O desenvolvimento de dispositivos microfluídicos biomiméticos, \"órgãos-em-chip\", tem permitido melhores respostas em ensaios que carecem de uma correlação fisiológica mais próxima da in vivo. Explorando as tecnologias da microfluídica e microfabricação, esses dispositivos recapitulam aspectos específicos de estruturas e funções dos órgãos. Ainda, os avanços obtidos em culturas tridimensionais de células, modelos de matrizes extracelulares e tecnologias direcionadas às células tronco, têm consolidado os órgãos-em-chip como uma ferramenta fundamental para a compreensão de diversas respostas biológicas do corpo humano frente às aplicações biomédicas, farmacêuticas, químicas e ambientais. Com os avanços da nanotecnologia e ciência dos materiais, inúmeros progressos têm sido alcançados na farmácia e na medicina. Devido à redução da escala, propriedades que se diferenciam substancialmente daquelas encontradas na escala macro são obtidas. As nanopartículas de dióxido de titânio (NPs TiO2) têm apresentado múltiplas aplicações na medicina e na indústria. Em vista disso, faz-se necessário a investigação dos efeitos tóxicos dessas nanopartículas, seja na saúde ou no meio ambiente. É bem documentado que as NPs TiO2 podem chegar à corrente sanguínea e alcançar vários órgãos, causando reações inflamatórias e interações celulares que podem ser patogenicamente relevantes. Assim, o presente trabalho propõe o estudo dos efeitos das NPs TiO2 em células endoteliais (HUVEC) cultivadas em um dispositivo microfluídico fabricado em poliéster-toner (PT), uma tecnologia simples que alia rapidez e baixo custo de produção. A viabilidade do uso dos microchips de PT foi avaliada por meio do teste MTT e produção de NO e verificou-se serem adequados para a cultura de células endoteliais. As células no sistema microfluídico foram expostas às NPs TiO2, e os resultados comparados a um sistema estático (placas de cultura de células) submetido às condições semelhantes. Os sobrenadantes de ambos os sistemas foram utilizados para determinação da produção de VEGF-A. Ademais, foram avaliadas a produção de aníon superóxido e a indução de apoptose. Os resultados esclarecem os mecanismos de toxicidade das NPs TiO2 e são correlacionados com as patologias que eventualmente estão associadas a esses efeitos. Por meio deste estudo, demonstrou-se o grande potencial dos microchips de PT para estudos em biologia celular, os quais podem fornecer a base para ensaios pré-clinicos com maior poder preditivo, alternativos ao uso de animais e cobaias na pesquisa científica. / The development of biomimetic microfluidic devices, \"organ-on-chips\", has allowed better responses in assays that need a closer in vivo physiological correlation. Exploring the technologies of microfluidics and microfabrication, these devices recapitulate specific aspects of structures and functions of the organs. In addition, the progress made in 3D cell cultures, extracellular matrix models, and stem cells technologies, have consolidated the organ-on-chips as a key tool for understanding various biological responses of the human body in face of biomedical, pharmaceutical, chemical, and environmental applications. With the advances in nanotechnology and materials science, much progress has been made in pharmacy and medicine. Due to the scale reduction, properties that differ substantially from those found on the macro scale are obtained. Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) have found many applications in medicine and industry. In view of this fact, it is necessary to investigate the toxic effects of nanoparticles, either on health or in the environment. It has been well documented that TiO2 NPs can reach the bloodstream and affect various organs, causing inflammatory reactions and cellular interactions that can be pathogenetically relevant. Thus, this work proposes the study of the effects of TiO2 NPs in endothelial cells (HUVEC) cultured in a microfluidic device made of polyester toner (PT), a simple technology that combines speed and low cost of production. The viability of the use of PT microchips was evaluated by MTT assay and production of NO and we found that it is suitable for culturing of endothelial cells. The HUVEC in the microfluidic system were exposed to TiO2 NPs and the results compared to a static system (cell culture plates) subjected to similar conditions. Supernatants from both systems were used for determining the production of the VEGF-A. Furthermore, we have evaluated superoxide anion production and induction of apoptosis. The results clarify the mechanisms of toxicity of NPs TiO2 and are correlated with the pathologies that eventually are associated with these effects. Through this study, we demonstrated the great potential of PT microchips for studies in cell biology, which may provide the basis for pre-clinical trials with greater predictive power, alternative to the use of animals in scientific research.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-01022017-153404 |
| Date | 21 October 2016 |
| Creators | Leão, Paulo Augusto Gomes Garrido Carneiro |
| Contributors | Carrilho, Emanuel |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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