Publicação: Avaliação do potencial genotóxico de nanopartículas de óxido de
zinco e dióxido de titânio pelo ensaio do micronúcleo em células V79 e
teste da mancha da asa em Drosophila melanogaster
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CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA
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Coorientador
Rezende, Alexandre Azenha Alves de
Resumo
A crescente exploração de nanopartículas estruturas sintetizadas artificialmente
que apresentam pelo menos uma dimensão entre 1 e 100 nm está relacionada
a vasta gama de aplicações em diferentes áreas. Devido às suas propriedades
específicas, nanopartículas de óxido de zinco (NPs de ZnO) e nanopartículas de
dióxido de titânio (NPs de TiO2) têm recebido muita atenção por causa das
diversas possibilidade de utilização em produtos de consumo, principalmente em
protetores solares, visto à eficácia aumentada na proteção contra luz UV e por
serem menos opacas que os respectivos compostos de tamanho maior. O
objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos citotóxicos, mutagênicos e
recombinogênicos de NPs de ZnO (21 nm), ZnO comercial, e três tipos diferentes
de NPs de TiO2: TiO2 anatase (5,2 nm), TiO2 anatase (9,1 nm) e TiO2 rutila (55,1
nm). O teste in vivo Somatic Mutation and Recombination Test (SMART) em asa
de Drosophila melanogaster e o teste do Micronúcleo com Bloqueio de Citocinese
(CBMN), in vitro, utilizando fibroblastos de pulmão de hâmster Chinês (células
V79) foram os escolhidos para realizar este trabalho. Larvas de 72 ± 4 h de D.
melanogaster obtidas por meio do cruzamento padrão (ST) ou cruzamento de alta
bioativação (HB) foram tratadas com 1,5625; 3,125; 6,25 ou 12,5 mM para o teste
SMART. Para os dois tipos de compostos, ZnO e TiO2, foram observados efeitos
mutagênicos apenas no cruzamento HB. Em relação ao ZnO, o comercial foi
capaz de aumentar as frequências de manchas mutantes na concentração de
6,25 mM, enquanto NPs de ZnO induziram mutagenicidade na concentração mais
alta. Para as NPs de TiO2, a fase anatase de 5,2 nm foi mutagênica nas
concentrações 1,5625 e 3,125 mM, e a rutila de 55,1 nm aumentou de forma
significativa a frequência de manchas mutantes em todas as concentrações
avaliadas, exceto com 3,125 mM. NPs de anatase TiO2 (9,1 nm) não causaram
efeitos mutagênicos em asas de D. melanogaster em nenhum dos cruzamentos.
Os efeitos mutagênicos observados no cruzamento HB, em contraste com o
cruzamento ST, no teste SMART podem ser justificados pela atividade metabólica
aumentada inerente aos indivíduos HB, com aumento na produção de espécies
reativas de oxigênio e, consequentemente, maior dano ao DNA. Para determinar
as doses utilizadas no tratamento do teste do micronúcleo, várias concentrações
xiii
de NPs de ZnO, e dos três tipos de NPs de TiO2, variando de 30,5 a 62.500,00
μM, foram avaliadas pelo teste colorimétrico XTT em células V79. NPs de ZnO e
TiO2 anatase de 5,2 e 9,1 nm demonstraram intensidade citotóxica similar, sendo
que a partir da concentração 244,1 μM foi observada significativa redução da
viabilidade celular. Por outro lado, a citotoxicidade de NPs de TiO2 na fase de
rutila (55,1 nm) começou mais tardiamente, a partir a concentração de 7.812,00
μM. Dentre as NPs avaliados, apenas ZnO (21 nm) e TiO2 anatase (5,2 nm) na
maior concentração avaliada foram capazes de induzir genotoxicidade em células
V79. As fases de TiO2 anatase (9,1 nm) e TiO2 rutila (55,1 nm) não causaram
aumento significativo de micronúcleo. Existem vários aspectos fisicoquímicos que
podem influenciar nos efeitos tóxicos das NPs, o que corrobora com diferenças
nos resultados citotóxicos e genotóxicos. Nas condicões experimentais deste
estudo, podemos afirmar que ambos os tipos de ZnO avaliados, bem como as
fases anatase e rutila das NPs de TiO2 foram capazes de induzir mutagenicidade.
Portanto, o uso desses nanomateriais deve ser cuidadosamente monitorado e os
mecanismos de indução de genotoxicidade devem ser elucidados.
Abstract
The growing exploration of nanoparticles (NPs) engineered structures that have
at least one dimension between 1 and 100 nm has a wide range of applications
in many fields. The aim of the present study was evaluate the cytotoxic, mutagenic
and recombinogenic effects of: 1] Amorphous Zinc oxide (ZnO), used as cement in
endodontic; 2] ZnO NPs (21 nm); 3] three different types of Titanium dioxide (TiO2)
NPs: anatase TiO2 (5.2 nm), anatase TiO2 (9.1 nm) and rutile TiO2 (55.1 nm). The
tests employed were the in vivo wing Somatic Mutation and Recombination Test
(SMART) in Drosophila melanogaster wings and the in vitro Cytokinesis-Block
Micronucleus (CBMN) assay using Chinese hamster lung fibroblasts (V79 culture
cells). D. melanogaster larvae of 72 ± 4 h, obtained from standard cross (ST) or
high bioactivation cross (HB) were treated with 1.5625; 3.125; 6.25 or 12.5 mM to
perform wing spot test (SMART). From both crosses, were obtained marker transheterozygous
(MH) and balancer heterozygous (BH) descendants. The analysis of
MH descendants showed that, for all composites, mutagenic and recombinogenic
effects were observed only in HB cross. Statistically significant increase in the
frequency of mutant spots was observed in individuals treated with 6.25 mM of
amorphous ZnO and 12.5 mM of ZnO NPs, mainly due to induction of small single
spots. The negative results observed in correspondent BH individuals, in witch is
possible the detection only of mutation and chromosomal aberration, allow us to
suggest that the increase in the frequency of small single spots observed in MH
descendants is mainly due to recombination between flr3 and mwh loci. For TiO2
NPs, anatase of 5.2 nm was mutagenic at concentrations 1.5625 and 3.125 mM,
and rutile phase of 55.1 nm significantly increased the frequency of mutant spots
at all concentrations tested, except at 3.125 mM. Anatase TiO2 NPs (9.1 nm) did
not cause mutagenic effects in wing of D. melanogaster neither in ST nor in HB
crosses. The mutagenic effects observed in HB cross in contrast with ST cross in
SMART assay can be justified possibly by the increase of metabolic activity in that
cross, with an increasing production of reactive oxygen species and consequently
higher DNA aggression. To determine the cell treatment for CBMN assay, several
concentrations of ZnO NPs and three types of TiO2 NPs, ranging from 30.5 to
62,500.00 μM, were tested for cytotoxic activity by XTT colorimetric assay with
xv
V79 cells. ZnO NPs (21 nm) and anatase TiO2 NPs (5.2 and 9.1 nm)
demonstrated similar cytotoxic intensity, showing decrease of V79 cell viability
since concentration 224.1 μM. On the other hand, rutile TiO2 NPs (55.1 nm)
cytotoxicity started later, at 7,812.00 μM. Among all NPs assessed, only ZnO (21
nm) and anatase TiO2 (5.2 nm) at highest concentration were able to induce
genotoxicity in V79 cells. Both, anatase TiO2 NPs (9.1 nm) and rutile TiO2 NPs
(55.1 nm) have not caused significant micronuclei increase. There are several
physicochemical parameters that can influence on toxic effects of NPs, what
corroborate to differences in cytotoxic and genotoxic patterns. In the experimental
conditions performed in this study, we can affirm that both kinds of ZnO, as well,
both, anatase and rutile phases of TiO2 NPs, were able to induce mutagenicity.
Therefore, the use of these NPs should be closely monitored and its genotoxicity
action mechanisms must be elucidated.
Palavras-chave
Micronúcleo, Mutagenicidade, Células V79, Drosophila melanogaster, Micronuclei, Mutagenicity, SMART, V79
cell, XTT, Zinc oxide, Titanium dioxide, Bioquímica, Nanocristais, Óxido de zinco, Dióxido de titânio
Citação
REIS, Érica de Melo. Avaliação do potencial genotóxico de nanopartículas de óxido de zinco e dióxido de titânio pelo ensaio do micronúcleo em células V79 e teste da mancha da asa em Drosophila melanogaster. 2014. 129 f. Tese (Doutorado em Ciências Biológicas) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2014.86