Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/58014
Type: Tese
Title: Desenvolvimento de método de cromatografia a gás bidimensional para abordagem metabolômica em células derivadas da pele humana expostas ao material particulado atmosférico e avaliação de citotoxicidade
Other Titles: Development of two-dimensional gas chromatography method for metabolomics approach in cells derived from human skin exposed to atmospheric particulate matter and evaluation of cytotoxicity
Authors: Samantha Christina Hermano Rodrigues
First Advisor: Zenilda de Lourdes Cardeal
First Co-advisor: Helvécio Costa Menezes
First Referee: Isarita Martins Sakakibara
Second Referee: Fábio Augusto
Third Referee: Leiliane Coelho André
metadata.dc.contributor.referee4: Evandro Piccin
Abstract: O material particulado (MP) é uma mistura complexa de poluentes composta por partículas de vários tamanhos e diferentes composições presentes no ar que estão associadas a vários tipos de distúrbios ambientais e de saúde pública. No entanto, pesquisas relacionando os efeitos desses materiais na pele ainda estão em seus estágios iniciais. Neste estudo, investigou-se o perfil de aminoácidos, uma classe de metabólitos derivados das células de fibroblastos, após a exposição ao material particulado coletado em um ponto com tráfego intenso de carros e outro próximo a uma estação ecológica, ambos pontos dentro da Universidade Federal de Minas Gerais -UFMG, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil. Um método de preparo de amostra que englobava quenching, extração e derivatização dos analitos foi desenvolvido e avaliado utilizando um cromatógrafo a gás unidimensional. Os resultados apresentaram uma repetibilidade com valores de RSDs variando de 4,83 a 8,88 %, valores próximos aos encontrados na literatura, demostrando que o método proposto para análise dos aminoácidos derivados das células de fibroblastos foi alcançado com sucesso. Após essa etapa, foi otimizado o processo de exposição do material particulado, para isso, foram utilizados ensaios de citotoxicidade. Posteriormente, um método de alta seletividade e resolução para análise de aminoácidos foi desenvolvido e validado baseado em cromatografia gasosa bidimensional abrangente acoplada à espectrometria de massas (GC×GC-Q-TOFMS/MS). Foram obtidos valores de R2 acima de 0,9011 para todos os aminoácidos, RSDs entre 5,01-24,56%, limite de detecção entre 0,08-4,09 mgL-1, limite de quantificação entre 0,24 – 12,42 mgL-1 e recuperações na faixa de 46,29-95,46%, resultados satisfatórios tendo em vista a complexidade das etapas. Os passos de derivatização, temperatura do forno, os tipos de coluna de primeira e segunda dimensão, temperatura do injetor, temperatura da linha de transferência e do jato quente e, por fim, o período de modulação foram otimizados nessa etapa. Com todos os parâmetros ajustados, foram feitas as análises dos aminoácidos derivados das células de fibroblastos expostos ao MP2,5 por GCxGC-Q-TOFMS/MS. Os impactos da exposição ao MP2,5 nas células demonstraram estar relacionados à concentração das partículas. Um total de quatro aminoácidos foram regulados negativamente nas células expostas, dentre eles a alanina, glicina, prolina e fenilalanina. Pela análise da via, a biossíntese de aminoacil-tRNA e a biossíntese de fenilalanina, tirosina e triptofano foram destacadas como as principais vias metabólicas perturbadas pela exposição ao MP. No geral, os resultados obtidos ajudam a melhorar a compreensão da toxicidade do material particulado em contato com a pele e demonstram que o método desenvolvido de preparo de amostras junto à análise por GC×GC-Q-TOFMS/MS é adequado para pesquisa metabolômica em células de fibroblastos. Além disso, os resultados deste trabalho abrem novos caminhos para a realização de estudos subsequentes para elucidar a associação de mais classes de metabólitos da pele associados à exposição atmosférica.
Abstract: Particulate matter (PM) is a complex mixture of pollutants composed of particles of various sizes and different compositions present in the air that are associated with various types of environmental and public health disturbances. However, research relating the effects of these materials on the skin is still in its early stages. In this study, were investigated the profile of amino acids, a class of metabolites derived from fibroblast cells, after exposure to particulate matter collected at a point with intense car traffic and another close to an ecological station, both points within the Federal University of Minas Gerais-UFMG, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil. A sample preparation method that encompassed quenching, extraction and derivatization of analytes was developed and evaluated using a one-dimensional gas chromatograph. The results showed a repeatability ranging from 4.83 to 8.88, values close to those found in the literature, demonstrating that the proposed method for analysis of amino acids derived from fibroblast cells was successfully achieved. After this step, the particulate material exposure process was optimized, for which cytotoxicity assays were used. Subsequently, a high selectivity and resolution method for amino acid analysis was developed and validated based on comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC×GC-Q-TOFMS/MS). R2 values above 0.9011 were obtained for all amino acids, RSDs between 5.01 -24.56%, limit of detection between 0.08-4.09 mg L-1, limit of quantification between 0.24 – 12 ,42 mg L-1 and recoveries in the range of 46.29 – 95.46% satisfactory results in view of the complexity of the steps. The derivatization steps, oven temperature, first and second dimension column types, injector temperature, transfer line and hot jet temperature, and finally the modulation period were optimized in this step. With all parameters adjusted, analyses of amino acids derived from fibroblast cells exposed to MP2.5 were carried out by GCxGC-Q-TOFMS/MS. The impacts of PM2.5 exposure on cells have been shown to be related to particle concentration. A total of four amino acids were down-regulated in exposed cells, including alanine, glycine, proline, and phenylalanine. By pathway analysis, aminoacyl-tRNA biosynthesis and phenylalanine, tyrosine, and tryptophan biosynthesis were highlighted as the main metabolic pathways disturbed by PM exposure. Overall, the results obtained help to improve the understanding of particulate matter toxicity in contact with the skin and demonstrate that the developed method of sample preparation together with GC×GC-Q-TOFMS/MS analysis is suitable for metabolomics research in fibroblast cells. Furthermore, the results of this work open new avenues for further studies to elucidate the association of more classes of skin metabolites associated with atmospheric exposure.
Subject: Química analítica
Bioquímica
Ar – Poluição
Aminoácidos – Metabolismo
Preparação de amostra (Química)
Pele
Fibroblasto
Cromatografia de gás
Espectrometria de massa
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICEX - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/58014
Issue Date: 27-Jun-2023
metadata.dc.description.embargo: 27-Jun-2025
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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