Avaliação da biocompatibilidade do polímero polipirrol utilizando Zebrafish (Danio Rerio) como organismo modelo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Kesiane Mayra da
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
Texto Completo: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/8824
Resumo: The polymer polypyrrole (PPy) has been of great interest in nanomedicine as a smart nanobiomaterial due to stimulus-response characteristics that are useful for tissue regeneration, neural implants and drug delivery systems. Although PPy has become a suitable tool for health sciences, nanoparticles might exert toxic effects in organisms and environment and, consequently, nanotoxicological approaches and toxicological screenings are needed to ensure their safety. Under this scenario, zebrafish emerges as a useful model organism to refine and deepen understanding of potential toxicological effects of nanomaterials. The current work aimed to synthesize and characterize PPy nanoparticles (doped with p-toluenesulfonic acid; PPy/p-TSA) and to evaluate the effects of 3- and 6-day exposure to different concentrations (25, 100, 250 e 500 μg/mL of PPy/p-TSA) on morphological, functional, behavioral, biochemical and molecular parameters in vivo, using zebrafish embryo and larva as model organism. Data show that both synthesis lot were able to produce PPy/p-TSA particles with nanoscale size and suspensions, performed in 1% PF68, were able to reach stability with 12-18h. Exposure to PPy/p-TSA suspension did not alter animals’ survival, however, it promoted early hatching, in a dose-dependent manner. Electronic microscopy analysis showed PPy/p-TSA particles affinity to biological tissue, with significant dose-dependent envelopment of embryo chorion. Morphological data showed significant changes in body length and ocular distance, especially in higher doses, which also presented changes in behavioral parameters compatible with animals hypoactivity. Therefore, results emphasize adverse effects of PPy/p-TSA exposures on development and behavior. To understand the potential underlying mechanisms contributing to the scenario, markers of inflammation, oxidative stress and cellular death were also evaluated. Myeloperoxidase activity, as an inflammatory marker, showed no alterations, except for reduction in the group with highest dose of PPy/p-TSA. Acridine orange staining indicated consistent cellular death in neuromasts and tail region exclusively in animals exposed to PPy/p-TSA. Oxidative stress markers were also found to be altered in terms of gene expression and/or protein activity. Activity of catalase and glutathione reductase content, for example, were, respectively, increased and reduced among exposed groups. Taken together, data indicate that PPy/p-TSA exposure induces oxidative stress responses that might led to cellular death. Additional markers of oxidative stress and cellular death will be investigated to broaden the analysis and robustly address these preliminary findings; aiming, more importantly, to highlight and refine previously unknown adverse effects that PPy exposure might exert in vivo.
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The current work aimed to synthesize and characterize PPy nanoparticles (doped with p-toluenesulfonic acid; PPy/p-TSA) and to evaluate the effects of 3- and 6-day exposure to different concentrations (25, 100, 250 e 500 μg/mL of PPy/p-TSA) on morphological, functional, behavioral, biochemical and molecular parameters in vivo, using zebrafish embryo and larva as model organism. Data show that both synthesis lot were able to produce PPy/p-TSA particles with nanoscale size and suspensions, performed in 1% PF68, were able to reach stability with 12-18h. Exposure to PPy/p-TSA suspension did not alter animals’ survival, however, it promoted early hatching, in a dose-dependent manner. Electronic microscopy analysis showed PPy/p-TSA particles affinity to biological tissue, with significant dose-dependent envelopment of embryo chorion. Morphological data showed significant changes in body length and ocular distance, especially in higher doses, which also presented changes in behavioral parameters compatible with animals hypoactivity. Therefore, results emphasize adverse effects of PPy/p-TSA exposures on development and behavior. To understand the potential underlying mechanisms contributing to the scenario, markers of inflammation, oxidative stress and cellular death were also evaluated. Myeloperoxidase activity, as an inflammatory marker, showed no alterations, except for reduction in the group with highest dose of PPy/p-TSA. Acridine orange staining indicated consistent cellular death in neuromasts and tail region exclusively in animals exposed to PPy/p-TSA. Oxidative stress markers were also found to be altered in terms of gene expression and/or protein activity. Activity of catalase and glutathione reductase content, for example, were, respectively, increased and reduced among exposed groups. Taken together, data indicate that PPy/p-TSA exposure induces oxidative stress responses that might led to cellular death. Additional markers of oxidative stress and cellular death will be investigated to broaden the analysis and robustly address these preliminary findings; aiming, more importantly, to highlight and refine previously unknown adverse effects that PPy exposure might exert in vivo.O polímero polipirrol (PPy) tem sido pesquisado na área da nanomedicina por se tratar de um nanobiomaterial “inteligente”, devido a característica de estímulo-resposta e portanto, pode ser utilizado na reparação de tecidos, na produção de implantes neurais e também, em sistemas de entrega de drogas. Embora a nanotecnologia tenha se tornado uma ferramenta interessante e útil nas ciêncas da saúde, cabe ressaltar que as nanopartículas podem exercer efeitos tóxicos tanto no organismo quanto no meio ambiente. Por esta razão são necessárias mais pesquisas na área da nanotoxicologia aliadas a screenings toxicológicos de alto rendimento. Neste cenário, o zebrafish surge como um modelo animal capaz de refinar algumas respostas que ainda carecem de entendimentos mais profundos e acurados a repeito do potencial toxicológico dos nanomateriais. O presente trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar nanopartículas de PPy (dopado com ácido p-toluenosulfônico; PPy/p-TSA), assim como avaliar os efeitos deste nanomaterial em diferentes concentrações (25, 100, 250 e 500 μg/mL) sobre os parâmetros morfológicos, funcionais, comportamentais, bioquímicos e moleculares de embriões e larvas de zebrafish após três e seis dias de exposição. Os dados obtidos indicam que a síntese dos dois lotes de PPy/p-TSA apresentaram partículas em escala nano, sendo que as menores partículas variaram em 23 nm (lote 1) e 63 nm (lote 2). Em relação à caracterização da dispersibilidade do particulado em 1% de PF68, foi possível constatar que as dispersões alcançaram suas estabilidades de decantação em 12 h (lote 1) e 18 h (lote 2), a partir de uma avaliação total de 24 h. O PPy/p-TSA não acarretou em mortalidade significativa aos grupos expostos, mas em contrapartida, promoveu uma aceleração na eclosão de forma dose-dependente, principalmente em 48 horas pós-fertilização (hpf). Análises realizadas por microscopia ótica e por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo mostraram que o PPy/p-TSA apresentou afinidade pelo tecido biológico através de significativa deposição de partículas no córion dos embriões. No que se refere aos dados morfológicos, foi possível verificar que os animais expostos as diferentes concentrações de PPy/p-TSA apresentaram alterações no comprimento corporal, bem como na distância ocular. Além disso, os animais expostos a altas concentrações do particulado apresentaram consistente diminuição nos parâmetros locomotores. Para compreender o possível envolvimento inflamatório causado pelas nanopartículas in vivo, o ensaio com o marcador para laranja de acridina evidenciou marcações sugestivas de morte celular na porção caudal dos animais expostos. Contudo, a atividade neutrofílica da mieloperoxidase não apresentou alteração nos grupos de 25, 100 e 250 μg/mL de PPy/p-TSA, somente o grupo com a maior concentração apresentou atividade neutrofílica diminuída em relação aos grupos controles. Ademais, os parâmetros bioquímicos para estresse oxidativo mostraram aumento da atividade da CAT em todos os grupos expostos, incluindo o veículo. Por outro lado, o conteúdo da GSH nos grupos de 250 e 500 μg/mL de PPy/p-TSA apresentou-se diminuído em relação ao grupo veículo. A análise da expressão gênica relativa para marcadores de estresse oxidativo mostrou alteração principalmente dos grupos expostos em relação ao grupo veículo. Em conjunto, os dados do presente estudo sugerem que as nanopartículas de PPy/p-TSA podem exercer efeitos adversos no desenvolvimento, no comportamento e em parâmetros bioquímicos e moleculares do zebrafish, ressaltando a necessidade de refinar o entendimento da toxicidade deste nanomaterial.Submitted by PPG Medicina e Ciências da Saúde (medicina-pg@pucrs.br) on 2019-07-29T18:29:04Z No. of bitstreams: 1 Tese_Kesiane M. da Costa.pdf: 5517766 bytes, checksum: 7a5787e0fb572fc4d5c260a79f44243d (MD5)Approved for entry into archive by Sarajane Pan (sarajane.pan@pucrs.br) on 2019-07-31T14:13:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Kesiane M. da Costa.pdf: 5517766 bytes, checksum: 7a5787e0fb572fc4d5c260a79f44243d (MD5)Made available in DSpace on 2019-07-31T14:19:17Z (GMT). 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