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Tipo do documento: Tese
Título: Investigação da genotoxicidade e ecotoxicidade de nanoesferas de carbono
Título(s) alternativo(s): Investigation of genotoxicity and ecotoxicity of carbon nanospheres
Autor: Honório, Jaqueline Gonçalves 
Primeiro orientador: Felzenszwalb, Israel
Primeiro membro da banca: Fonseca, Adenilson de Souza da
Segundo membro da banca: Granjeiro, Jose Mauro
Terceiro membro da banca: Leitão, álvaro Augusto da Costa
Resumo: Nas últimas décadas, diversas técnicas de síntese de materiais de carbono foram desenvolvidas com o objetivo de produzir novas nanoestruturas. Dentre estas, estão as nanoesferas de carbono (NEsC). As NEsC são definidas como esferas de 50 a 1000 nm de diâmetro e possuem inúmeras aplicações, como por exemplo, suportes para catalisadores e biossensores. No entanto, as interações das NEsC com as diferentes matrizes biológicas ainda são pouco estudadas. Neste trabalho, investigou-se a ecotoxicidade e a genotoxicidade de nanoesferas de carbono, incluindo seus residuos de síntese, com intuito de contribuir na elaboração de ficha preliminar de segurança do produto. Para isso foram verificadas características físico-químicas das NEsC produzidas pela parceria entre a Petrobras e o Centro de Tecnologia do Exército (CTEx), segundo a patente US 8722007 B2. Foi avaliada também a ecotoxicidade aguda e crônica do material a organismos aquáticos presentes na coluna d água e sedimento como o anfípodo estuarino <i>Grandidierella bonnieroides</i>. A biocompatibilidade a células eucarióticas foi analisada por ensaios de citotoxicidade (efeitos em estabilidade de membrana e atividade mitocondrial) e genotoxicidade (micronúcleo) em linhagens de células de pulmão (A549), fígado (HepG2) e macrófagos (RAW264.7). A investigação da toxicidade dos resíduos de síntese foi realizada através de ensaios de mutagenicidade por Salmonella/microssoma e citotoxicidade para células epiteliais alveolares humanas (A549) dos extratos orgânicos de NEsC. As partículas apresentaram distribuição de diâmetros lognormal com variação aproximada de 50 nm a 600 nm, diâmetro médio de partícula de 165 nm, área de superfície 26 m2/g e foram observados hidrocarbonetos policiclicos aromáticos aderidos em suas superfícies, evidenciado pela análise em cromatografia gasosa com acoplamento de espectometro de massas do extrato orgânico. Os resultados de toxicidade aguda mostraram concentrações efetivas para 50% da população, CE50, de 38 mg/L a <i>Vibrio fischeri</i>, 25 mg/L a <i>Daphnia similis</i>, 8 mg/L a <i>Ceriodaphnia dúbia</i> e > 50 mg/L a embriões de Danio rerio e > 10 g/Kg de sedimento (peso seco) para <i>Grandidierella bonnieroides</i>. Também não houveram alterações significativas no desenvolvimento de embriões de D. rerio durante as exposições. O material não induziu perda de viabilidade celular mensurada por WST (atividade mitocondrial), entretanto gerou danos de membrana em ausência de relação concentração-resposta. As NEsC não induziram a formação de micronúcleos em células de todas as linhagens testadas. O extrato orgânico das NEsC apresentou efeito mutagênico na presença de metabolização exógena, para as linhagens TA98 e TA100, apresentando potência mutagênica de 86,6 e 37,5 colônias revertentes por miligrama do material, respectivamente, enquanto que em ausência de ativação metabólica não foi observado este efeito para TA98, TA100, YG1021 e YG1024. Os extratos não apresentaram citotoxicidade a células A549 para ambos os efeitos observados.
Abstract: Last decades several techniques for carbon materials synthesis have been developed aiming to produce new nanostructures. Among these, there are carbon nanospheres (CNS) defined as 50 to 1000 nm diameter spheres. Despite of their excellent performance in various fields as drug delivery, heterogeneous catalysis, encapsulation of support and electrode materials, few data are available about their toxicity. The present work investigated ecotoxicity and genotoxicity of CNS, including evaluation of their synthesis residues, aiming to contribute to product safety data sheets. Physicochemical characterization of CNS produced by chemical vapor deposition method (US 8722007 B2 patent) in a partnership among Petrobras and Brazilian Army Technology Center was performed. A multitrophic level test battery consisted of the following assays was performed: <i>Vibrio fischeri</i> 30min luminescense, <i>Daphnia similis</i> 48h imobility, <i>Ceriodaphnia dubia</i> 48h imobility, <i>Ceriodaphnia dubia</i> 8d reproduction, Danio rerio embryo 96h survival and <i>Grandidierella bonnieroides</i> 10d survival. Biocompatibility of CNS was evaluated throught citotoxicty assays which detect different endpoints as mitochondrial activity by WST-1 kit (Roche Applied Science) and cell membrane damage by LDH kit (Roche Applied Science) and cytokinesis-block micronucleus test using different cell lines (A549, HepG2 and RAW2647). Organic extracts of CNS was analised using citotoxicity assays and Salmonella/microsome assay to verify mutagenic potencial. The CNS particles presented 165 nm mean diameter, size range: 50 to 600nm, surface area of 26 m2/g and the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons on their surface. The results obtained for acute exposures of aquatic animals were EC50 38 mg.L-1 to <i>Vibrio fischeri</i>, 25 mg.L-1 to <i>D.similis</i>, 8 mg.L-1, <i>C. dubia</i> and >10g/Kg dry weight sediment to <i>G.bonnieroides</i>. Subchronic exposure of zebrafish embryos showed LC50 >50 mg.L-1 and nonsignificant development alterations. Lastly, the reproduction decreasing of <i>C.dubia</i> presented NOEC 5mg.L-1. Cells incubated with CNS did not present loss of viability measured through mitochondrial activity but showed cell membrane damage without concentration-response relationship. After exposure, the material did not induce the formation of micronuclei in cells, for all strains tested. CNS extracts induced mutagenicity in TA98 and TA100 strains in presence of exogenous metabolization with mutagenic potency of 87 and 38 revertants per milligram of material. No mutagenic response was detected in TA98, TA100, YG1021 and YG1024 strains without exogenous metabolization. Cytotoxic effect was not observed for CNS extracts in A549 cells.
Palavras-chave: Carbon nanospheres
Carbon nanomaterials
Nanotoxicology
Nanoesferas de carbono
Nanomateriais de carbono
Nanotoxicologia
Toxicologia ambiental
Carbono Testes de toxicidade
Nanopartículas
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOLOGIA GERAL
Idioma: por
País: BR
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro Biomédico::Instituto de Biologia Roberto Alcantara Gomes
Programa: Programa de Pós-Graduação em Biociências
Citação: HONÓRIO, Jaqueline Gonçalves. Investigação da genotoxicidade e ecotoxicidade de nanoesferas de carbono. 2017. 134 f. Tese (Doutorado em Biociências Nucleares; Ecologia) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16110
Data de defesa: 23-Mar-2017
Aparece nas coleções:Doutorado em Biociências

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