Os nanomateriais metálicos tornaram-se uma parte indispensável dos campos industrial e médico devido às suas propriedades únicas e versáteis. O seu tamanho, que lhes confere as propriedades físico-químicas desejadas, é também motivo de preocupações ambientais e de saúde. As partículas nanométricas em nanomateriais têm mostrado alta reatividade em relação às biomoléculas e muitas vezes até toxicidade em relação às células biológicas.



Os cientistas atribuíram esse comportamento das nanopartículas metálicas em interação com biomoléculas a fenômenos como inflamação ou estresse oxidativo. No entanto, para garantir o uso seguro de nanopartículas metálicas, é necessário explorar os mecanismos moleculares responsáveis ​​pela toxicidade e compreender como a absorção de nanopartículas pelas células varia com base na sua forma, tamanho, morfologia e outros aspectos.

Para esclarecer esta questão, o professor assistente Yu-ki Tanaka e o professor Yasumitsu Ogra, ambos da Escola de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas da Universidade de Chiba, estimaram agora a ingestão celular de nanopartículas de sílica (SiNPs) com base em seus tamanhos.

Em sua recente descoberta publicada em Archives of Toxicology , os pesquisadores desenvolveram um sistema AF4-ICP-MS (fracionamento de fluxo de campo de fluxo assimétrico com espectrometria de massa de plasma indutivamente acoplado), que separou SiNPs de cinco tamanhos diferentes (10, 30, 50, 70 e 100 nm) e permitiu a avaliação quantitativa de citotoxicidade de SiNPs em células HepG2.

"Os SiNPs ganharam impulso em vários campos, como distribuição de medicamentos, imagens biomédicas, catalisadores, bem como remediação ambiental para remoção de contaminantes da água e do solo. No entanto, há também uma preocupação significativa sobre sua toxicidade ambiental e impacto potencial nos organismos vivos", diz o Dr. Tanaka quando questionado sobre a motivação por trás deste estudo.

"Portanto, para encontrar uma solução para o compromisso entre disponibilidade industrial e toxicidade, decidimos desenvolver uma técnica para compreender os potenciais efeitos adversos dos SiNPs, combinando dados quantitativos sobre a absorção celular e respostas toxicológicas."

Técnicas de análise de tamanho, como microscopia eletrônica e espalhamento dinâmico de luz baseado em laser, não conseguiram observar amostras de nanopartículas em camadas profundas e elucidar as composições químicas das nanopartículas. Para combater esses problemas, a equipe adotou a nova técnica de análise de tamanho AF4-ICP-MS, que não apenas superou esses problemas, mas também detectou nanopartículas de tamanho tão baixo quanto 10 nm. Isto não teria sido possível com métodos convencionais de ICP-MS.

A equipe usou o método baseado em AF4 para avaliar a absorção celular de SiNPs em células HepG2 de hepatoma humano cultivadas em laboratório. As medições mostraram que aproximadamente 17% dos SiNPs expostos às células HepG2 foram absorvidos. A microscopia eletrônica de transmissão (TEM) realizada pela equipe observou a presença de agregados de SiNP dentro das células, indicando a capacidade de pequenas nanopartículas de se estabelecerem no meio de cultura e entrarem facilmente nas células.

“Descobrimos que os SiNPs menores exibiam maior toxicidade para as células HepG2 do que os maiores, mas a análise AF4-ICP-MS não encontrou nenhuma diferença significativa dependente do tamanho no volume de partículas absorvido pelas células”, comenta o Dr. os resultados dos experimentos de toxicidade. Estes resultados sugeriram que o elevado comportamento citotóxico dos pequenos SiNPs estava enraizado na grande área superficial em relação ao volume de partículas quando comparado com os maiores.

Os pesquisadores também investigaram os mecanismos químicos associados à citotoxicidade. Os dados indicaram que a necrose celular estava parcialmente ligada ao estresse oxidativo causado pela produção de espécies reativas de oxigênio (ROS). Além disso, as interações dos grupos silanol na superfície do SiNP e dos fosfolipídios na membrana celular foram responsáveis ​​​​pelo dano celular associado.

No geral, os resultados apresentam a nova técnica AF4-ICP-MS como uma ferramenta poderosa para determinar quantitativamente a citotoxicidade induzida por nanopartículas metálicas de tamanhos variados. Os insights deste estudo também fornecem uma base sólida para estudos futuros que analisem a avaliação dos riscos de exposição às nanopartículas e sua carga potencial nos corpos humanos.

"O objetivo do nosso estudo foi criar uma técnica de análise fácil que ajudasse na missão de minimizar possíveis danos à saúde causados ​​​​pelas nanopartículas. Esperamos que as informações toxicológicas fornecidas pelo nosso estudo ajudem a estabelecer critérios para a utilização e regulação adequadas das nanopartículas nas indústrias, na área médica e até mesmo em itens de uso diário contendo nanopartículas", conclui o Dr. Tanaka.

Mais informações: Yu-ki Tanaka et al, Determinação quantitativa da captação intracelular de nanopartículas de sílica usando fracionamento de fluxo de campo de fluxo assimétrico acoplado com espectrometria de massa ICP e sua citotoxicidade em células HepG2, Arquivos de Toxicologia (2024). DOI:10.1007/s00204-023-03672-4
Fornecido pela Universidade de Chiba