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!
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