Efeitos da administração pulmonar de nanotubos de carbono em camundongos
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Rodrigo Ribeiro Resende
Ary Corrêa Júnior
Ary Corrêa Júnior
Resumo
Nanotubos de carbono (NTC) são alótropos do 288 carbono que pertencem à
família dos fulerenos. Desde sua descoberta nos anos 70, muitas aplicações para o
seu uso surgiram em vários campos da ciência, incluindo a biologia/medicina foram
propostas fazendo com que sua produção aumentasse notavelmente. Devido à sua
semelhança à fibra do asbesto, muitas questões sobre sua segurança foram
levantadas, porém, pouca informação sobre sua toxicidade está disponível. Por isto,
o objetivo deste trabalho é estudar o possível efeito tóxico que os NTCs podem ter no
pulmão e investigar se experimentos in vitro podem prever a toxicidade in vivo. Para
os experimentos in vitro, linhagens de células que estão presentes nos pulmões foram
estimuladas com NTCs de parede única (SWNT) com pureza 70%C e NTCs com
paredes múltiplas (MWNT) com pureza 95%C em três concentrações diferentes (1,
10 e 100 μg/mL) ou com controles (negativo, LPS ou MSU) durante 24 h. Nossos
resultados mostraram que os NTCs induziram a produção de ROS e RNS em células
RAW 264.7 medidos pela reação de Griess e redução DCFDA e DAF. O método do
ELISA mostrou também que estes nanomateriais foram capazes de induzir a produção
de IL-1β, mas não TNFα, por células THP-1, bem como IL-8 por células A549. Para
os experimentos in vivo, camundongos C57BL/6 foram instilados por via intranasal
com 50 μg/animal de cada composto para avaliar a lesão pulmonar. Estes
experimentos indicaram que após apenas uma única instilação, os NTCs podem
persistir no pulmão por até 30 dias. Contagens do BAL mostraram que eles foram
capazes de induzir inflamação das vias aéreas no primeiro dia após a instilação, que
foi composta por uma mistura de neutrófilos e células mononucleares, e que este
influxo celular pára no quinto dia pós instilação. Ao mesmo tempo, o SWNT foi capaz
induzir a acumulação de neutrófilos no parênquima pulmonar ao longo do tempo
enquanto que o MWNT não o faz. Ensaios de ELISA também revelaram que o SWNT
pôde induzir, de forma aguda, a produção de citocinas no parênquima pulmonar
incluindo TNFa, IL-1β, IL-6 e TGF-β1 e CCL2 e também a deposição de colágeno,
medido pelo ensaio de OH-prolina. A solubilização dos NTCs com SFB melhorou a
aparência macroscópica e a estabilidade das soluções e também induziu inflamação
seguida por fibrose com uma quantidade elevada de produção de citocinas para
ambos os compostos. Estes resultados indicam que os NTCs são capazes de interagir
com as células nos pulmões de murinos, causar inflamação e, em seguida, fibrose.
Nossos resultados mostraram também que utilizar apenas experimentos in vitro para
predizer a toxicidade dos nanotubos de carbono não é uma maneira eficaz. Ao todo,
os resultados indicam que os NTCs são um risco biológico em potencial,
especialmente para aqueles que estão diretamente expostos a eles.
Abstract
Carbon nanotubes (CNT) are carbon allotropes that belong to the fullerene
family. Since their discovery in the 90s, applications for their usage in various fields
including biology/medicine were proposed and their production notably increased. Due
to their asbestos-like aspect, many questions about their safety have been raised but
little information about their toxicity is available. So, the aim of this work is to study the
possible toxic effects of carbon nanotubes in the lungs and to assess whether in vitro
experiments can predict in vivo toxicity. For in vitro experiments, cell lineages that are
present in the lungs were stimulated with single walled CNT (SWNT) 70% purity and
multi walled CNT (MWNT) 95% purity in three different concentrations (1, 10 and 100
μg/mL) or with controls (negative, LPS or MSU) for 24hs. Our results showed that CNs
induced production of ROS and RNS in RAW 264.7 cells measured by Griess reaction
and DCFDA and DAF reduction. ELISA assay also showed that these nanomaterials
could induce IL-1β but not TNFα release by THP-1 cells as well as IL-8 by A549 cells.
For in vivo experiments, C57BL/6 mice were instilled intranasally with 50 μg of each
compound to assess lung injury. These experiments also indicated that after only one
instillation CNTs could persist in the lung for long periods, up to 30 days. BAL counts
revealed that they could induce airway inflammation by the first day after instillation
that was composed by a mixture of neutrophils and mononuclear cells and that this
cell influx is stopped by the fifth day post instillation. At the same time, the SWNT
induce neutrophil accumulation in the parenchyma meanwhile MWNT does not. ELISA
assay revealed that SWNT could induce acute cytokine production in the lung
parenchyma including TNFα, IL-1β, IL-6 and TGF- β1 and CCL2 and also collagen
deposition, as measured by OH-proline assay. Solubilization of the CNTs with FBS
improved macroscopic appearance and stability of the solutions and induced
inflammation followed by fibrosis with high amount of cytokine production for both
compounds. However, data is not reliable because FBS itself is able to induce
persistent inflammation and cytokine production in the lungs. These results indicate
that CNTs are able to interact with cells in the lungs of mice and cause inflammation
and then fibrosis. Moreover, in vitro experiments do not seem to be reliable to predict
lung toxicity and current effort is to standardize these in vitro experiments. Altogether,
theses results indicate that CNTs are a potential inhaled biohazard for those who are
directly exposed to them.
Assunto
Fibrose pulmonar, Pneumonia, Nanotubos de Carbono
Palavras-chave
Nanotubos de carbono, Inflamação pulmonar
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