Para ilmuwan menciptakan kembali epitel alveolar di laboratorium untuk memahami bagaimana polusi udara dapat mempengaruhi kesehatan Anda

Bahkan saat ini, di dunia yang semakin didukung oleh energi terbarukan dan teknologi ramah lingkungan, polusi udara masih menimbulkan risiko nyata bagi kesehatan manusia. Di Inggris saja, hal ini diperkirakan bertanggung jawab 28.000 hingga 36.000 kematian setiap tahunnyadan dapat sangat meningkatkan risiko berkembangnya banyak penyakit yang berhubungan dengan paru-paru dan jantung, seperti asma atau kanker paru-paru.

Udara yang tercemar membentuk campuran kompleks yang berubah tergantung dari mana polusi itu berasal, dan kondisi cuaca setempat pada saat itu. Masyarakat di perkotaan lebih berisiko karena mereka tinggal dekat dengan sebagian besar mobil, pabrik, dan sumber emisi lainnya.

Meskipun ada berbagai jenis polutan di udara yang kita hirup, ada dua jenis polutan yang berbahaya bagi kesehatan kita: gas nitrogen dioksida (NO₂) dan materi partikulat (khususnya, PM_2.5), terbentuk dari partikel padat atau cair mikroskopis yang mengambang dengan diameter lebih kecil dari 2,5 mikrometer (sebagai referensi, rambut manusia berdiameter sekitar 70 mikrometer).

Pada tahun 2017, a laporan menemukan bahwa semua wilayah di London melebihi tingkat PM₂.₅ yang direkomendasikan Organisasi Kesehatan Dunia, dengan banyak wilayah yang melebihi dua kali lipat tingkat yang direkomendasikan. Skenario seperti ini memungkinkan para peneliti menyelidiki bahaya menghirup udara yang sangat tercemar.

Satu studi menemukan bahwa, di seluruh dunia, 86% orang yang tinggal di daerah perkotaan terpapar PM₂.₅ pada tingkat yang lebih tinggi daripada pedoman Organisasi Kesehatan Dunia yang lebih longgar pada tahun 2005, yang mengakibatkan 1,8 juta kematian berlebih pada tahun 2019. Lain menemukan NO₂ bertanggung jawab atas 1,85 juta kasus asma anak di seluruh dunia pada tahun 2019.

Angka-angka ini berasal dari penelitian terhadap populasi besar, yang mengambil data kesehatan masyarakat dan membandingkannya dengan data polusi untuk mencari korelasi antara polusi dan penyakit. Ini dikenal sebagai studi epidemiologi. Meskipun penelitian-penelitian ini dapat memberikan wawasan yang luas mengenai risiko yang terkait dengan paparan polusi udara, penelitian-penelitian tersebut mempunyai keterbatasan.

Misalnya, TIDAK₂ dan PM_2.5 dihasilkan dari sumber yang sama, sehingga kita dapat memperkirakan bahwa jika kadar salah satu polutan tinggi, maka polutan lainnya juga akan tinggi. Oleh karena itu, tanpa perhitungan yang rumit, terkadang sulit menggunakan data epidemiologi untuk sepenuhnya mengetahui dampak kesehatan dari satu polutan dibandingkan dengan polutan lainnya.

Oleh karena itu, penelitian perlu dilakukan dalam lingkungan yang lebih terkendali. Hal ini dapat dicapai di laboratorium baik dengan menggunakan strategi pengujian hewan invasif, atau dengan menerapkan sistem sel manusia berbasis sel yang mewakili organ dalam suatu sistem. piring.

Paru-paru di laboratorium

Di laboratorium kami di Swansea University Medical School, kami mencoba mereplikasi lapisan sel yang dikenal sebagai epitel alveolar, yang melapisi bagian terdalam paru-paru Anda tempat oksigen memasuki aliran darah dan karbon dioksida keluar saat Anda menarik dan membuang napas. Artinya, wilayah ini juga merupakan wilayah utama yang menjadi sasaran dan kerusakan polusi udara. Oleh karena itu kami ingin memahami bagaimana polusi mempengaruhi bagian tubuh yang spesifik dan sangat sensitif ini.

Epitel alveolar terdiri dari beberapa jenis sel berbeda, masing-masing dengan tugas tertentu. Beberapa diantaranya memungkinkan pergerakan gas masuk dan keluar dari darah, beberapa menghasilkan surfaktan (cairan biologis yang menjaga struktur paru-paru bagian bawah saat seseorang bernapas masuk dan keluar) dan beberapa membantu menghilangkan mikroba dan partikel yang terhirup.

Dengan mencampurkan semua sel-sel ini bersama-sama pada rasio tertentu, kita dapat menghasilkan satu lapisan sel yang sangat mirip dengan epitel alveolar manusia sehat. Kemudian, setelah kami mengembangkan model alveolar yang relevan secara anatomis, kami dapat memaparkannya pada berbagai polutan untuk menyelidiki dampak apa yang mungkin ditimbulkannya.

Kami menggunakan partikel debu perkotaan atau dalam ruangan yang “terstandarisasi”, yang memungkinkan kami membandingkan hasil dengan hasil dari laboratorium lain yang mungkin juga menggunakan partikel ini (walaupun partikel realistis yang diambil langsung dari udara di sekitar kami juga terkadang digunakan). Kami kemudian menempatkannya dalam awan aerosol yang memasukkan partikel ke dalam sel dengan cara yang meniru penghirupan partikel di kehidupan nyata.

Kami juga telah merancang NO yang canggih₂ ruangan tempat kita bisa meletakkan sel-selnya. Hal ini memungkinkan kita untuk melihat apa yang terjadi pada sel ketika ditumbuhkan dalam NO yang berbeda₂ konsentrasi.

Dengan menyelidiki efek NO₂ dan PM_2.5 secara terpisah, kita dapat mengisi kesenjangan yang ditinggalkan oleh studi epidemiologi untuk mengetahui seberapa berbahayanya setiap partikel—dan apakah terkena keduanya secara bersamaan lebih buruk daripada terkena secara terpisah.

Awalnya, kami menemukan bahwa TIDAK₂ dan PM mungkin bekerja sama secara erat untuk merusak sel-sel penting di paru-paru bagian bawah.

Hasil penelitian kami diharapkan dapat meningkatkan pengetahuan kita tentang bagaimana polusi udara dapat merusak jenis sel penting di paru-paru (bagian bawah) manusia, sehingga berkontribusi terhadap timbulnya atau memperburuk penyakit. Temuan-temuan tersebut akan berkontribusi pada penilaian kesehatan manusia mengenai paparan polusi udara, membantu mengembangkan pedoman yang relevan di masa depan.

Artikel ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca artikel asli.