Avaliação toxicológica in vitro de nanopartículas de ferrita de níquel em células sistêmicas e reprodutivas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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In vitro toxicological evaluation of nickel ferrite nanoparticles in systemic and reproductive cells
Primeiro orientador
Membros da banca
Tatiane Cristine Silva de Almeida
Letícia Zoccolaro Oliveira
Letícia Zoccolaro Oliveira
Resumo
Atualmente, os materiais compreendidos na escala nanométrica, como as nanopartículas (1 a 100 nm), vêm sendo amplamente estudados e aplicados em diferentes áreas do conhecimento, como na química, na física e na biomedicina. Entre os avanços mais relevantes, destaca-se a investigação da exposição de nanopartículas metálicas em sistemas biológicos. Dentre elas, as nanopartículas de ferrita de níquel (NPs FeNi) têm recebido destaque por suas propriedades físico-químicas, como o comportamento superparamagnético, que amplifica seu potencial em aplicações biomédicas. Neste estudo, sintetizamos, caracterizamos e avaliamos os efeitos das NPs FeNi em células do rim (VERO), fígado (AML12), células de Leydig (TM3), células germinativas (GC-1) e espermatozoides in vitro. Inicialmente, as NPs FeNi demonstraram ser seguras em concentrações de até 100 µg/mL para células sistêmicas. Contudo, nas células reprodutivas masculinas, observamos a internalização das NPs a partir de 5 minutos, levando à morte celular por apoptose e necrose. Em células de Leydig e germinativas, houve comprometimento do crescimento celular, alterações no ciclo celular e aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e superóxidos mitocondriais, além de queda na produção de testosterona. Nos espermatozoides, as NPs se acumularam nas regiões da cabeça, peça intermediária e cauda, acarretando em alterações dos parâmetros espermáticos, danos ao DNA, perda da integridade da membrana plasmática e alterações morfológicas, acompanhadas por aumento de ROS e superóxidos mitocondriais. De forma geral, nossos resultados indicam que, embora seguras em doses controladas para células sistêmicas, as NPs FeNi causam impactos significativos na integridade e função das células reprodutivas masculinas. Esses achados reforçam a necessidade de avaliações rigorosas sobre os riscos associados a sua aplicação e abrem perspectivas para estudos futuros em nanotecnologia reprodutiva.
Abstract
Currently, materials at the nanoscale, such as nanoparticles (1 to 100 nm), have been extensively studied and applied in different fields of knowledge, including chemistry, physics, and biomedicine. Among the most relevant advances is the investigation of the exposure of metallic nanoparticles to biological systems. Among them, nickel ferrite nanoparticles (FeNi NPs) have gained prominence due to their physicochemical properties, such as superparamagnetic behavior, which enhances their potential for biomedical applications. In this study, we synthesized, characterized, and evaluated the effects of FeNi NPs on kidney cells (VERO), liver cells (AML12), Leydig cells (TM3), germ cells (GC-1), and spermatozoa in vitro. Initially, FeNi NPs proved to be safe at concentrations of up to 100 µg/mL for systemic cells. However, in male reproductive cells, we observed their internalization starting at 5 minutes, which led to cell death through both apoptosis and necrosis. In Leydig and germ cells, impaired cell growth, cell cycle alterations, and increased production of reactive oxygen species (ROS) and mitochondrial superoxides were observed, in addition to a reduction in testosterone production. In spermatozoa, NPs accumulated in the head, midpiece, and tail regions, resulting in altered sperm parameters, DNA damage, loss of plasma membrane integrity, and morphological changes, accompanied by increased ROS and mitochondrial superoxide production. Overall, our findings indicate that although FeNi NPs are safe at controlled doses for systemic cells, they have a significant impact on the integrity and function of male reproductive cells. These findings underscore the need for rigorous evaluations of the risks associated with their application and pave the way for future studies in reproductive nanotechnology.
Assunto
Biologia Celular, Nanotecnologia, Nanopartículas, Toxicidade
Palavras-chave
Nanopartículas de ferrita de níquel, Nanotoxicologia, Biologia reprodutiva, Biologia celular, Células de Leydig, Células germinativas, Espermatozoides
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