How hydrogen peroxide and CXCL8 modulate neutrophil recruitment "in vivo"

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Characterization of the toxic potential of nanomaterials using in vitro cell models

Os nanomateriais são estruturas com uma ou mais dimensões inferiores a 100 nanómetros. Devido à sua pequena dimensão, as nanopartículas apresentam atributos únicos, tais como a sua elevada área superficial relativamente à sua massa, reactividade ou força tênsil. Estas características influenciam grandemente algumas das propriedades dos nanomateriais, como a sua hidrofobicidade, carga ou toxicidade. As propriedades das nanopartículas tornam-nas também muito úteis para o Homem, sendo aplicadas em medicina, farmácia, electrónica, cosmética, vestuário e biotecnologia, entre outras. O aumento de produção e utilização de nanomateriais tem vindo a aumentar também a possibilidade de exposição humana a este tipo de partículas, levando a preocupações relativas ao risco de toxicidade aguda ou crónica. A exposição humana pode ocorrer por diversas vias, sendo as mais relevantes a via inalatória, ingestão ou contacto com a pele. Dependendo do material e do órgão-alvo, a exposição a nanomateriais pode conduzir a diferentes consequências biológicas: a nível dos órgãos, os nanomateriais podem levar a inflamação ou a supressão do sistema imunitário e, a nível celular e molecular, a perturbações na estrutura e integridade do genoma, assim como a interacções com moléculas biológicas e inibição da actividade proteica, entre outras consequências. Um dos nanomateriais mais utilizados são os nanotubos de carbono. Estes são constituídos por grafite cilíndrica disposta numa única camada (designados nanotubos de carbono de parede simples) ou em várias (nanotubos de carbono de parede múltipla). Os nanotubos de carbono apresentam propriedades como resistência e condutividade que os tornam muito úteis em aplicações como aparelhos electrónicos, vestuário ou biomedicina; cada vez mais, portanto, se torna provável a exposição ocupacional ou ambiental a este material. A semelhança estrutural destas partículas com fibras de amianto conduziu a questões relativas à sua segurança, pelo que já foram elaborados diversos estudos relativos aos seus efeitos biológicos. Alguns trabalhos sugerem que os nanotubos de carbono têm a capacidade de produzir toxicidade associada a lesões físicas, à produção de danos oxidativos por interacção com mecanismos celulares, ou a morte celular. Outros trabalhos defendem que estas partículas não causam toxicidade relevante. O projecto de dimensão europeia “NANoREG” surgiu da necessidade de ser desenvolvida legislação e regulamentação apoiadas em conhecimento científico e adequadas à produção e ao uso actual de nanomateriais. Este trabalho teve como objectivos principais a determinação do potencial cito- e genotóxico de um conjunto de nanotubos de carbono de parede múltipla (designados NM-400 a NM-403), e a consequente tentativa de associar este potencial às características físico-químicas dos nanomateriais. Com este objectivo, a exposição por via inalatória foi analisada, pelo uso de duas linhas celulares in vitro provenientes de tecidos do tracto respiratório: epitélio pulmonar (células A549) e epitélio brônquico (células BEAS-2B). A citotoxicidade dos nanotubos de carbono foi analisada com base em três parâmetros. Em primeiro lugar, as células foram contadas após a exposição aos nanomateriais utilizando o corante azul de tripanao para excluir as células inviáveis; a contagem foi realizada 3 e 24 horas após a exposição das células aos nanotubos. Os resultados deste ensaio apontam para a ausência de citotoxicidade após a exposição mais curta, e dados inconsistentes após a mais longa. Em segundo lugar, foi realizado o ensaio clonogénico, que se baseia na capacidade das células de se dividirem após a exposição ao agente em estudo. Este ensaio só foi realizado nas células A549 pois as BEAS-2B não permitem a formação de colónias. Os resultados apontam para uma citotoxicidade após a exposição a todos os nanomateriais, cuja intensidade se relaciona directamente com o tamanho das partículas, assim como ao seu diâmetro e área de superfície. Em terceiro lugar, foram calculados dois índices de viabilidade no ensaio dos Micronúcleos, cujo objectivo é avaliar se as células se dividiram durante a exposição aos nanomateriais em comparação com o controlo, e cujos resultados apresentam incoerências em relação aos outros já referidos. Estes dados podem ser justificados pelas diferenças existentes entre os ensaios, como o tempo de exposição ou a densidade celular. Os efeitos genotóxicos dos nanomateriais foram avaliados com recurso aos ensaios do cometa e dos micronúcleos. O primeiro detecta lesões pequenas e reversíveis nas cadeias de DNA, ao passo que o segundo detecta efeitos irreversíveis ao nível cromossómico, tais como quebras ou perdas de cromossomas. Os resultados do ensaio do cometa sugerem que nenhum dos nanomateriais testados é genotóxico, uma vez que em ambas as linhas celulares e em ambos os tempos de exposição, os resultados são negativos. O ensaio dos micronúcleos, por outro lado, aponta para existência de genotoxicidade de dois dos nanomateriais (NM-401 e NM-402) nas células A549, mas não em células BEAS-2B. Uma possível explicação para estes dados aparentemente contraditórios pode residir na hipótese de estes nanotubos de carbono serem compostos com efeitos aneugénicos, mas não clastogénicos: o ensaio dos micronúcleos permite a detecção de ambos os mecanismos de acção, ao passo que o ensaio do cometa só revela a quebra de cadeias de DNA. Outra justificação para os resultados é a possível influência da perda de viabilidade das células analisadas. Com base nos dados do ensaio clonogénico, estas partículas apresentam elevada citotoxicidade, pelo que os resultados dos ensaios de genotoxicidade, em particular do Ensaio do Cometa, poderão ser afectados por estes efeitos. O meio de cultura usado para expor as células aos nanomateriais também é um parâmetro muito relevante na sua toxicidade. Neste trabalho, foram usados meios de cultura com proteínas, que podem ser adsorvidas pelas partículas e formar uma “corona” em seu redor; este processo pode alterar propriedades importantes dos nanomateriais, entre os quais o seu potencial efeito biológico. Também o método usado para conseguir uma dispersão homogénea de nanomateriais pode conduzir a diferenças nos resultados dos ensaios de toxicidade. Neste estudo, foram observados alguns problemas relativos à perda de homogeneidade das dispersões de nanotubos de carbono, o que pode ter conduzido a que as células fossem expostas a massas de partículas de grandes dimensões conjuntamente com partículas individualizadas. O período durante o qual as células são expostas ao nanomaterial é também um aspecto essencial na produção de efeitos tóxicos. Resumindo, este projecto forneceu informações relativas à toxicidade dos nanotubos de carbono que, complementadas pelas conclusões dos restantes parceiros do projecto europeu, poderão contribuir significativamente para a avaliação de risco e criação de legislação relativamente à utilização de nanomateriais. Na linha celular BEAS-2B, nenhum destes nanomateriais parece produzir efeitos tóxicos, quer a nível de célula, quer a nível de genoma, nas condições experimentais utilizadas. Nas células A549, por outro lado, os três nanomateriais testados parecem ser acentuadamente citotóxicos, e dois deles (NM-401 e NM-402) são também genotóxicos. Em relação a perspectivas futuras, pode-se concluir que nem todos os ensaios de toxicidade existentes actualmente são adequados à análise de nanopartículas, pelo que novas metodologias devem ser desenvolvidas e complementadas por ensaios in vivo. Todos os estudos envolvendo nanomateriais deverão também descrever as características físico-químicas dos materiais usados, de forma a se poderem comparar os resultados com os de outros trabalhos.

New synthetic methodologies for the transformation of biomass derived intermediates to valuable molecules

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Activities of an aqueous plant extract against Herpes simplex virus type 2 (HSV 2): role in virus replication and progeny yield

Tese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Efeitos da ingestão de simbiótico e indol-3-carbinol sobre o processo de carcinogênese química de cólon em ratos Wistar alimentados com dieta contendo heme

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Biocompatibilidade de resinas acrílicas para base e reembasamento de próteses após períodos de imersão em soluções desinfetantes: análise do metabolismo celular

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

Efeitos citotóxicos do teniposide, um derivado semi-sintético das epipodofilotoxinas, sobre linhagens celulares de carcinoma renal humano

O câncer renal corresponde a aproximadamente 3% dos tumores malignos do adulto, sendo a terceira malignidade urológica mais comum. Os tratamentos sistêmicos disponíveis para pacientes portadores de carcinoma renal avançado são, via de regra, pouco eficazes e sem um impacto definido na sobrevida. Portanto, torna-se imperioso que novos agentes e/ou estratégias terapêuticas para esta enfermidade sejam desenvolvidas. O derivado das epipodolofilotoxinas, etoposide, tem sido utilizado com sucesso no tratamento de vários tipos de tumores sólidos e hematológicos. Este agente exerce a sua ação antitumoral através da inibição da enzima nuclear topoisomerase II. Estudos recentes demonstraram que o efeito citotóxico in vitro deste agente é bem mais pronunciado quando as linhagens tumorais são expostas à droga por um tempo mais prolongado. Isto vem sendo confirmado em estudos clínicos, nos quais foi documentado um aumento significativo no percentual de respostas tumorais objetivas em pacientes com câncer avançado tratados com etoposide em doses repetidas diárias de forma continuada, comparativamente a pacientes que receberam pulsos de doses altas da droga a intervalos mais longos. Infelizmente, estudos iniciais com etoposide não revelaram uma atividade antitumoral significativa em pacientes com câncer renal avançado. Por esta razão, os estudos preliminares explorando o potencial terapêutico de seu análogo teniposide nesta doença também não receberam a devida atenção na literatura. Entretanto, este análogo possui potenciais vantagens terapêuticas em relação ao etoposide, uma vez que apresenta um tempo de retenção intracelular mais prolongado em linhagens de tumores sólidos in vitro. Estas observações nos estimularam a reconsiderar o estudo do potencial citotóxico do teniposide em modelos experimentais de câncer renal avançado. Nesta dissertação, foram estudados vários protocolos de administração de teniposide em linhagens de câncer renal humano, uma vez que esta neoplasia carece de drogas ativas disponíveis no armamentário terapêutico. Foram utilizadas as linhagens celulares RXF-393, A-498 e TK-10, as quais foram incubadas com teniposide em concentrações pré-determinadas e tempos de incubação variáveis. Além disto, foram feitos experimentos em que protocolos de administração de teniposide como agente único foram comparados a protocolos em que o mesmo foi combinado com agentes que bloqueiam a ação da glicoproteína P, responsável pelo efluxo ativo da droga do interior da célula tumoral. Além disso, foram também estudados protocolos incluindo a associação de teniposide com agentes que interferem com a síntese do DNA. Para os estudos de avaliação de citotoxicidade dos agentes quimioterápicos, os mesmos foram pré-incubados por 24 h na ausência ou presença do inibidor da DNA polimerase α afidicolina glicinada (0,2 µM) ou do inibidor da ribonucleotídeo redutase hidroxiuréia (200 µM) e após incubados por diferentes tempos de exposição com diluições seriadas de teniposide. Os efeitos citotóxicos foram avaliados através do método colorimétrico com sulforodamina B (SRB). Os protocolos de exposição prolongada das células ao teniposide mostraram um aumento significativo na sua citotoxicidade nas linhagens RXF-393, A-498 e TK-10, sugerindo que a citotoxicidade do teniposide é dependente de tempo de administração. Neste sentido, uma maior taxa de dano no DNA foi observada nas células expostas ao teniposide por tempos de administração mais prolongados. Curiosamente, os diferentes tempos de exposição ao teniposide não influenciaram de forma clara na formação de complexos DNA-topoisomerase II, nem nas medidas da atividade desta enzima. O uso concomitante de agentes moduladores da glicoproteína P como o verapamil, a ciclosporina A e o tamoxifeno não produziu potencialização do efeito antiproliferativo do teniposide. Por sua vez, os tratamentos com agentes que interferem na síntese de DNA, como a afidicolina glicinada ou a hidroxiuréia, potencializaram a citotoxicidade do teniposide em todas as linhagens estudadas, seguindo as características intrínsecas de cada linhagem. Em conclusão, os resultados apresentados nesta dissertação sugerem que o teniposide apresenta um maior efeito citotóxico em protocolos de administração prolongada em combinação com agentes inibidores da síntese de DNA. Frente a estes resultados iniciais, o teniposide será testado nos protocolos de administração acima mencionados em um painel contendo um maior número de linhagens tumorais in vitro. Uma vez confirmadas as observações acima descritas, serão iniciados estudos em modelos tumorais in vivo. Estes estudos servirão de base nas decisões quanto à reavaliação clínica do teniposide em ensaios de fase I em pacientes com neoplasias avançadas refratárias.

A importância da seqüência de administração do irinotecan e 5-fluorouracil na inibição da proliferação do carcinoma de cólon humano in vitro

O câncer colorretal é um dos tumores humanos mais freqüentes e a terceira causa de morte relacionada ao câncer no mundo. Apesar de importantes progressos terapêuticos, os resultados na doença avançada ainda são muito modestos. Isto deve-se ao fato de que a droga mais utilizada nesta neoplasia, o antimetabólito 5-fluorouracil (5-FU), foi desenvolvido a mais de 40 anos produzindo taxas de respostas de somente 10-15%. Recentemente, o inibidor da topoisomerase I irinotecan (CPT-11) demonstrou, em carcinoma de cólon avançado, respostas comparáveis tanto em pacientes não tratados quanto naqueles que tiveram recaída após terapia com 5-FU. Estes resultados justificam a avaliação da combinação 5-FU/CPT-11 nesta doença. Apesar das respostas dos estudos clínicos serem promissoras, a melhor seqüência de administração destes agentes ainda não foi determinada. Neste estudo, avaliamos a combinação CPT-11/5-FU quanto ao aumento da inibição do crescimento celular quando comparada com os agentes sozinhos nas linhagens celulares de carcinoma de cólon humano SW620, HT-29 e SNU-C4. Para isto, as células foram expostas às drogas sozinhas ou a várias combinações e seqüências de dose baixa e fixa (IC20) de um dos agentes na presença de dose alta e seriada do outro. As células foram avaliadas imediatamente após os tratamentos e/ou cultivadas por mais 2 dias em meio de cultura sem drogas através de coloração com sulforodamina B. As interações entre CPT-11 e 5-FU foram avaliadas por um programa de computador que permite calcular os índices de combinação (CIs) das drogas indicando sinergismo, adição, ou antagonismo (CI < 1, = 1, ou > 1, respectivamente). As respostas celulares foram relacionadas com as atividades das enzimas timidilato sintase, topoisomerase I e carboxil esterase, que foram determinadas através de ensaio que mede os sítios de ligação e atividade catalítica da enzima, ensaio de decatenação do DNA e método espectrofotométrico, respectivamente. Estando a toxicidade no DNA envolvida no mecanismo de ação das duas drogas, também relacionamos as respostas celulares com a introdução de danos ao DNA por método fluorescente. Para melhor entendermos as interações entre as drogas, examinamos os efeitos da exposição à IC20, IC50 e/ou IC80 do CPT-11 ou 5-FU por 2 h ou 24 h em alvos celulares possivelmente relacionados com a citotoxicidade destes agentes. Estes incluem: capacidade de reparo por excisão do 10 DNA, distribuição das células nas fases do ciclo celular, integridade da membrana plasmática e formação de complexos DNA-topoisomerase I. Para isto, utilizamos método de incorporação de [3H-metil]timidina, citometria de fluxo, liberação de lactato desidrogenase (LDH) no meio de cultura e ensaio de precipitação com SDS, respectivamente. Os estudos de inibição do crescimento celular revelaram valores de IC50 do 5-FU nas linhagens SW620, HT-29 e SNU-C4 de aproximadamente 15, 8 e 2 µM, respectivamente, e do CPT-11 próximos a 2, 2 e 4 µM, respectivamente. As diferentes sensibilidades ao 5-FU nas três linhagens foram determinadas principalmente pela diferença na afinidade ao substrato. As respostas comparáveis obtidas pela exposição ao CPT-11 podem ser explicadas pelo equilíbrio entre as diferentes atividades das enzimas topoisomerase I e carboxil esterase, entre as linhagens. O programa de análise da combinação das drogas mostrou adição ou sinergismo após exposição a IC20 do CPT-11 seguido do 5-FU, nas três linhagens celulares. Por outro lado, o pré-tratamento com IC20 do 5-FU antagonizou a inibição do crescimento mediada pelo CPT-11. Nenhum dos tratamentos simultâneos determinou um aumento na inibição do crescimento nas linhagens SW620 e HT-29; mas mostraram adição ou antagonismo na linhagem SNU-C4. Observamos um significativo acréscimo na introdução de danos ao DNA nas linhagens celulares SW620 e HT-29 somente quando a IC20 do CPT-11 precedeu a IC50 do 5-FU. Já na linhagem SNU-C4, não somente este tratamento, mas também a utilização simultânea dos agentes introduziu mais dano ao DNA. Os tratamentos por 2 h ou 24 h com IC20, IC50, e/ou IC80 do 5-FU ou CPT-11 não causaram mudanças significativas na distribuição das células nas fases do ciclo celular, concentração de LDH no meio de cultura, ou formação de complexos DNA-topoisomerse I. Indicando que alterações nestes processos não estão envolvidas com os efeitos modulatórios dos pré-tratamentos na citotoxicidade das drogas. Entretanto, a incorporação de [3H-metil]timidina no DNA de células tratadas com CPT-11, aumentou em função da dose e tempo de exposição à droga. Este resultado sugere que o dano ao DNA introduzido pelo CPT-11 depende da dose e tempo de exposição podendo ser reparado por mecanismos de excisão. Somente foi observada significativa incorporação de [3H-metil]timidina em células tratadas com IC20 do 5-FU por 2 h, sugerindo que o reparo por excisão só ocorre após exposição por curto período e à doses baixas deste agente. Juntos, os resultados deste estudo mostraram que tanto os efeitos anti-proliferativos quanto a introdução de danos ao DNA pela combinação CPT-11/5-FU em dose baixa e fixa de um agente junto com dose alta do outro, nas linhagens celulares de carcinoma de cólon humano SW620, HT-29 e SNU-C4, dependem da seqüência de administração das drogas. Estes achados podem ter sido determinados pelos diferentes efeitos do tratamento com uma dose baixa dos agentes nos mecanismos de reparo por excisão do DNA.

Determinação da mutagenicidade e atividade citotóxica de sedimentos em área sujeita à contaminação petroquímica

O acúmulo de mutações, alterações incorporadas ao patrimônio genético de células somáticas e germinais, pode causar redução de populações naturais que são críticas para a cadeia alimentar, pondo em risco a sobrevivência de determinadas espécies. Embora o dano causado pela contaminação química ocorra em nível molecular, existem efeitos emergentes nas populações, tais como perda da diversidade genética, que não é previsível com base somente no conhecimento dos mecanismos de toxicidade não genéticos. Alguns compostos de origem antrópica tendem a adsorver no material orgânico do sedimento, sendo concentrados ao longo do tempo. Contaminantes ambientais podem ser mais associados com a porção fina dos sedimentos (silte ou argila) do que com a grosseira (areia ou cascalho). O presente estudo avaliou a atividade mutagênica e citotóxica de extratos moderadamente polares de sedimento em três pontos durante 5 coletas realizadas nos anos de 1999 e 2000 no arroio Bom Jardim, que drena a região do Complexo Petroquímico, localizado no município de Triunfo, Rio Grande do Sul. Foi utilizado na avaliação da mutagenicidade e citotoxicidade o ensaio Salmonella/microssoma, método de microssuspensão. A análise de granulometria mostrou um conteúdo de partículas finas em média menor no ponto em frente ao complexo, sendo este também o ponto amostral com menor percentual de material orgânico extraído. Observou-se baixa atividade mutagênica nos diferentes locais estudados, variando de 3,3% até 8,3%, sendo a citototoxicidade o mais importante efeito biológico observado na região, variando de 20% até 40%, somados os resultados dos ensaios em presença e ausência de metabolização externa. Os pontos com maior contaminação estão localizados em frente e a jusante da área industrial, havendo uma distribuição gradativa e sazonal das respostas à medida que o local se aproxima da foz do arroio. Em ensaios com ausência de fração de metabolização hepática, as respostas para mutagênese e citotoxicidade foram mais freqüentes, sendo os danos do tipo erro no quadro de leitura os mais presentes. A determinação da atividade mutagênica e citotóxica em amostras de sedimento mostrou-se importante na determinação da qualidade ambiental, apesar da composição química desta matriz ser bastante complexa. O ensaio Salmonella/microssoma monitorando danos moleculares e, principalmente citotoxicidade, foi uma ferramenta importante no diagnóstico da presença de poluentes. A possibilidade de avaliar danos precoces, através deste ensaio, promove a melhoria da qualidade ambiental e motiva ações de preservação do patrimônio genético da fauna e flora atingidas pela atividade antrópica.

Estudo dos efeitos do ATP extracelular e das ecto-nucleotidases no crescimento de gliomas

Glioblastomas são a forma mais comum de tumores cerebrais primários e, apesar do tratamento, os pacientes com estes tumores têm um prognóstico muito ruim. Os nucleotídeos da adenina (ATP, ADP e AMP) e também a adenosina possuem muitas funções importantes em condições fisiológicas e patológicas em vários organismos. O ATP é uma importante molécula sinalizadora no SNC, e os nucleotídeos e nucleosídeos podem induzir a proliferação de linhagens celulares de gliomas. Na invasão dos gliomas dois mecanismos podem liberar ATP: a morte excitotóxica do tecido adjacente e a lesão causada pela ressecção do tumor, que é o tratamento de primeira linha nestes casos. Neste estudo foram observados os efeitos do ATP extracelular na citotoxicidade em linhagens celulares de glioma humano U138 e na linhagem C6 de ratos, comparado com culturas organotícias de hipocampo. A citotoxicidade do ATP (0.1mM, 0.5mM, 5mM) foi medida usando os ensaios de incorporação de iodeto de propídeo e ensaio da lactato desidrogenase. O ensaio de caspases foi realizado para identificar à morte apoptótica. Os resultados mostraram que as células de gliomas apresentam resistência a morte induzida pelo ATP quando comparados com o tecido normal. Altas concentrações de ATP (5mM) induziram à morte celular após 24 h de tratamento em culturas organotípicas, mas não nas linhagens de gliomas estudados. Os nucleotídeos são hidrolisados muito lentamente pelas linhagens de gliomas, o que foi confirmado pela baixa expressão das enzimas NTPDases quando comparado com astrócitos. Portanto, para testar o papel do ATP extracelular no mecanismo de implante e crescimento dos gliomas, um milhão destas células de gliomas foram injetadas em 3µl de DMEM no estriado direito de ratos Wistar, e foi testada a co-injeção da enzima apirase no tratamento dos gliomas implantados. Após 20 dias, os ratos foram mortos e o cérebro foi seccionado e corado com hematoxilina e eosina. Nossos resultados mostraram que os ratos que sofreram co-injeção de apirase tiveram uma redução significativa no tamanho do tumor e menor índice mitótico (p<0,05), bem como menor imunodetecção para Ki67, VEGF e CD31 quando comparado com os grupos controle e controle apirase. A medida da hidrólise enzimática dos nucleotídeos no soro pode contribuir no diagnóstico de lesão celular em muitas condições patológicas. Com o objetivo de avaliar a atividade enzimática da ATPase, ADPase e AMPase in vivo, amostras de soro foram coletadas vinte dias após o implante dos gliomas em ratos. Os ratos com indução de gliomas mostraram um aumento significativo na hidrólise de ATP, ADP e AMP quando comparado com os respectivos controles. O tratamento com o fármaco temozolomida e com 10% dimetil sulfoxida diminuiu a hidrólise dos nucleotídeos. Nenhum dos animais incluídos neste trabalho apresentaram alterações significativas na atividade das enzimas alanina aminotransferase, aspartato aminotransferase e fosfatase alcalina. Nossos dados indicam que o ATP pode ter uma função importante no crescimento do glioma, pois quando liberado pode induzir a morte celular do tecido normal ao redor do tumor, abrindo espaço para o rápido crescimento e invasão do tumor. As avaliações da hidrólise dos nucleotídeos da adenina no soro podem ajudar no acompanhamento da progressão dos tumores cerebrais.

Desenvolvimento tecnológico e micropartículas nanorrevestidas : caracterização físico-química e biológica

Micropartículas nanorrevestidas (MP) foram preparadas através da secagem por aspersão (spray-drying), empregando-se suspensões poliméricas nanoestruturadas como material de revestimento (nanoesferas – NS, nanocápsulas – NC ou nanodispersão – ND). Foram realizados estudos utilizando-se o diclofenaco, tanto na sua forma hidrofílica (diclofenaco sódico), hidrofóbica (diclofenaco ácido) e a dexametasona como fármacos-modelo e o Eudragit S100®, como polímero. O trabalho foi delineado buscando-se o desenvolvimento de metodologias de preparação, o estudo dos fatores que influenciam o processo de revestimento, o conhecimento das características físico-químicas das MP e a avaliação das suas vantagens biológicas. As suspensões poliméricas (NC e NS) foram preparadas através da técnica da nanoprecipitação. As MP foram preparadas utilizando-se diferentes metodologias, de acordo com a hidrofobia do fármaco, envolvendo a combinação de técnicas de evaporação do solvente e secagem por aspersão. A influência dos fatores de secagem (fluxo de alimentação e temperatura de entrada) sobre as características das MP foi avaliada através de um delineamento fatorial 32. A caracterização físico-química foi realizada determinando-se o rendimento do processo, taxa de encapsulação, umidade, tamanho de partícula (nano e micropartículas), área superficial e volume de poros, além das análises morfológicas através de microscopia óptica, eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (MFA) e análises por difração de raios-X. Além disso, foram avaliados os perfis de liberação do fármaco a partir destas MP (pH 1,2; 5,0 e 7,4), bem como a sua interação (transporte do fármaco e citotoxicidade) com células Caco-2. A vantagem biológica dos sistemas foi determinada pela avaliação do efeito protetor sobre a mucosa gastrintestinal frente aos efeitos tóxicos do diclofenaco. Através do delineamento fatorial foi possível estabelecer os parâmetros de secagem para a obtenção de MP com boas características de rendimento, taxa de encapsulação e umidade (fluxo de alimentação: 3,0 e 4,5 ml/min, para MP obtidas a partir de NC e NS, respectivamente; e temperatura de entrada: 170 C, para ambas). As MP apresentaram rendimentos entre 40 e 80% e taxas de encapsulação entre 70 e 115 %, dependendo do tipo de revestimento nanoestruturado (NS, NC ou ND) e do fármaco empregado (diclofenaco ácido, diclofenaco sódico ou dexametasona) Todas as formulações apresentaram um teor de umidade menor que 3 %. As análises através de MEV demonstraram a presença de nanoestruturas adsorvidas à superfície das MP, indepentemente da formulação estudada e com tamanhos de partículas diretamente relacionados ao tamanho das nanopartículas da suspensão original (170-200 nm para NC e 60-70 nm para NS). A observação morfológica através de MFA também permitiu a visualização destas nanoestruturas na superfície das MP. Essa observação foi associada à redução nas áreas superficias das MP (40-50 m2.g-1 e 115-135 m2.g-1 para MP revestidas a partir de suspensões de NC ou NS, respectivamente) em relação ao núcleo não revestido (150-160 m2.g-1). Os resultados de liberação in vitro do fármaco a partir das MP demonstraram uma modificação da sua liberação, de acordo com o tipo de material nanoestruturado empregado, a natureza do fármaco e a presença de um plastificante (triacetina ou poligol 6000). A análise por difração de raios-X mostrou que o fármaco encontra-se na forma cristalina em praticamente todas as formulações. A vantagem biológica foi estudada em ratos e demonstrada pela redução na toxicidade gastrintestinal do diclofenaco apresentada pelas MP revestidas a partir de NC ou ND (índices lesionais totais: 24,20 e 29,89, respectivamente) em relação a uma solução aquosa do fármaco (índice lesional total: 156,11). Os estudos de interação das MP contendo dexametasona com as células Caco-2 demonstraram a sua potencialidade em modificar a absorção do fármaco em relação a uma solução aquosa do fármaco, sem apresentarem citotoxicidade sobre esta linhagem celular. Além disso, o estudo demonstrou a potencialidade do emprego deste modelo in vitro para prever a liberação do fármaco a partir de sistemas microparticulados. Assim, o conjunto destes estudos mostra que as micropartículas nanorrevestidas apresentam-se como uma nova aplicação dos sistemas nanoestruturados e como uma nova estratégia na obtenção de sistemas micro e multiparticulados de administração de fármacos.

Quercetina : efeitos sobre parâmetros proliferativos e sobre a ecto-5'-nucleotidase em linhagem de glioma humano U138MG

Gliomas são os mais comuns e devastadores tumores primários do sistema nervoso central. Os nucleotídeos da adenina são moléculas sinalizadoras no meio extracelular, envolvidas em importantes condições fisiológicas e patológicas. O ATP, neurotransmissor excitatório, e a adenosina, neuromoduladora, entre outros efeitos, podem induzir proliferação celular em linhagens de gliomas. Os eventos induzidos pelos nucleotídeos extracelulares são controlados pela ação das E-NTPDases, que hidrolisam o ATP até adenosina extracelularmente. Recentes estudos epidemiológicos têm sugerido que os flavonóides derivados da dieta, em particular a quercetina, apresentam um papel benéfico em prevenir ou inibir a tumorigênese. Assim, primeiramente nós avaliamos o efeito antiproliferativo da quercetina em linhagem de glioma humano U138MG. O estudo demonstrou que este flavonóide induziu em cultura de gliomas: (1) diminuição da proliferação e da viabilidade celular; (2) morte celular via necrose e apoptose; (3) parada no ciclo celular na fase G2 e (4) diminuição do índice mitótico. Além disso, nós demonstramos que a quercetina, enquanto promoveu regressão tumoral, protegeu culturas organotípicas hipocampais do dano isquêmico. Em conjunto, esses dados sugerem que a quercetina exibe efeitos antiproliferativos direcionados para as células tumorais e reduzida citotoxicidade para células normais, características altamente desejáveis na quimioterapia. Dados do nosso laboratório demonstram que o metabolismo extracelular das purinas encontra-se alterado em linhagens de gliomas com relação a culturas de astrócitos, sugerindo que mudanças no sistema purinérgico podem ser uma característica dos gliomas que potencialmente podem contribuir para o seu fenótipo de malignidade. Assim, o passo seguinte desse trabalho foi investigar o perfil de secreção dos derivados da adenina, o metabolismo extracelular do AMP e a ação da quercetina sobre o sistema purinérgico. As culturas de glioma apresentaram secreção de ATP, o qual foi detectado em maiores níveis com relação as outras moléculas avaliadas, ADP, AMP, adenosina e inosina. O AMP extracelular foi eficientemente metabolizado pelos gliomas, demonstrando uma ecto-5’-NT/CD73 muito ativa. Adicionalmente, quercetina interagiu com o sistema purinérgico, inibindo não-competitivamente a atividade da ecto-5’-NT/CD73 e modulando negativamente a sua expressão. Nós sugerimos que a inibição da atividade da ecto-5’-NT/CD73 pode resultar em um decréscimo na disponibilidade de adenosina extracelular, uma promotora tumoral. Tal efeito pode estar correlacionado com a inibição da proliferação promovida pela quercetina nessa linhagem de glioma. Nossos dados sugerem que a quercetina pode ter uma função importante na inibição da proliferação dos gliomas, atuando em diferentes vias de sinalização, incluindo o sistema purinérgico. Assim, esse estudo abre novas perspectivas para as potenciais aplicações dos flavonóides na prevenção e tratamento de tumores cerebrais.

Efeitos do agente antiproliferativo de origem marinha ET-743 sobre o ciclo celular, apoptose e conteúdo de proteína Hsp70 em culturas de glioma humano

Ecteinascidina 743 (ET-743) é uma nova droga isolada de um tunicado marinho, a Ecteinascidia turbinata, que está na fase III dos estudos clínicos por sua marcada atividade anticâncer. Apesar de seu mecanismo de ação não estar completamente elucidado, tem sido demonstrado que a ET-743 se liga ao DNA formando adutos covalentes com o N2 da guanina. Além disso, a ET-743 tem sido relatada como potente inibidora da transcrição. No presente estudo, utilizou-se como modelo para a investigação dos efeitos antiproliferativos deste composto a linhagem celular derivada de glioblastoma humano, U-251 MG. Uma vez que o foco principal de atenção nos estudos sobre o mecanismo de ação da ET-743 esteja concentrado em suas interações com o DNA, a autora buscou avaliar outros aspectos de sua atividade antiproliferativa, quais sejam, o seu efeito sobre a distribuição das células no ciclo celular, sobre a atividade de enzimas associadas ao processo de apoptose, bem como sobre o conteúdo celular da proteína Hsp70. Em incubações de 0,5 nM por 48 h, a ET-743 causou um significante acúmulo das células na fase G2M do ciclo celular, o mesmo ocorrendo com doses mais elevadas (1,0 e 1,5) e incubações mais prolongadas (72 h). A ET-743 induziu morte celular dose-dependente e este efeito foi significativamente prevenido pelo inibidor de caspases z-VAD-fmk. Contudo, não foi observado aumento significativo nos níveis de Hsp70 após tratamento com ET-743. Considerando que alta expressão de Hsp70 é um dos principais mecanismos de proteção das células em condições de estresse, incluindo-se o tratamento com drogas citotóxicas, a não elevação de seus níveis na presença da ET-374 pode estar, ao menos em parte, relacionada à citotoxicidade produzida por este agente na linhagem estudada.

Síntese e caracterização de nanopartículas FeOx/Au/Ag em multicamada núcleo-concha

Nesta dissertação, apresenta-se o trabalho realizado no decorrer do segundo ano do Mestrado em Bioquímica Aplicada. Prepararam-se nanopartículas metálicas através da redução química de sais metálicos em solução. Obtiveram-se soluções coloidais monometálicas de Au, Ag e FeOx e bimetálicas de Au/Ag, Ag/Au, FeOx/Au e FeOx/Ag seguindo ou adaptando métodos publicados na literatura. Numa primeira fase foram sintetizadas nanopartículas monometálicas de prata e ouro utilizando-se β-D-glucose, borohidreto de sódio e β-ciclodextrina como agente redutor dos iões metálicos. Seguidamente, por co-redução de uma mistura de iões prepararam-se ligas de nanopartículas de prata e ouro e por redução sucessiva de Ag e Au sintetizaram-se nanopartículas com uma estrutura núcleo-concha. As nanopartículas de FeOx foram preparadas por co-precipitação de Fe (III) e Fe (II). O revestimento com ouro foi conseguido através da redução com citrato de sódio e para a deposição de prata utilizou-se o ácido ascórbico. As soluções coloidais preparadas foram caracterizadas através de estudos de espetroscopia do UV-vis, tendo sido registados os máximos de absorvância característicos do ouro e da prata e os desvios esperados para o caso das nanopartículas núcleo-concha. As análises por dispersão dinâmica de luz permitiram auferir o tamanho das nanopartículas, eventual aglomeração e, portanto, permitiram a apreciação da estabilidade dos coloides. Com o intuito de confirmar a formação de estruturas em camada núcleo-concha foi feita a caracterização das amostras por microscopia eletrónica de transmissão e espetroscopia de raios-X de energia dispersiva. Alguns dos espetros obtidos confirmam o sucesso na preparação de uma estrutura em multicamada. Finalmente, demonstrou-se a biocompatibilidade de algumas amostras preparadas através da realização de estudos de citotoxicidade na linha celular fibroblástica NIH 3T3.