DNA and chromosomal damage in response to intermittent extremely low-frequency magnetic fields.

Considerable controversy still exists as to whether electric and magnetic fields (MF) at extremely low frequencies are genotoxic to humans. The aim of this study was to test the ability of alternating magnetic fields to induce DNA and chromosomal damage in primary human fibroblasts. Single- and double-strand breaks were quantified using the alkaline comet assay and the gammaH2AX-foci assay, respectively. Chromosomal damage was assayed for unstable aberrations, sister chromatid exchange and micronuclei. Cells were exposed to switching fields - 5min on, 10min off - for 15h over the range 50-1000microT. Exposure to ionizing radiation was used as a positive-effect calibration. In this study two separate MF exposure systems were used. One was based on a custom-built solenoid coil system and the other on a commercial system almost identical to that used in previous studies by the EU REFLEX programme. With neither system could DNA damage or chromosomal damage be detected as a result of exposure of fibroblasts to switching MF. The sensitive gammaH2AX assay could also not detect significant DNA damage in the MF-exposed fibroblasts, although the minimum threshold for this assay was equivalent to an X-ray dose of 0.025Gy. Therefore, with comparable MF parameters employed, this study could not confirm previous studies reporting significant effects for both the alkaline and neutral comet assays and chromosomal aberration induction.

DNA replication meets genetic exchange: Chromosomal damage and its repair by homologous recombination

Proceedings of the National Academy of Sciences Colloquium on the roles of homologous recombination in DNA replication are summarized. Current findings in experimental systems ranging from bacteriophages to mammalian cell lines substantiate the idea that homologous recombination is a system supporting DNA replication when either the template DNA is damaged or the replication machinery malfunctions. There are several lines of supporting evidence: (i) DNA replication aggravates preexisting DNA damage, which then blocks subsequent replication; (ii) replication forks abandoned by malfunctioning replisomes become prone to breakage; (iii) mutants with malfunctioning replisomes or with elevated levels of DNA damage depend on homologous recombination; and (iv) homologous recombination primes DNA replication in vivo and can restore replication fork structures in vitro. The mechanisms of recombinational repair in bacteriophage T4, Escherichia coli, and Saccharomyces cerevisiae are compared. In vitro properties of the eukaryotic recombinases suggest a bigger role for single-strand annealing in the eukaryotic recombinational repair.

Hypothesis: "Rogue cell"-type chromosomal damage in lymphocytes is associated with infection with the JC human polyoma virus and has implications for oncopenesis.

The hemagglutination inhibition antibody titers against the JC and BK polyoma viruses (JCV and BKV, respectively) are significantly elevated in individuals exhibiting "rogue" cells among their cultured lymphocytes. However, the elevation is so much greater with respect to JCV that the BKV elevation could readily be explained by cross reactivity to the capsid protein of these two closely related viruses. The JCV exhibits high sequence homology with the simian papovavirus, simian virus 40 (SV40), and inoculation of human fetal brain cells with JCV produces polyploidy and chromosomal damage very similar to that produced by SV40. We suggest, by analogy with the effects of SV40, that these changes are due to the action of the viral large tumor antigen, a pluripotent DNA binding protein that acts in both transcription and replication. The implications of these findings for oncogenesis are briefly discussed.

Exercise-induced DNA damage: Is there a relationship with inflammatory responses?

Both a systemic inflammatory response as well as DNA damage has been observed following exhaustive endurance exercise. Hypothetically, exercise-induced DNA damage might either be a consequence of inflammatory processes or causally involved in inflammation and immunological alterations after strenuous prolonged exercise (e.g. by inducing lymphocyte apoptosis and lymphocytopenia). Nevertheless, up to now only few studies have addressed this issue and there is hardly any evidence regarding a direct relationship between DNA or chromosomal damage and inflammatory responses in the context of exercise. The most conclusive picture that emerges from available data is that reactive oxygen and nitrogen species (RONS) appear to be the key effectors which link inflammation with DNA damage. Considering the time-courses of inflammatory and oxidative stress responses on the one hand and DNA effects on the other the lack of correlations between these responses might also be explained by too short observation periods. This review summarizes and discusses the recent findings on this topic. Furthermore, data from our own study are presented that aimed to verify potential associations between several endpoints of genome stability and inflammatory, immune-endocrine and muscle damage parameters in competitors of an Ironman triathlon until 19 days into recovery. The current results indicate that DNA effects in lymphocytes are not responsible for exercise-induced inflammatory responses. Furthermore, this investigation shows that inflammatory processes, vice versa, do not promote DNA damage, neither directly nor via an increased formation of RONS derived from inflammatory cells. Oxidative DNA damage might have been counteracted by training- and exercise-induced antioxidant responses. However, further studies are needed that combine advanced -omics based techniques (transcriptomics, proteomics) with state-of-the-art biochemical biomarkers to gain more insights into the underlying mechanisms.

Structural Chromosomal Alterations Induced by Dietary Bioflavonoids in Fanconi Anemia Lymphocytes

Introduction Fanconi anemia is an autosomal recessive disease characterized by a variety of congenital abnormalities, progressive bone marrow failure, increased chromosomal instability and higher risk to acute myeloid leukemia, solid tumors. This entity can be considered an appropriate biological model to analyze natural substances with possible genotoxic effect. The aims of this study were to describe and quantify structural chromosomal aberrations induced by 5 flavones, 2 isoflavones and a topoisomerase II chemotherapeutic inhibitor in Fanconi anemia lymphocytes in order to determine chromosomal numbers changes and/ or type of chromosomal damage. Materials and methods Chromosomes stimulated by phytohaemagglutinin M, from Fanconi anemia lymphocytes, were analysed by conventional cytogenetic culture. For each chemical substance and controls, one hundred metaphases were evaluated. Chromosomal alterations were documented by photography and imaging analyzer. To statistical analysis was used chi square test to identify significant differences between frequencies of chromosomal damage of basal and exposed cell cultured a P value less than 0.05. Results There were 431 chromosomal alterations in 1000 metaphases analysed; genistein was the more genotoxic bioflavonoid, followed in descendent order by genistin, fisetin, kaempferol, quercetin, baicalein and miricetin. Chromosomal aberrations observed were: chromatid breaks, chromosomal breaks, cromatid and chromosomal gaps, quadriratials exchanges, dicentrics chromosome and complex rearrangements. Conclusion Bioflavonoids as genistein, genistin and fisetin, which are commonly present in the human diet, showed statistical significance in the number of chromosomal aberrations in Fanconi anemia lymphocytes, regarding the basal damage.

Comparative effects of acute and subacute lycopene administration on chromosomal aberrations induced by cisplatin in male rats

Lycopene is a natural carotenoid, free radical scavenger, and presents protective effects by inhibiting oxidative DNA damage. The objective of the current study was to investigate the cytogenetic effects of a single acute and four daily gavage administrations of lycopene, and to examine possible protective effects on chromosomal damage induced by the antitumor drug cisplatin (cDDP) in rat bone marrow cells. The animals were divided into treatment groups, with three lycopene doses in the acute treatment (2, 4, and 6 mg/kg b.w.), three lycopene doses in the subacute treatment (0.5, 1.0, and 1.5 mg/kg b.w.) with and without cDDP (5 mg/kg b.w. i.p.), and respective controls. The results indicated that lycopene is neither cytotoxic nor clastogenic when compared with the negative controls (P > 0.01). cDDP-treated animals submitted to acute and subacute treatments with different lycopene doses showed a significant reduction (p < 0.01) in the number of abnormal metaphases when compared with the animals treated only with cDDP. The protective effects of lycopene on cDDP-induced chromosomal damage may be attributed to its antioxidant activity. These results suggest that this carotenoid may prove useful in reducing some of the toxic effects associated with certain classes of chemotherapeutic agents. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Induction of mitotic and chromosomal abnormalities on Allium cepa cells by pesticides imidacloprid and sulfentrazone and the mixture of them

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

Chromosomal breakage-fusion-bridge events cause genetic intratumor heterogeneity

It has long been known that rearrangements of chromosomes through breakage-fusion-bridge (BFB) cycles may cause variability of phenotypic and genetic traits within a cell population. Because intercellular heterogeneity is often found in neoplastic tissues, we investigated the occurrence of BFB events in human solid tumors. Evidence of frequent BFB events was found in malignancies that showed unspecific chromosome aberrations, including ring chromosomes, dicentric chromosomes, and telomeric associations, as well as extensive intratumor heterogeneity in the pattern of structural changes but not in tumors with tumor-specific aberrations and low variability. Fluorescence in situ hybridization analysis demonstrated that chromosomes participating in anaphase bridge formation were involved in a significantly higher number of structural aberrations than other chromosomes. Tumors with BFB events showed a decreased elimination rate of unstable chromosome aberrations after irradiation compared with normal cells and other tumor cells. This result suggests that a combination of mitotically unstable chromosomes and an elevated tolerance to chromosomal damage leads to constant genomic reorganization in many malignancies, thereby providing a flexible genetic system for clonal evolution and progression.

Genotoxicity of inorganic mercury salts based on disturbed microtubule function

This study investigated the hypothesis that the chromosomal genotoxicity of inorganic mercury results from interaction(s) with cytoskeletal proteins. Effects of Hg2+ salts on functional activities of tubulin and kinesin were investigated by determining tubulin assembly and kinesin-driven motility in cell-free systems. Hg2+ inhibits microtubule assembly at concentrations above 1 μM, and inhibition is complete at about 10 μM. In this range, the tubulin assembly is fully (up to 6 μM) or partially (∼6-10 μM) reversible. The inhibition of tubulin assembly by mercury is independent of the anion, chloride or nitrate. The no-observed-effect- concentration for inhibition of microtubule assembly in vitro was 1 μM Hg2+, the IC50 5.8 μM. Mercury(II) salts at the IC 50 concentrations partly inhibiting tubulin assembly did not cause the formation of aberrant microtubule structures. Effects of mercury salts on the functionality of the microtubule motility apparatus were studied with the motor protein kinesin. By using a "gliding assay" mimicking intracellular movement and transport processes in vitro, HgCl2 affected the gliding velocity of paclitaxel-stabilised microtubules in a clear dose-dependent manner. An apparent effect is detected at a concentration of 0.1 μM and a complete inhibition is reached at 1 μM. Cytotoxicity of mercury chloride was studied in V79 cells using neutral red uptake, showing an influence above 17 μM HgCl2. Between 15 and 20 μM HgCl2 there was a steep increase in cell toxicity. Both mercury chloride and mercury nitrate induced micronuclei concentration-dependently, starting at concentrations above 0.01 μM. CREST analyses on micronuclei formation in V79 cells demonstrated both clastogenic (CREST-negative) and aneugenic effects of Hg2+, with some preponderance of aneugenicity. A morphological effect of high Hg2+ concentrations (100 μM HgCl2) on the microtubule cytoskeleton was verified in V79 cells by immuno-fluorescence staining. The overall data are consistent with the concept that the chromosomal genotoxicity could be due to interaction of Hg2+ with the motor protein kinesin mediating cellular transport processes. Interactions of Hg 2+ with the tubulin shown by in vitro investigations could also partly influence intracellular microtubule functions leading, together with the effects on the kinesin, to an impaired chromosome distribution as shown by the micronucleus test.

Molecular Alterations in Asbestos-Related Lung Cancer

Background: Asbestos is a well known cancer-causing mineral fibre, which has a synergistic effect on lung cancer risk in combination with tobacco smoking. Several in vitro and in vivo experiments have demonstrated that asbestos can evoke chromosomal damage and cause alterations as well as gene expression changes. Lung tumours, in general, have very complex karyotypes with several recurrently gained and lost chromosomal regions and this has made it difficult to identify specific molecular changes related primarily to asbestos exposure. The main aim of these studies has been to characterize asbestos-related lung cancer at a molecular level. Methods: Samples from asbestos-exposed and non-exposed lung cancer patients were studied using array comparative genomic hybridization (aCGH) and fluorescent in situ hybridization (FISH) to detect copy number alterations (CNA) as well as microsatellite analysis to detect allelic imbalance (AI). In addition, asbestos-exposed cell lines were studied using gene expression microarrays. Results: Eighteen chromosomal regions showing differential copy number in the lung tumours of asbestos-exposed patients compared to those of non-exposed patients were identified. The most significant differences were detected at 2p21-p16.3, 5q35.3, 9q33.3-q34.11, 9q34.13-q34.3, 11p15.5, 14q11.2 and 19p13.1-p13.3 (p<0.005). The alterations at 2p and 9q were validated and characterized in detail using AI and FISH analysis in a larger study population. Furthermore, in vitro studies were performed to examine the early gene expression changes induced by asbestos in three different lung cell lines. The results revealed specific asbestos-associated gene expression profiles and biological processes as well as chromosomal regions enriched with genes believed to contribute to the common asbestos-related responses in the cell lines. Interestingly, the most significant region enriched with asbestos-response genes was identified at 2p22, close to the previously identified region showing asbestos-related CNA in lung tumours. Additionally, in this thesis, the dysregulated biological processes (Gene Ontology terms) detected in the cell line experiment were compared to dysregulated processes identified in patient samples in a later study (Ruosaari et al., 2008a). Commonly affected processes such as those related to protein ubiquitination, ion transport and surprisingly sensory perception of smell were identified. Conclusions: The identification of specific CNA and dysregulated biological processes shed some light on the underlying genes acting as mediators in asbestos-related lung carcinogenesis. It is postulated that the combination of several asbestos-specific molecular alterations could be used to develop a diagnostic method for the identification of asbestos-related lung cancer.

Bystander responses induced by low LET radiation

Radiation-induced bystander responses are observed when cells respond to their neighbours being irradiated. Considerable evidence is now available regarding the importance of these responses in cell and tissue models. Most studies have utilized two approaches where either a media-transferable factor has been assessed or cells have been exposed to low fluences of charged particles, where only a few percent are exposed. The development of microbeams has allowed nontargeted responses such as bystander effects to be more carefully analysed. As well as charged particle microbeams, X-ray microprobes have been developed, and several groups are also developing electron microbeams. Using the Gray Cancer Institute soft X-ray microprobe, it has been possible to follow the response of individual cells to targeted low doses of carbon-characteristic soft X-rays. Studies in human fibroblasts have shown evidence of a significant radiation quality-dependent bystander effect, measured as chromosomal damage in the form of micronuclei which is radiation quality dependent. Other studies show that even under conditions when only a single cell is targeted with soft X-rays, significant bystander-mediated cell killing is observed. The observation of bystander responses with low LET radiation suggests that these may be important in understanding radiation risk from background levels of radiation, where cells observe only single electron track traversals. Also, the indirect evidence for these responses in vivo indicates that they may have a role to play in current radiotherapy approaches and future novel strategies involving modulating nontargeted responses.

Calcium fluxes modulate the radiation-induced bystander responses in targeted glioma and fibroblast cells

Bystander responses have been reported to be a major determinant of the response of cells to radiation exposure at low doses, including those of relevance to therapy. This study investigated the role of changes in calcium levels in bystander responses leading to chromosomal damage in nonirradiated T98G glioma cells and AG01522 fibroblasts that had been either exposed to conditioned medium from irradiated cells or co-cultured with a population where a fraction of cells were individually targeted through the nucleus or cytoplasm with a precise number of microbeam helium-3 particles. After the recipient cells were treated with conditioned medium from T98G or AG01522 cells that had been irradiated through either nucleus or cytoplasm, rapid calcium fluxes were monitored in the nonirradiated recipient cells. Their characteristics were dependent on the source of the conditioned medium but had no dependence on radiation dose. When recipient cells were co-cultured with an irradiated population of either T98G or AG01522 cells, micronuclei were induced in the nonirradiated cells, but this response was eliminated by treating the cells with calcicludine (CaC), a potent blocker of Ca2+ channels. Moreover, both the calcium fluxes and the bystander effect were inhibited when the irradiated T98G cells were treated with aminoguanidine, an inhibitor of nitric oxide synthase (NOS), and when the irradiated AG01522 cells were treated with DMSO, a scavenger of reactive oxygen species (ROS), which indicates that NO and ROS were involved in the bystander responses generated from irradiated T98G and AG01522 cells, respectively. Our findings indicate that calcium signaling may be an early response in radiation-induced bystander effects leading to chromosome damage. (c) 2006 by Radiation Research Society.

The mitochondrial and autosomal mutation landscapes of prostate cancer

BACKGROUND: Prostate cancer (PCa) is the most common cancer in men. PCa is strongly age associated; low death rates in surveillance cohorts call into question the widespread use of surgery, which leads to overtreatment and a reduction in quality of life. There is a great need to increase the understanding of tumor characteristics in the context of disease progression.

OBJECTIVE: To perform the first multigenome investigation of PCa through analysis of both autosomal and mitochondrial DNA, and to integrate exome sequencing data, and RNA sequencing and copy-number alteration (CNA) data to investigate how various different tumor characteristics, commonly analyzed separately, are interconnected.

DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTS: Exome sequencing was applied to 64 tumor samples from 55 PCa patients with varying stage and grade. Integrated analysis was performed on a core set of 50 tumors from which exome sequencing, CNA, and RNA sequencing data were available.

OUTCOME MEASUREMENTS AND STATISTICAL ANALYSIS: Genes, mutated at a significantly higher rate relative to a genomic background, were identified. In addition, mitochondrial and autosomal mutation rates were correlated to CNAs and proliferation, assessed as a cell cycle gene expression signature.

RESULTS AND LIMITATIONS: Genes not previously reported to be significantly mutated in PCa, such as cell division cycle 27 homolog (Saccharomyces cerevisiae) (CDC27), myeloid/lymphoid or mixed-lineage leukemia 3 (MLL3), lysine (K)-specific demethylase 6A (KDM6A), and kinesin family member 5A (KIF5A) were identified. The mutation rate in the mitochondrial genome was 55 times higher than that of the autosomes. Multilevel analysis demonstrated a tight correlation between high reactive-oxygen exposure, chromosomal damage, high proliferation, and in parallel, a transition from multiclonal indolent primary PCa to monoclonal aggressive disease. As we only performed targeted sequence analysis; copy-number neutral rearrangements recently described for PCa were not accounted for.

CONCLUSIONS: The mitochondrial genome displays an elevated mutation rate compared to the autosomal chromosomes. By integrated analysis, we demonstrated that different tumor characteristics are interconnected, providing an increased understanding of PCa etiology.

Genotoxic risk of herbicides to Anguilla anguilla L.

No contexto dos contaminantes aquáticos, os herbicidas são considerados como um dos grupos mais perigosos. Uma vez aplicados, estes são facilmente transportados para cursos de água, quer devido a uma pulverização pouco cuidada ou devido a fenómenos de escorrência superficial e/ou subterrânea. A presença destes agroquímicos no ambiente tem vindo a ser associada a efeitos nefastos em organismos não-alvo, como é o caso dos peixes. Contudo, existe ainda uma grande lacuna no que diz respeito à informação científica relacionada com o seu impacto genotóxico. Deste modo, a presente tese foi delineada com o intuito de avaliar o risco genotóxico em peixes de duas formulações de herbicidas: o Roundup®, que tem como princípio activo o glifosato, e o Garlon®, que apresenta o triclopir na base da sua constituição, produtos estes largamente utilizados na limpeza de campos agrícolas, assim como em florestas. Foi ainda planeado desenvolver uma base de conhecimento no que diz respeito aos mecanismos de dano do ADN. Como último objectivo, pretendeu-se contribuir para a mitigação dos efeitos dos agroquímicos no biota aquático, nomeadamente em peixes, fornecendo dados científicos no sentido de melhorar as práticas agrícolas e florestais. Este estudo foi realizado adoptando a enguia europeia (Anguilla anguilla L.) como organismo-teste, e submetendo-a a exposições de curta duração (1 e 3 dias) dos produtos comerciais mencionados, em concentrações consideradas ambientalmente realistas. Para a avaliação da genotoxicidade foram aplicadas duas metodologias: o ensaio do cometa e o teste das anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Enquanto o ensaio do cometa detecta quebras na cadeia do ADN, um dano passível de ser reparado, o aparecimento das ANE revela lesões cromossomais, sinalizando um tipo de dano de difícil reparação. O ensaio do cometa foi ainda melhorado com uma nova etapa que incluiu a incubação com enzimas de reparação (FPG e EndoIII), permitindo perceber a ocorrência de dano oxidativo no ADN. No que diz respeito ao Roundup®, o envolvimento do sistema antioxidante como indicador de um estado próoxidante foi também alvo de estudo. Uma vez que as referidas formulações se apresentam sob a forma de misturas, o potencial genotóxico dos seus princípios activos foi também avaliado individualmente. No caso particular do Roundup®, também foram estudados o seu surfactante (amina polietoxilada; POEA) e o principal metabolito ambiental (ácido aminometilfosfórico; AMPA). Os resultados obtidos mostraram a capacidade do Roundup® em induzir tanto dano no ADN (em células de sangue, guelras e fígado) como dano cromossómico (em células de sangue). A investigação sobre o possível envolvimento do stresse oxidativo demonstrou que o tipo de dano no ADN varia com as concentrações testadas e com a duração da exposição. Deste modo, com o aumento do tempo de exposição, os processos relacionados com o envolvimento de espécies reactivas de oxigénio (ERO) ganharam preponderância como mecanismo de dano no ADN, facto que é corroborado pela activação do sistema antioxidante observado nas guelras, assim como pelo aumento dos sítios sensíveis a FPG em hepatócitos. O glifosato e o POEA foram também considerados genotóxicos. O POEA mostrou induzir uma maior extensão de dano no ADN, tanto comparado com o glifosato como com a mistura comercial. Apesar de ambos os componentes contribuirem para a genotoxicidade da formulação, a soma dos seus efeitos individuais nunca foi observada, apontando para um antagonismo entre eles e indicando que o POEA não aumenta o risco associado ao princípio activo. Deste modo, realça-se a necessidade de regulamentar limiares de segurança para todos os componentes da formulação, recomendando, em particular, a revisão da classificação do risco do POEA (actualmente classificado com “inerte”). Uma vez confirmada a capacidade do principal metabolito do glifosato – AMPA – em exercer dano no ADN assim como dano cromossómico, os produtos da degradação ambiental dos princípios activos assumem-se como um problema silencioso, realçando assim a importância de incluir o AMPA na avaliação do risco relacionado com herbicidas com base no glifosato. A formulação Garlon® e o seu princípio activo triclopir mostraram um claro potencial genotóxico. Adicionalmente, o Garlon® mostrou possuir um potencial genotóxico mais elevado do que o seu princípio activo. No entanto, a capacidade de infligir dano oxidativo no ADN não foi demonstrada para nenhum dos agentes. No que concerne à avaliação da progressão do dano após a remoção da fonte de contaminação, nem os peixes expostos a Roundup® nem os expostos a Garlon® conseguiram restaurar completamente a integridade do seu ADN ao fim de 14 dias. No que concerne ao Roundup®, o uso de enzimas de reparação de lesões específicas do ADN associado ao teste do cometa permitiu detectar um aparecimento tardio de dano oxidativo, indicando deste modo um decaimento progressivo da protecção antioxidante e ainda uma incapacidade de reparar este tipo de dano. O período de pós-exposição correspondente ao Garlon® revelou uma tendência de diminuição dos níveis de dano, apesar de nunca se observar uma completa recuperação. Ainda assim, foi evidente uma intervenção eficiente das enzimas de reparação do ADN, mais concretamente as direccionadas às purinas oxidadas. A avaliação das metodologias adoptadas tornou evidente que o procedimento base do ensaio do cometa, que detecta apenas o dano nãoespecífico no ADN, possui algumas limitações quando comparado com a metodologia que incluiu a incubação com as enzimas de reparação, uma vez que a última mostrou reduzir a possibilidade de ocorrência de resultados falsos negativos. Os dois parâmetros adoptados (ensaio do cometa e teste das ANE) demonstraram possuir aptidões complementares, sendo assim recomendado a sua utilização conjunta com vista a efectuar uma avaliação mais adequada do risco genotóxico. Globalmente, os resultados obtidos forneceram indicações de grande utilidade para as entidades reguladoras, contribuindo ainda para a (re)formulação de medidas de conservação do ambiente aquático. Neste sentido, os dados obtidos apontam para a importância da avaliação de risco dos herbicidas incluir testes de genotoxicidade. A magnitude de risco detectada para ambas as formulações adverte para a necessidade de adopção de medidas restritivas em relação à sua aplicação na proximidade de cursos de água. Como medidas mitigadoras de impactos ambientais, aponta-se o desenvolvimento de formulações que incorporem adjuvantes selecionados com base na sua baixa toxicidade.

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.