2226-5988 2686-6749 Клиническая и экспериментальная морфология Clinical and Experimental Morphology ООО "Группа МДВ" 10.31088/cem2023.12.3.82-92 Морфологическая характеристика внутренних органов мышей при длительном потреблении микропластика Morphological features of the internal organs in mice after prolonged microplastics consumption Золотова Наталья Александровна Золотова Наталья Александровна Zolotova Natalya A. natashazltv@gmail.com 0000-0002-0119-9889 Джалилова Джулия Шавкатовна Джалилова Джулия Шавкатовна Dzhalilova Dzhuliya Sh. cem.journal@mail.ru 0000-0002-1337-7160 Цветков Иван Сергеевич Цветков Иван Сергеевич Tsvetkov Ivan S. cem.journal@mail.ru 0000-0003-0946-1105 Сентябрева Александра Владиславовна Сентябрева Александра Владиславовна Sentyabreva Alexandra V. cem.journal@mail.ru 0000-0001-5064-219x Макарова Ольга Васильевна Макарова Ольга Васильевна Makarova Olga V. cem.journal@mail.ru 0000-0001-8581-107X Научно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына ФГБНУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского» (Москва, Россия) Avtsyn Research Institute of Human Morphology of FSBSI “Petrovsky National Research Centre of Surgery” (Moscow, Russia) 25 09 2023 2023 12 3 82 92 30 11 2022 10 04 2023 22 12 2022

Введение. Микропластик, загрязняющий окружающую среду, может представлять опасность для здоровья живых организмов, в том числе человека. Экспериментальные исследования на мышах и крысах показали, что микропластик способен проникать во внутреннюю среду организма, вызывать структурные повреждения и нарушения функции различных органов. Тем не менее данные, посвященные этой проблеме, фрагментарны и противоречивы. Цель работы – охарактеризовать морфологические изменения внутренних органов мышей при длительном потреблении разных доз микропластика. Материалы и методы. Мышам трех опытных групп (пять мышей в каждой группе) в течение 4 недель питьевую воду заменяли на суспензию частиц полистирола диаметром 5 мкм в дистиллированной воде с концентрацией 0,1, 1 и 10 мг/л. Средние дозы потребления составили 0,023, 0,23 и 2,3 мг микрочастиц на килограмм массы тела животного в сутки, соответственно. Животные контрольной группы на протяжении всего эксперимента получали дистиллированную воду. Проводили морфологическое исследование толстой кишки, селезенки, печени, почек, легких, тимуса, брыжеечных лимфатических узлов, головного мозга, сердца, семенников и мышцы бедра. В ободочной кишке морфометрическими методами были оценены воспалительная инфильтрация, число эндокринных и бокаловидных клеток и содержание в последних нейтральных и высокосульфатированных муцинов. Результаты. Патологических изменений в печени, почках, легких, тимусе, брыжеечных лимфатических узлах, головном мозге, сердце, семенниках и мышце бедра мышей при воздействии разных доз частиц полистирола диаметром 5 мкм не выявлено. При низкой дозе микропластика (0,023 мг/кг/сут) обнаружено снижение объемной доли бокаловидных клеток в слизистой оболочке ободочной кишки. При высокой концентрации микропластика (2,3 мг/кг/сут) наблюдались активация морфофункциональных зон селезенки, а также повышение содержания эндокринных клеток и снижение доли высокосульфатированных муцинов в бокаловидных клетках. Заключение. Микрочастицы полистирола диаметром 5 мкм в дозах 0,023–2,3 мг/кг/сут при воздействии в течение 4 недель вызывают адаптивные морфофункциональные изменения в толстой кишке и селезенке.

Introduction.Microplastics (MP) pollute the environment and can pose a danger to living organisms including humans. Experimental studies on mice and rats demonstrated that microplastics can enter the internal environment, causing structural damage to and dysfunction of various organs. However, data on this issue are scarce and contradictory. The aim of this paper was to characterize morphological changes in the internal organs in mice after prolonged MP consumption in different doses. Materials and methods. We formed four groups (n=5 each): three experimental and one control group. Mice of the experimental groups were given a 5-μm polystyrene particle suspension in distilled water at a concentration of 0.1, 1, and 10 mg/l for 4 weeks. The daily consumption doses averaged 0.023, 0.23, and 2.3 mg of microparticles per kg of animal body weight, respectively. The control group received distilled water throughout the experiment. We conducted a morphological examination of the colon, spleen, liver, kidneys, lungs, thymus, mesenteric lymph nodes, brain, heart, testicles, and thigh muscles. In the colon, morphometric methods were used to evaluate inflammatory infiltration, the number of endocrine and goblet cells, and the content of neutral and highly sulfated mucins in the latter. Results. On morphological examination under the influence of 5-μm polystyrene particle consumption in different doses, we revealed pathological changes only in the spleen and colon. However, a decrease in the goblet cell volume fraction in the colon mucosa was found in the group with low dose of microplastics (0.023 mg/kg/day). The group that consumed 2.3 mg/kg/day of microplastics showed the activation of both spleen compartments, an increased endocrine cells count, and a decreased proportion of highly sulfated mucins in goblet cells. Conclusion. Polystyrene microparticles with a 5-μm diameter consumed for 4 weeks at doses of 0.023–2.3 mg/kg/day cause adaptive morphological and functional changes in the colon and spleen. Keywords: microplastics, polystyrene, spleen, colon, internal organs

 Ключевые слова микропластик полистирол селезенка ободочная кишка внутренние органы Keywords microplastics polystyrene spleen colon internal organs Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ № 22-24-00232. The study was supported by the Russian Science Foundation, grant No. 22-24-00232. Alabi OA, Ologbonjaye KI, Awosolu O, Alalade OE. Public and environmental health effects of plastic wastes disposal: A review. J Toxicol Risk Assess. 2019;5:021. DOI: 10.23937/2572-4061.1510021. Zolotova N, Kosyreva A, Dzhalilova D, Fokichev N, Makarova O. Harmful effects of the microplastic pollution on animal health: A literature review. PeerJ. 2022;10:e13503. DOI: 10.7717/peerj.13503. Yong CQY, Valiyaveettil S, Tang BL. Toxicity of microplastics and nanoplastics in mammalian systems. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(5):1509. DOI: 10.3390/ijerph17051509. Елясин П.А., Залавина С.В., Машак А.Н., Овсянко Е.В., Айдагулова С.В. Иммуногистохимическое исследование эффектов тяжелых металлов на слизистую оболочку тонкой кишки крыс препубертатного возраста. Клиническая и экспериментальная морфология. 2021;10(4):45–52. DOI: 10.31088/CEM2021.10.4.45-52. Elyasin PA, Zalavina SV, Mashak AN, Ovsyanko EV, Aidagulova SV. Immunohistochemical study the effects of heavy metals on the intestinal mucosa in prepubertal rats. Clinical and experimen-tal morphology. 2021;10(4):45–52 (In Russ.). DOI: 10.31088/CEM2021.10.4.45-52. Чумасов Е.И., Петрова Е.С., Самедов В.Б., Колос Е.А., Коржевский Д.Э. Иммуногистохимические маркеры для исследования органов пищеварительной системы. Клиническая и экспериментальная морфология. 2022;11(4):70–84. DOI: 10.31088/CEM2022.11.4.70-84. Chumasov EI, Petrova ES, Samedov VB, Kolos EA, Korzhevskii DE. Immunohistochemical markers to study the digestive organs. Clinical and experimental morphology. 2022;11(4):70–84 (In Russ.). DOI: 10.31088/CEM2022.11.4.70-84. Золотова Н.А., Макарова О.В. Эпителиальный барьер толстой кишки в норме и при язвенном колите. Москва: Группа МДВ, 2020. 112 с. Доступно по адресу: https://istina.msu.ru/publications/book/521375693/ (получено 23.12.2022). Zolotova NA, Makarova OV. The epithelial barrier of the colon in normal individuals and in those with ulcerative colitis. Moscow: MDV Group, 2020. 112 p. (In Russ.). Available from: https://isti-na.msu.ru/publications/book/521375693/ (accessed 23.12.2022). Lu L, Wan Z, Luo T, Fu Z, Jin Y. Polystyrene microplastics induce gut microbiota dysbiosis and hepatic lipid metabolism disorder in mice. Sci Total Environ. 2018;631–632:449–58. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.03.051. Sun H, Chen N, Yang X, Xia Y, Wu D. Effects induced by polyethylene microplastics oral exposure on colon mucin release, inflammation, gut microflora composition and metabolism in mice. Ecotoxicol Environ Saf. 2021;220:112340. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.112340. Jin Y, Lu L, Tu W, Luo T, Fu Z. Impacts of polystyrene microplastic on the gut barrier, microbiota and metabolism of mice. Sci Total Environ. 2019;649:308–17. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.08.353. Billing LJ, Larraufie P, Lewis J, Leiter A, Li J, Lam B et al. Single cell transcriptomic profiling of large intestinal enteroendocrine cells in mice – Identification of selective stimuli for insulin-like peptide-5 and glucagon-like peptide-1 co-expressing cells. Mol Metab. 2019;29:158–69. DOI: 10.1016/j.molmet.2019.09.001. Rawle DJ, Dumenil T, Tang B, Bishop CR, Yan K, Le TT et al. Microplastic consumption induces inflammatory signatures in the colon and prolongs a viral arthritis. Sci Total Environ. 2022;809:152212. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152212. Choi YJ, Kim JE, Lee SJ, Gong JE, Jin YJ, Seo S et al. Inflammatory response in the mid colon of ICR mice treated with polystyrene microplastics for two weeks. Lab Anim Res. 2021;37(1):31. DOI: 10.1186/s42826-021-00109-w. Qiao J, Chen R, Wang M, Bai R, Cui X, Liu Y et al. Perturbation of gut microbiota plays an important role in micro/nanoplastics-induced gut barrier dysfunction. Nanoscale. 2021;13(19):8806–16. DOI: 10.1039/d1nr00038a. Park EJ, Han JS, Park EJ, Seong E, Lee GH, Kim DW et al. Repeated-oral dose toxicity of polyethylene microplastics and the possible implications on reproduction and development of the next generation. Toxicol Lett. 2020;324:75–85. DOI: 10.1016/j.toxlet.2020.01.008. Lee S, Kang KK, Sung SE, Choi JH, Sung M, Seong KY et al. Toxicity study and quantitative evaluation of polyethylene microplastics in ICR mice. Polymers (Basel). 2022;14(3):402. DOI: 10.3390/polym14030402. Zhao L, Shi W, Hu F, Song X, Cheng Z, Zhou J. Prolonged oral ingestion of microplastics induced inflammation in the liver tissues of C57BL/6J mice through polarization of macrophages and increased infiltration of natural killer cells. Ecotoxicol Environ Saf. 2021;227:112882. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.112882. Zheng H, Wang J, Wei X, Chang L, Liu S. Proinflammatory properties and lipid disturbance of polystyrene microplastics in the livers of mice with acute colitis. Sci Total Environ. 2021;750:143085. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143085. Meng X, Zhang J, Wang W, Gonzalez-Gil G, Vrouwenvelder JS, Li Z. Effects of nano- and microplastics on kidney: Physicochemical properties, bioaccumulation, oxidative stress and immunoreaction. Chemosphere. 2022;288(Pt 3):132631. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.132631. Lee CW, Hsu LF, Wu IL, Wang YL, Chen WC, Liu YJ et al. Exposure to polystyrene microplastics impairs hippocampus-dependent learning and memory in mice. J Hazard Mater. 2022;430:128431. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.128431. Li Z, Zhu S, Liu Q, Wei J, Jin Y, Wang X et al. Polystyrene microplastics cause cardiac fibrosis by activating Wnt/β-catenin signaling pathway and promoting cardiomyocyte apoptosis in rats. Environ Pollut. 2020;265(Pt A):115025. DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115025. Shengchen W, Jing L, Yujie Y, Yue W, Shiwen X. Polystyrene microplastics-induced ROS overproduction disrupts the skeletal muscle regeneration by converting myoblasts into adipocytes. J Hazard Mater. 2021;417:125962. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125962. Xie X, Deng T, Duan J, Xie J, Yuan J, Chen M. Exposure to polystyrene microplastics causes reproductive toxicity through oxidative stress and activation of the p38 MAPK signaling pathway. Ecotoxicol Environ Saf. 2020;190:110133. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.110133. Hou B, Wang F, Liu T, Wang Z. Reproductive toxicity of polystyrene microplastics: In vivo experimental study on testicular toxicity in mice. J Hazard Mater. 2021;405:124028. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.124028. Jin H, Ma T, Sha X, Liu Z, Zhou Y, Meng X et al. Polystyrene microplastics induced male reproductive toxicity in mice. J Hazard Mater. 2021;401:123430. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123430.