Avaliação das respostas biológicas frente à exposição aos nano- e micro-plásticos.

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dc.contributor.advisorArmani, Alessandra Lourenço Cecchini
dc.contributor.authorBrito, Walison Augusto da Silva
dc.contributor.bancaFernandes, Glaura Scantamburlo Alves
dc.contributor.bancaGuarnier, Flávia Alessandra
dc.contributor.bancaPerobelli, Juliana Elaine
dc.contributor.bancaMarinello, Poliana Camila
dc.contributor.coadvisorBekeschus, Sander
dc.coverage.extent101 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-03-13T18:09:25Z
dc.date.available2025-03-13T18:09:25Z
dc.date.issued2023-12-08
dc.description.abstractA presença de partículas de nano e micro-plásticos (NMPs) é uma preocupação ambiental e ecológica cada vez maior devido aos seus possíveis impactos negativos sobre a saúde humana. Os seres humanos são expostos diariamente aos NMPs por ingestão, inalação e contato tópico. No entanto, devido às limitações nas metodologias de amostragem, detecção e quantificação da exposição aos NMPs em matrizes biológicas e complexas, os roedores e os modelos de cultura de células são ferramentas importantes para a avaliação toxicológica. Estudos in vitro e in vivo descreveram a bioacumulação, o estresse oxidativo, a inflamação e a perturbação metabólica após a exposição aos NMPs como as principais respostas biológicas. Os NMPs ambientais são difíceis de serem amostrados e identificados, portanto, os NMPs disponíveis comercialmente têm sido amplamente utilizados em estudos toxicológicos. No entanto, esses NMPs geralmente apresentam propriedades físico- químicas homogêneas, diferindo das misturas heterogêneas dos NMPs encontrados no meio ambiente, que apresentam diversos tipos de polímeros, tamanhos e formas. Portanto, é necessário desenvolver novos métodos para produzir NMPs ambientalmente relevantes para servir como materiais de referência para pesquisas toxicológicas e investigar seus possíveis efeitos na saúde humana. Considerando isso, produzimos NMPs de polietileno tereftalato (PET) usando um tratamento de ultrassom em condições alcalinas, adotando algumas modificações ao protocolo convencional. Além disso, nosso estudo teve como objetivo investigar os possíveis efeitos biológicos da exposição aguda de PET NMPs em duas linhas de células humanas, A549 e HaCaT, abordando a inalação e as rotas de exposição humana tópica in vitro. O tratamento por ultrassom em condições alcalinas induziu a degradação do polímero em PET NMPs menores, formando fragmentos heterogêneos em forma e, em geral, semelhanças nas superfícies químicas entre o PET antes e depois da sonicação. Em um sistema aquoso, os PET NMPs apresentaram um tamanho médio de 781 nm, uma suspensão polidispersa e uma carga de superfície negativa. Suspenção monodispersa de poliestireno amino-modificado (PS-NH2) de 55 nm foi utilizado como controle positivo para as análise in vitro. Após a exposição aguda de PET NMPs, o metabolismo das células A549 foi ligeiramente aumentado, enquanto o HaCaT não sofreu alteração. Ambas as linhas celulares interagiram e absorveram PET NMPs, o que foi observado pelo aumento da granularidade celular. Além disso, a viabilidade celular foi reduzida e o aumento da necrose foi observado apenas nas células A549. O aumento da formação de micronúcleos em alta concentração foi observado nas células HaCaT. A exposição aos PET NMPs não foi capaz de alterar os níveis de ERO intracelulares, em contraste com os PS-NH2 NMPs. No entanto, a redução dos níveis de tiois foram observadas somente nas células HaCaT após exposição. Além disso, em alta concentração, os PET NMPs induziram a ativação do Nrf2 em ambas as linhagens celulares. Os PET NMPs induziram diferentes perfis de secreção de citocinas e os principais efeitos observados ocorreram em alta concentração e em citocinas pró-inflamatórias. Assim, ambas as linhagens celulares apresentaram alterações significativas com relação à ativação do NF-?B. Os PET NMPs induziram alterações na morfologia celular apenas nas células HaCaT. Ainda, os marcadores de autofagia (mTOR, ULK1, ATG5 e LC3B) foram afetados de formas diferentes em ambas as linhagens celulares, sendo que marcadores iniciais (mTOR e ULK1) estavam significativamente reduzidos. Curiosamente, as análise de componentes principais revelaram que as alterações relacionadas à autofagia ocorreram independentemente da concentração. Em conclusão, os PET NMPs ambientalmente relevantes produzidos por sonicação foram internalizados pelas linhagens celulares humanas e afetaram de forma diferente as respostas biológicas em relação à linhagem celular.
dc.description.abstractother1The presence of nano- and micro-plastics particles (NMPs) is a growing environmental and ecological concern due to their potential negative impacts on human health. Humans are exposed daily to NMPs by ingestion, inhalation and topic contact. However, due to limitations in methodologies for sampling, detection and quantification of NMPs exposure in biological and complexes matrices, rodents and cell culture models are important tools for toxicological assessment. In vitro and in vivo studies have described bioaccumulation, oxidative stress, inflammation, and metabolic disruption upon NMPs exposure as main biological responses. Environmental NMPs are difficult to sample and identify, thus, commercially available NMP have been used extensively in toxicological studies. However, those NMP generally present homogenous physico-chemical properties, differing from heterogenous NMPs mixtures found in the environment, presenting diverse polymer types, sizes and shapes. Therefore, it is necessary to develop new methods for producing environmentally relevant NMPs to serve as reference materials for toxicological research and investigate their potential effects on human health. Considering that, we produced polyethylene terephthalate (PET) NMPs using an ultrasound treatment in alkaline conditions, adopting a few modifications. Further, our study aimed to investigate the possible biological effects upon acute PET NMPs exposure in two human cell lines, A549 and HaCaT, addressing inhalation and topic human exposure routes in vitro. Ultrasound treatment in alkaline conditions induced polymer degradation into smaller PET NMPs, forming heterogeneous fragments in shape and in general, surface chemical similarities between PET before and after sonication. In aqueous system, PET NMPs showed an average size of 781 nm, a polydisperse suspension and a negative surface charge. Monodisperse suspension of 55 nm polystyrene amino-modified (PS-NH2) was used as positive control for in vitro analysis. After PET NMPs acute exposure, A549 cells metabolism was slightly increased while HaCaT did not alter. Both cell lines interacted and took PET NMPs up, observed by increased cellular granularity. In addition, cell viability was reduced and increased necrosis was observed only in A549 cells. Increased micronuclei formation at high concentration was observed in HaCaT cells. PET NMPs exposure was unable to change intracellular ROS levels contrasting to PS-NH2 NMPs. However, reduced thiol content was observed only in HaCaT cells after exposure. Moreover, at high concentration, PET NMPs induced activation of Nrf2 in both cell lines. PET NMPs induced different cytokines’ secretion profiles and mainly observed effects occurred at high concentration and on proinflammatory cytokines. Thus, both cell lines showed significant alterations regarding activation of NF-?B. PET NMPs induced cell morphology changes only on HaCaT cells. In addition, autophagy markers (mTOR, ULK1, ATG5 and LC3B) were affected in different ways in both cell lines, with initial markers (mTOR and ULK1) being significantly reduced. Interestingly, principal component analysis revealed that the autophagy-related alterations occurred regardless of concentration. In conclusion, environmentally relevant PET NMPs produced by sonication was internalized by human cell lines and differently affected biological responses in regard to cell line.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18635
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCB - Departamento de Ciências Patológicas
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Patologia Experimental
dc.subjectAvaliação de toxicidade
dc.subjectAbsorção de partículas
dc.subjectEstresse oxidativo
dc.subjectResposta relacionada à inflamação
dc.subjectAutofagia
dc.subject.capesCiências Biológicas - Biologia Geral
dc.subject.cnpqCiências Biológicas - Biologia Geral
dc.subject.keywordsToxicity assessment
dc.subject.keywordsParticle uptake
dc.subject.keywordsOxidative stress
dc.subject.keywordsInflammation-related response
dc.subject.keywordsAutophagy
dc.titleAvaliação das respostas biológicas frente à exposição aos nano- e micro-plásticos.
dc.title.alternativeEvaluation of biological responses through nano- and micro-plastics exposure.
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Biológicas

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