Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
Ciências e Biotecnologia (31003010079P0)
Avaliação do impacto biológico de nanopartículas magnéticas de óxido de ferro: estudos in vitro e in vivo
CAROLINA BARBARA NOGUEIRA DE OLIVEIRA
TESE
30/03/2016

As nanopartículas magnéticas de óxido de ferro são aprovadas clinicamente e vêm sendo utilizadas em uma vasta gama de aplicações biomédicas, tais como agentes de contraste para ressonância magnética, entrega de fármacos e genes, destruição de alvos tumorais através de hipertermia e biorremediação. No entanto, ainda não está claro quais os possíveis efeitos na saúde humana e no ambiente decorrentes da exposição a estas NPs uma vez que a avaliação dos efeitos tóxicos provenientes da exposição as NPs de óxido de ferro, não vêm sendo considerados na mesma intensidade da sua produção, sendo o potencial efeito tóxico destas NPs, em seres humanos e no ambiente, não explorado completamente. Visto isto, ensaios in vitro utlizando linhagens de células hepáticas, complementados por ensaios in vivo, com embriões de zebrafish formam um conjunto de modelos adequados para avaliação dos mecanismos toxicológicos desencadeados pela exposição às NPs. O presente estudo teve como objetivo avaliar o impacto biológico de NPs de óxido de ferro (Fe3O4) em modelos in vitro (células HepG2) e in vivo (zebrafish). Células e embriões de zebrafish foram expostos a diferentes concentrações de NPs Fe3O4, bem caracterizadas, com diâmetro hidrodinâmico de 70-100nm, durante 72 e 120 horas, respectivamente. No modelo in vitro, foram realizados ensaios de viabilidade celular, internalização das NPs, além de serem analisados o perfil de expressão gênica e miRNA, e detecção de espécies reativas de oxigénio (EROs) nas células expostas às NPs. Para o modelo in vivo, foram realizados ensaios de toxicidade, malformações e alterações na locomoção dos embriões e larvas expostas às NPs. Os resultados in vitro sugerem que as NPs testadas promovem uma redução na viabilidade das células, em todas as concentrações, após 48h de exposição. Além disso, após 72h de exposição, a menor concentração testada de NPs (10μg/mL) induziu alterações na expressão gênica, possivelmente, em resposta a um aumento nos níveis de estresse oxidativo, em uma tentativa de manter, em níveis normais, o estado redox das células desbalanceado pela presença de NPs Fe3O4. No entanto, não foram encontradas alterações na expressão de miRNAs destas células. Ademais, após 72h, a exposição das células HepG2 às NPs Fe3O4, promoveram um aumento na geração de espécies reativas de oxigênio intracelular, além de, também serem causadoras de alterações morfológicas indicativas de lesão celular em concentrações superiores a 21μg/mL. Os resultados em embrião zebrafish sugerem uma alta toxicidade das NPs Fe3O4 em concentrações ≥10μg/mL, tanto para embriões com ou sem o córion removido, destacando o aparecimento de malformações como edemas (vitelino e pericáridio) e alterações no desenvolvimento da cauda nestes embriões. Além de ter sido demonstrado que o intervalo de tempo entre 72-120h possa ser crítico para o efeito das NPs Fe3O4 no desenvolvimento das larvas. Não foi observada relação entre este tipo de NPs e possíveis alterações no sistema nervoso e atividade neural das larvas. Como conclusão, sugere-se que as NPs de óxido de ferro em concentrações ≥10μg/mL possam causar efeitos tóxicos tanto para células hepáticas humanas quanto para larvas de zebrafish, sendo estas últimas mais sensíveis à exposição a este tipo de NPs. O entendimento do impacto das NPs Fe3O4 sobre sistemas vivos, em níveis celulares e moleculares, é essencial para a sua aplicação segura no campo biomédico e ambiental.

nanopartículas, toxicidade, óxido de ferro, estresse oxidativo, HepG2, zebrafish
The magnetic iron oxide nanoparticles are clinically approved and have been used in a wide range of biomedical applications such as magnetic resonance imaging, drug and gene delivery, hyperthermia and bioremediation. Even though their possible adverse effects on human health and environment remains unclear. The assessment of toxic effects triggered by the iron oxide NPs exposure have not been considered with the same intensity as their production, and the toxicological potential of these NPs in humans and the environment has been little explored. In this way, assays using liver cell lines and zebrafish embryos represent a suitable model for the evaluation toxicological mechanisms and responses triggered by NP exposure. This study aimed to evaluate the biological impact of iron oxide NPs (Fe3O4 NPs) in two models, in vitro (HepG2 cells) and in vivo (zebrafish). Cells and zebrafish embryos were exposed to different concentrations of Fe3O4 NPs (diameter 70-100nm) during 72 and 120h, respectively. Cell viability assays, cellular uptake, gene expression profile, and miRNA analysis were carried out. Additionally, reactive oxygen species (ROS) were evaluated in the cells exposed to NPs. For the in vivo model toxicity tests, malformations and locomotion behavior were carried out in embryos and larvae exposed to NPs. The in vitro results suggest that Fe3O4 NPs led to cell viability reduction in all concentrations tested after 48h exposure. Furthermore, even at the lowest dose (10μg/mL) after 72h exposure, these NPs promoted transcriptional changes in genes related to the antioxidant pathways, in response to the increase on levels of oxidative stress in an attempt to maintain the normal redox state of cells, deregulated by Fe3O4 NPs exposure. Changes in the miRNAs expression levels were not noticed. The significant increase in ROS production observed in doses equal to or higher than 21μg/mL of SPION can be correlated with morphologic changes indicative of cell injury. The in vivo results suggest high toxicity of iron oxide NPs (≥10μg/mL) in embryos, with or without the chorion removed, highlighted by the occurrence of malformations such as edema (pericardial and yolk) and changes in the development of embryos and larvae tail. In addition, it has been shown that the exposure from 72 to 120h was the most critical time for the effects of Fe3O4 NPs during the embryo development. No relationship was observed between this type of NPs and possible changes in the nervous system or neural activity of the zebrafish larvae. In conclusion, this study suggests that the magnetic iron oxide nanoparticles in concentrations higher that 10μg/mL can cause toxic effects in both cells and zebrafish larvae, which were more sensitive to the exposure to this type of NPs. The understanding of Fe3O4 NPs impact on living systems at cellular and molecular levels is essential for its safe application in the biomedical field.
nanoparticles, toxicity, iron oxide, oxidative stress, HepG2, zebrafish
01
2012
PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

Contexto

CIÊNCIAS E BIOTECNOLOGIA - INTERAÇÕES MOLECULARES, CELULARES E SISTÊMICAS
A IDENTIFICAÇÃO DE PROTÓTIPOS BIOATIVOS E MOLÉCULAS DE IMPORTÂNCIA EM SISTEMAS BIOLÓGICOS E BIOTECNOLÓGICOS
A ANÁLISE E O DESENVOLVIMENTO DE BIOMATERIAIS PARA BIOENGENHARIA E TERAPIA CELULAR

Banca Examinadora

LIDIA MARIA DA FONTE DE AMORIM
Sim
Nome Categoria
RODRIGO SOARES DE MOURA NETO Participante Externo
HELENA CARLA CASTRO CARDOSO DE ALMEIDA Docente
GUTEMBERG GOMES ALVES Docente
FABIO AGUIAR ALVES Participante Externo
LUCIENE BOTTENTUIT LOPEZ BALOTTIN Participante Externo
VAGNER GONCALVES BERNARDO Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - NanoBiotecnologia 24

Vínculo

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