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Previous issue date: 2016-10-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NP) are commonly used in many industrial activities. Consequently, the daily consumption by humans is estimated in 5.4 mg day, with an input in the environment of 4.2 mg day per person, receiving or not appropriated
treatment before disposure. The cytotoxicity, genotoxicity and mutagenicity of TiO2-NP
were investigated using the established fish cell line derived from zebrafish (Danio rerio) liver (i. e. ZF-L cells). Prior to the evaluation of nanoparticle’s toxic potential, a careful characterization was realized in culture medium in the presence or not of fetal bovine serum (FBS). Regarding to the characterization in terms of size was accessed using a transmission electron microscope (TEM), the agglomeration potential and surface charge were accessed by diameter light scattering (DLS) and zeta potential measurements, respectively, using a spectrophotometer. TiO2-NP in environmentally relevant concentrations were tested for cytotoxicity, genotoxicity and mutagenicity. Cell viability was accessed by four different tests, the trypan blue assay (membrane integrity), MTT reduction assay (mitochondria), neutral red retention assay
(lysosomes) and finally, induction of apoptosis and necrosis. Genotoxicity was determined by observing the fragmentation of DNA by the comet assay, while mutagenicity was determined by Cytokinesis-block micronucleus technique. The characterization showed that the FBS was effective in dispersing the nanoparticles and prevent the formation of large agglomerates allowing robust responses on the real toxicity of NP. After 24 hours of treatment, there was cell membranes rupture,
decreasing cell viability to 35.33%, at the highest concentration (1.0 μg mL-1).
Mitochondrial metabolic activity remained unchanged, but it was possible to detect the
proliferation of lysosomes, which was mainly attributed to the NP endocytosis. The
induction of apoptosis was 50.4%, and necrosis was 13.9%, both in the concentration
1.0 μg mL-1 TiO2-NP. In the case of necrosis, a result 10 times greater than that presented by the negative control. Added necrosis and apoptosis indicated a decrease in cell viability to 35.7%. The comet test showed the fragmentation of the DNA, it was also possible to observe the formation of micronuclei, bridges and shoots demonstrated by the micronucleus assay. In general, this study demonstrated that
TiO2-NP, after 24 hours of exposure, significantly affect cell viability and cause DNA
damage, which may become irreversible. In conclusion, this study showed the cytotoxic, genotoxic and mutagenic potential of TiO2-NP for ZF-L cells. Mitochondrial and lysosome responses require further studies on the effect of TiO2-NP on these organelles. / Nanopartículas de dióxido de titânio (NP-TiO2) são comumente usadas em
muitos produtos industriais. Por conseguinte, seu consumo diário por seres humanos é estimado em 5,4 mg dia-1, o que acarreta em um aporte no ambiente de 4,2 mg dia-1 por pessoa, podendo ou não receber um tratamento apropriado antes do seu despejo. Foram avaliadas a citotoxicidade, genotoxicidade e mutagenicidade de NPTiO2
para a linhagem permanente derivada de fígado de peixe-zebra (Danio rerio) (células ZF-L). Antes da avaliação do potencial tóxico das nanopartículas, foi realizada uma caracterização cuidadosa em meio de cultura com e sem a adição de soro fetal de bovino (SFB). A caracterização em termos do tamanho físico da nanopartícula (NP)
foi realizada utilizando um microscópio eletrônico de transmissão (TEM); os tamanhos
hidrodinâmicos dos aglomerados e as cargas de superfície foram acessados por medidas de DLS (diameter light scattering) e potencial zeta, respectivamente utilizando um espectrofotômetro. A viabilidade celular foi avaliada por três ensaios diferentes, o ensaio de exclusão do corante azul de tripano (integridade de membrana), ensaio de redução do sal MTT (atividade metabólica mitocondrial) e ensaio de retenção do corante vermelho neutro (viabilidade dos lisossomos). A
indução de apoptose e necrose foi avaliada por citometria de fluxo. A genotoxicidade foi determinada pela observação da fragmentação do DNA por meio do ensaio do cometa, enquanto a mutagenicidade foi determinada pelo ensaio de micronúcleos com bloqueio da citocinese. A análise DLS mostrou que o SFB foi eficaz quanto à dispersão das nanopartículas e preveniu a formação de grandes aglomerados, o que permitiu a
obtenção de respostas mais robustas relativas à toxicidade real das nanopartículas. Após 24 horas de tratamento, houve ruptura das membranas celulares diminuindo a viabilidade celular a 35,33%, na concentração mais elevada (1,0 μg mL-1). A atividade metabólica mitocondrial manteve-se inalterada, mas foi possível detectar a proliferação dos lisossomos, que foi atribuída principalmente à endocitose das NP. A indução de apoptose foi de 50,4%, e de necrose de 13,9%, ambos na concentração 1,0 μg mL-1 NP-TiO2. No caso da necrose, um resultado 10 vezes maior do que o apresentado pelo controle negativo. Necrose e apoptose somadas indicaram a
diminuição da viabilidade celular a 35,7%. O teste do cometa mostrou a fragmentação
do DNA, também foi possível observar a formação de micronúcleos, pontes e brotos
demonstrados pelo ensaio do micronúcleo. Em geral, este estudo demonstrou que as NP-TiO2, após 24 horas de exposição, afetam significativamente a viabilidade celular
e causam danos ao DNA, que podem se tornar irreversíveis. Em conclusão, este estudo mostrou o potencial citotóxico, genotóxicos e mutagênico das NP-TiO2 para células ZF-L. Respostas mitocondriais e dos lisossomos requerem novos estudos quanto ao efeito das NP-TiO2 sobre essas organelas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8412 |
| Date | 27 October 2016 |
| Creators | Siqueira, Priscila Rodrigues de |
| Contributors | Fernandes, Marisa Narciso |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ecologia e Recursos Naturais, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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