NANOTECNOLOGIA X NANOTOXICOLOGIA - UFPel€¦ · capacidade antioxidante em bactérias e nos...

Universidade Federal de Pelotas – UFPEL Graduação: Biotecnologia

Disciplina: Nanobiotecnologia

NANOTECNOLOGIA X NANOTOXICOLOGIA

MICHELI CASTRO 1

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Roteiro da aula

•Introdução: NANOTECNOLOGIA; •Conceito; •Produtos de nanotecnologia; •Síntese de nanomateriais; •Aplicações; •NANOTOXICOLOGIA •Dualidade de efeitos; •Trabalhos publicados na área •Mecanismo de toxicidade

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Introdução

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Introdução

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Introdução

•nano: do grego significa “anão” •1 nanômetro = 1 mm/1000 •1 bilhão de vezes menor que o metro = 10-9 m

U.S. National Nanotechnology Initiative

1-100 nm Nanomateriais biologicamente

ativos

Síntese e aplicação de materiais de tamanho e forma em uma dada NANOescala. Com o objetivo de criar novos materiais

com significante melhoria nas suas propriedades físicas, químicas e biológicas.

Introdução (Moore 2006)

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NANOtecnologia

Um nanocomposto ou nanomaterial é dito quando pelo uma de suas dimensões encontra-se numa escala nanométrica (<100 nm).

NANOcompostos

1 nm 20 cm 12 000 Km

Comparativo

Introdução

Naturais Antropogênicas

Introdução

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Fonte de nanopartículas

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▪ Ouro e óxido de zinco - cosméticos;

▪ Dióxido de titânio - baterias solares;

•Nanotubos de carbono:

▪Fulereno - cosméticos, placas solares, eletrônicos, medicina, fármacos...

Introdução

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NANOpartículas sintéticas

Nanomoléculas altamente simétricas, com ligações insaturadas. Devido a estas características é aplicado em diversas áreas

médicas e científicas

C20 C70 C240

C540

O fulereno foi descoberto em 1985 por Kroto, Curl, Smalley e colaboradores e em 1996 receberam o

Prêmio Nobel 11

Síntese de nanomateriais

Fulereno (C60)

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Hepatócitos co-expostos a 2 [As] e fulereno mostrou ação antioxidante. Diminuindo ROS e LPO.

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O fulereno diminui a toxicidade causada por 2 organofosforado em cultura primária de neurônios.

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Síntese de nanomateriais

Nanotubos de carbono

Descobertos por Sumio Iijima em 1991. Possui

diâmetro nanometrico e comprimento variável na

ordem de microns.

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Aplicação de nanotubos de carbono

•Nanosensores: sensores de gás; •Transfecçao celular; •Aditivos para materiais poliméricos; •Imobilizadores de proteinas: metalotioneínas, citocromo C; •Adsorventes de metais pesados em efluentes; •Podem ser semicondutores ou metálicos.

“O comportamento metálico significa que as propriedades de condução de eletricidade do nanotubo se comparam às dos metais. Já nos semicondutores, as condições para o transporte de energia dependem de alguns parâmetros, que podem ser controlados",

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Nanocompostos lábeis

Desintegram-se quando aplicadas sobre a pele.

Ex: lipossomas, microemulsões, nanoemulsões

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Objetivo: avaliação da capacidade antioxidante do LA em formulações contendo LA livre e nanoencapsulado utilizando como modelo cyprinos carpio.

A longo prazo, 1 semana, foi constatado um aumento na competência antioxidante e uma diminuição de TBARS em organismos que receberam LA nanoencapsulado.

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Objetivo: avaliação do efeito neuroprotetor da indometacina nanoencapsulada in vitro.

O bloqueio da neuroinflamação está relacionado com o efeito neuroprotetor da IndOH-NC. Embora a indometacina não seja usada no tratamento da esquemia cerebral, as formulações nanoencapsuladas contendo indometacina podem ser consideradas fortes candidatos para o tratamento.

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Objetivo: avaliação toxicologica de LNC para futuras aplicações em vacinas e patch-devices para aumentar o delivery de drogas.

Segundo autores as LNC são seguras após a administração intradermica, não apresentam efeitos tóxicos e genotoxicos in vivo nas condições avaliadas

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NANOTOXICOLOGIA

Uma área do conhecimento científico que objetiva avaliar os efeitos dos nanomateriais em organismos vivos.

•Atividade anti-viral;

•Antioxidante;

•Atividade antimicrobiana;

•Transporte de drogas de efeito radioterápico e contrastes para diagnóstico por imagem .

• Agem como geradores de estresse oxidativo;

• Disruptores celulares;

• Carreadores de xenobióticos;

Por outro lado....

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NANOpartículas

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Na presença de luz o fulereno aumentou a produção de ROS, LPO e diminuiu a síntese de GSH.

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O Presente estudo indica aumento na toxicidade quando se usa solvente orgânico no método de

preparação.

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Objetivo: avaliar respostas antioxidantes e oxidantes induzidas pelo C60 e nAg em poliqueto e em comunidades bacterianas.

Os 2 nanomateriais testados geraram efeitos tóxicos aos organismos expostos, como diminuição no numero de colônias bacterianas e na capacidade antioxidante em bactérias e nos poliquetos levou a um aumento de TBARS e diminuição na atividade enzimática e na capacidade antioxidante.

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Os SWNTC induziu toxicidade em neurônios e céls. Glias, prejudicando a função nervosa. Porém o

mecanismo de toxicidade não está totalmente claro.

ROS

Photo-excitação

METABOLISMO DAS NPS VIA CITOCROMO P450

RESPOSTAS INFLAMATÓRIAS

NPs

O2.-

H2O2

OH.

Oberdorster et al., 2005

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Nanotoxicologia

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Nanotoxicologia

Fosfolipídeos

Ác. aracdônico

PG, TrX

Macrófagos

ROS

Inflamação

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CYP 450

Nanotoxicologia

CYP 450: proposto como fonte de ROS, possivelmente pelo escape

de espécies parcialmente reduzidas durante o ciclo

catalítico da enzima.

ROS

Photo-excitação

Metabolismo das NPs via Citocromo P450

Respostas inflamatórias

NPs

O2.-

H2O2

OH.

Oberdorster et al., 2005

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Nanotoxicologia

Nanotoxicologia

O2.-

H2O2

OH.

C60 Photo-excitação

Kamat et al., 1998 e 2000

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EAO

Tempo de definições: o que é estresse

oxidativo? Um

desequilibro entre a

concentração de pro-

oxidantes e antioxidantes em favor dos

primeiros, com possibilidade

de induzir efeitos

deletérios (Halliwell e Gutteridge,

1999)

Conceito de estresse oxidativo

Núcleo

Núcleo

Radical livre: Qualquer espécie química que possui pelo menos um elétron não emparelhado

Molécula com dois elétrons emparelhado no orbital mais externo

Radical livre: não todos os elétrons estão emparelhados no orbital mais externa

Ausência de um elétron

Conceito de estresse oxidativo

Sequência de reações de oxidação e redução que terminam com a redução de um átomo de oxigênio em

uma molécula de água.

Conceito de estresse oxidativo

Potencial de redução

R-CH 2 -CH 2 -C-

O

S-CoA

R-CH CH-C-

O

S-CoA

R-CH-CH 2 -C-

OH

S-CoA

O

O

S-CoA

O

R-C-CH 2 -C-

CH 3 -C- S-CoA

O O

S-CoA + R-C-

FAD

FADH 2

H 2 O 2

O 2

FAD

FADH 2

Mitocondria Peroxisoma

Cadeia respiratória

O 2

H 2 O

ATP

H 2 O H 2 O

NAD

NADH

NAD +

NADH

Cadeia respiratória

O 2

H 2 O

ATP

CoASH CoASH

Para el ciclo de Krebs

15 – 20 % do processo de β – oxidação de ácidos graxos ocorre

nos peroxissomos.

O2.-

H2O2

.OH

Proteínas

Oxidação de aminoácidos

Inativação (enzimas)

Lipídios

Oxidação de ácidos graxos insaturados

Redução da fluidez de membranas

DNA

Oxidação de bases

Mutações pontuais

Conceito de estresse oxidativo

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Conceito de estresse oxidativo

A existência de um sistema antioxidante eficiente é uma condição obrigatória para qualquer organismo aeróbico em função dos diversos efeitos deletérios que podem exercer as ROS.

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Conclusão

• Caracterização dos nanocompostos;

• Padronização de protocolos experimentais;

• Rever a legislação vigente;

• Definir normas técnicas para ensaios toxicológicos.

Obrigado!

e-mail: micheli.castro@gmail.com