zu deletieren. Außerdem wird den Tiere mehrmals über mehrere Monate hinweg Mikroplastik per oraler Gavage verabreicht. Bei manchen Tieren wird durch die Gabe von DSS im Trinkwasser oder die Verabreichung von Citrobacter rodentium eine chemisch bzw. bakteriell induzierte Darmerkrankung ausgelöst, was als Modell für entzündliche Darmerkrankungen im Menschen dient. Einige Tiere erhalten unter Vollnarkose und Gabe von Schmerzmitteln einen Eingriff, bei dem der Dünndarm zu einer Schleife gebunden wird, und in diese Schleife fluoreszente Plastikpartikel injiziert werden (ileal loop), um so die Passage von Plastik über die Darmwand zu untersuchen. Alle Tiere werden nach Abschluss der Versuche in tiefer Narkose getötet und Blut und Organe zur Analyse gewonnen.

Das Immunsystem des Darms ist ein hochdifferenziertes System, bei dem eine Vielzahl von Zellen in unterschiedlichen Geweben koordiniert zusammenwirken. Die Differenzierung von einzelnen Zellpopulationen sowie deren Immunantwort in den verschiedenen Gewebsschichten des Darms wird durch die zellspezifische Steuerung von Genen und Signalwegen in einem zeitlich und örtlich genau festgelegten Rahmen reguliert. Das Zusammenspiel dieser Zellpopulationen in verschiedenen Geweben kann in vitro nicht abgebildet werden. Darüber hinaus sind ex vivo Untersuchungen nicht möglich, da kontinuierliche Wechselwirkungen von Zellen den Immunsystems mit dem direkt anliegenden Gewebe sowie über Signalvorgänge mit weiter entfernten Geweben (wie zB Knochenmark, Lymphknoten) stattfinden. Diese Wechselwirkungen zu unterbrechen würde für die Fragestellungen des hier vorgestellten Projekts keine verwertbaren Erkenntnisse liefern. Es werden weiterhin chronische NMP-Exposition sowie pathologische Veränderungen des Darms untersucht, was nicht in vitro nachzustellen ist. Darüber hinaus wird in diesem Projekt die ?Pharmako?-Dynamik und -kinetik von NMPs innerhalb eines vollständigen Organismus untersucht. Es existiert leider bisher keine Alternativmethode, mit der solche Vorgänge außerhalb eines Tiermodells untersucht werden können.