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.

Estudo da expressão génica da Legionella pneumophila estirpe paris após co-cultura em Acanthamoeba castellanii

RESUMO: A Legionella é um bacilo Gram-negativo que replica dentro de protozoários como Acanthamoeba castellanii (A. castellanii) e no interior de macrófagos alveolares humanos, podendo resultar numa pneumonia grave. A Legionella em meio líquido tem um ciclo de vida bifásico, apresentando traços replicativos na fase exponencial e expressando factores transmissíveis na fase estacionária. Estudos recentes demonstraram que a Legionella precisa de assegurar um tempo preciso no seu ciclo de vida para efectuar com êxito a infecção das células hospedeiras. Muitos modelos de estudo foram desenvolvidos a fim de aumentar o conhecimento sobre o ciclo de vida intracelular e identificar os genes necessários para a modulação da célula hospedeira. Embora o conhecimento sobre a interacção bactéria-hospedeiro ainda seja limitado, parece que esta interacção gera um conjunto de características de virulência permitindo que a bactéria infecte células fagocíticas humanas e cause doença. O objectivo do presente projecto de investigação foi investigar e seleccionar genes críticos para a infecciosidade da Legionella pneumophila estirpe Paris (Lp Paris), desenhar e optimizar uma técnica de PCR em tempo real para o estudo da expressão génica e comparar o perfil de expressão da Lp Paris antes e depois da co-cultura em A. castellanii. Os resultados mostraram que oito dos 12 genes em estudo alteraram a sua expressão relativa após co-cultura em A. castellanii quando os ensaios foram realizados com culturas de Lp Paris na fase estacionária precoce (cinco foram induzidos e três reprimidos) Quando os ensaios foram realizados com culturas de Lp Paris na fase estacionária tardia 11 genes apresentaram repressão na sua expressão relativa. Analisando os resultados, concluímos que o perfil de expressão de Lp Paris foi modificado pela interacção com A. castellanii, no entanto essa mudança foi dependente da fase do seu ciclo de vida.-------ABSTRACT: Legionella is a pathogenic Gram-negative bacterium that replicates not only within aquatic protozoa like Acanthamoeba castellanii (A. castellanii), but also within human alveolar macrophages, which can result in a severe pneumonia. Legionella has a biphasic life cycle in broth, where exponential phase cultures display replicative traits and stationary bacteria express transmissive factors. Recent studies demonstrated that for successful infection of host cells, Legionella needs to ensure a precise timing of its life cycle. Many models of study were developed in order to learn about the intracellular life cycle and to identify the genes necessary for the host cell modulation. Although knowledge about the bacteria-host interaction is still limited, it appears that this interaction generate a pool of virulence traits, allowing the bacterium to infect human phagocytic cells and cause disease. The purpose of the present study was to investigate and select de critical genes for the infectivity of Legionella pneumophila strain Paris (Lp Paris), design and optimize a real time PCR technique for gene expression study and compare the expression profile of Lp Paris before and after co- culture of A. castellanii. The results show that eight of 12 genes in study changed its relative expression after coculture in A. castellanii when we performed the intracellular assays with early stationary phase Lp Paris cultures (five were induced and tree were repressed). When we performed the intracellular assays with late stationary phase Lp Paris cultures 11 genes showed a repressed relative expression. Analysing the results, we conclude that the expression profile of Lp Paris was modified by interaction with A. castellanii but this change was dependent of the timing of its life cycle.

New analytical methodologies for doping control – detection of anabolic androgenic steroids in human urine

Dissertation submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia - Universidade Nova de Lisboa in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Biochemistry - Biotechnology)