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.

Riscos laborais associados à manipulação de nanomateriais

De um modo geral, os nanomateriais manufaturados (NM) são definidos como materiais fabricados deliberadamente e que contêm partículas com pelo menos uma dimensão externa na gama de tamanhos compreendida entre 1 e 100 nanómetros (Comissão Europeia, 2011). A sua pequena dimensão confere-lhes propriedades físicas, químicas e biológicas que podem diferir bastante das propriedades dos materiais com a mesma composição química mas utilizados numa escala não nanométrica. São as propriedades mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas inerentes aos materiais na escala “nano” que os tornam vantajosos para as mais diversas aplicações industriais e biomédicas. Contudo, a enorme expansão que tem vindo a acontecer ao nível da síntese, produção industrial e utilização de NMs contrasta com uma ainda insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente. Efectivamente, A European Agency for Safety and Health at Work (EU-OSHA,2009) considerou a exposição a NM como o risco emergente mais premente no contexto da saúde ocupacional, estimando que entre 300.000 a 400.000 postos de trabalho lidavam já directamente com as nanotecnologias. Neste seminário será abordada a possibilidade de exposição ocupacional ao longo do ciclo de vida dos NM, bem como as suas potenciais implicações para a saúde dos trabalhadores. Nesta palestra são apresentados alguns estudos realizados no Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge que produziram evidência científica que poderá contribuir para o esforço internacional da regulação da produção e aplicação de nanomateriais, salvaguardando a saúde humana face às suas aplicações inovadoras.

Multibiomarker assessment of cadmium-based quantum dots effects in the marine mussel Mytilus galloprovincialis

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente, Ramo: Ciências e Tecnologias do Ambiente, Especialização em Ecotoxicologia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Os nanomateriais e a questão ambiental

The increasing use of nanomaterials in several products in different areas such as electronics, cosmetics, food and drugs has attracted the attention of the scientific community due to unknown properties of these materials, such as the life cycle and the interaction with receptor organisms once they reach the environment. In this context, the present work shows an updated scenario of nanomaterials applications, characterization methods and toxicity evaluation, also addressing important aspects related to the development and application of nanotechnology under the environmental point of view.

Nanotoxicologia: contribuição para a avaliação da segurança de nanomateriais

Background: Products containing nanomaterials (NMs) are increasingly being used in a wide range of applications in science, industry and biomedicine.

Métodos "verdes" de produção de nanomateriais que promovem nanotecnologias sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Os nanomateriais e a questão ambiental

The increasing use of nanomaterials in several products in different areas such as electronics, cosmetics, food and drugs has attracted the attention of the scientific community due to unknown properties of these materials, such as the life cycle and the interaction with receptor organisms once they reach the environment. In this context, the present work shows an updated scenario of nanomaterials applications, characterization methods and toxicity evaluation, also addressing important aspects related to the development and application of nanotechnology under the environmental point of view.

Os nanomateriais e a descoberta de novos mundos na bancada do químico

In recent years there has been great progress in the field of nanotechnology largely driven by research into nanomaterials. Chemistry appears in this context for its relevant role in the synthesis and surface modification of nanomaterials. This review article discusses fundamental concepts related to the synthesis and properties of inorganic nanoparticles with diverse properties. Aspects related to unique size dependent optical and magnetic properties are discussed and the chemistry involved in the preparation of nanomaterials reviewed. Fundamental aspects of the chemical modification of nanoparticles envisaging potential applications for these materials are also addressed.

Síntese de nanomateriais de carbono a partir do resíduo de milho (DDGS)

The world's largest ethanol producer (USA) uses corn as feedstock. DDGS (distillers dried grains with solubles) is the main waste generated from this process (around 32 million t/year). DDGS samples were pyrolyzed at 1000 ºC in a furnace with controlled atmosphere. The effluent was channeled to a second furnace, in which catalyst substrates were placed. Chromatographic analysis was used to evaluate the gaseous effluents, showing that the catalyst reduced hydrocarbon emissions. The solid products formed were analyzed by SEM and TEM. Graphitic structures and carbon nanofibers, 50 µm in length and with diameters of 80-200 nm, were formed.

Eletrocromismo: fundamentos e a aplicação de nanomateriais no desenvolvimento de eletrodos de alto desempenho

This review deals with the basis and novel trends in electrochromism, describing the basic aspects and methodologies employed for the construction and analyses of different modified electrodes. The work presents the classic materials used for the construction of electrochromic electrodes, such as WO3 and a view on the basic concepts of chromaticity as a useful approach for analyzing colorimetric results. The report also addresses how the incorporation of nanomaterials and the consequent novel modification of electrodes have furthered this area of science, producing electrochromic electrodes with high performance, high efficiency and low response times.

Metodologia para o cálculo de um indicador da viabilidade de customização de produtos manufaturados

O tema desta dissertação de mestrado é o estudo da Customização em Massa (CM) com vistas à elaboração de um índice que meça a viabilidade da implantação de sistemas de manufatura customizados. A CM vem sendo identificada por um número crescente de organizações como uma importante estratégia competitiva. A etapa inicial desta dissertação foi a revisão bibliográfica sobre CM, Flexibilidade na Manufatura e Desdobramento da Função Qualidade (QFD), que constituem os seus temas principais. Na segunda etapa foi elaborada a metodologia que propõe o cálculo de um indicador de viabilidade de customização de produtos manufaturados. Como ferramenta para a elaboração deste índice, utilizou-se o QFD. Através do emprego da metodologia proposta é possível listar e ponderar as demandas de customização pelos clientes e, então, avaliar a viabilidade de se customizar os elementos desejados pelo cliente em termos de produto e processo (viabilidade tecnológica e flexibilidade de manufatura). Na última etapa a metodologia proposta nesta dissertação foi aplicada através de um estudo de caso, permitindo-se o esclarecimento da realização das suas etapas.

Pirólise de borras oleosas de petroleo utilizando nanomateriais

The oily sludge is a complex mix of hydrocarbons, organic impurities, inorganic and water. One of the major problems currently found in petroleum industry is management (packaging, storage, transport and fate) of waste. The nanomaterials (catalysts) mesoporous and microporous are considered promising for refining and adsorbents process for environment protection. The aim of this work was to study the oily sludge from primary processing (raw and treated) and vacuum residue, with application of thermal analyses technique (pyrolysis), thermal and catalytic pyrolysis with nanomaterials, aiming at production petroleum derived. The sludge and vacuum residue were analyzed using a soxhlet extraction system, elemental analysis, thin layer chromatography, thermogravimetry and pyrolysis coupled in gas chromatography/mass spectrometry (Py GC MS). The catalysts AlMCM-41, AlSBA-15.1 e AlSBA-15.2 were synthesized with molar ratio silicon aluminum of 50 (Si/Al = 50), using tetraethylorthosilicante as source of silicon and pseudobuhemita (AlOOH) as source of aluminum. The analyzes of the catalysts indicate that materials showed hexagonal structure and surface area (783,6 m2/g for AlMCM-41, 600 m2/g for AlSBA-15.1, 377 m2/g for AlSBA-15.2). The extracted oily sludge showed a range 65 to 95% for organic components (oil), 5 to 35% for inorganic components (salts and oxides) and compositions different of derivatives. The AlSBA-15 catalysts showed better performance in analyzes for production petroleum derived, 20% increase in production of kerosene and light gas oil. The energy potential of sludge was high and it can be used as fuel in other cargo processed in refinery