How does the presence of nanoplastics affect human lung and gut cell lines?

• Autor(a) principal: Vairinhos, Aliana Carvalho
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/20062
• topic: Microplástico; Nanoplástico; Poliestireno; Células de pulmão; Células do intestino; Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais

Os plásticos são materiais sintéticos que resultam da combinação de polímeros e têm inúmeras aplicações na indústria farmacêutica, alimentar, automóvel, tecnológica e outras. Estes materiais estão presentes em todas as atividades do nosso dia-a-dia, e a sua produção tem vindo sempre a aumentar, atingindo as 390,7 milhões de toneladas métricas em 2021. Os plásticos mais comumente produzidos incluem polietileno, polipropileno, polivinilcloreto, polietileno tereftalato, poliuretano e poliestireno. Após serem descartados, os produtos plásticos ficam expostos a diversos fatores ambientais, como a radiação ultravioleta, precipitação, vento, oxidação, fatores mecânicos e biológicos que causam a sua degradação em partículas mais pequenas. Estas partículas são classificadas em microplásticos quando possuem uma dimensão entre 1 μm e 5 mm, ou como nanoplásticos quando têm um tamanho entre 1 e 1000 nm. Estas partículas são conhecidas como micro- e nanoplásticos (MNPs) secundários. Existem também os micro- e nanoplásticos primários, que são partículas propositadamente produzidas pela indústria. A intensa produção, utilização e descarte destes materiais resultam na disseminação de partículas de plástico por todo o ambiente. Estas partículas podem ser encontradas nos oceanos, praias, neve, ar, solos, diversas espécies e até mesmo em órgãos humanos. De facto, os efeitos de micro- e nanoplásticos já foram observados em diversas espécies marinhas, como bivalves (Mytillus galloprovincialis), crustáceos (Macrobrachium niponense) e peixes (Danio rerio e Oreochromis niloticus), entre outras. Nestas espécies, os MNPs têm sido facilmente internalizados, afetando o metabolismo e a expressão de vários genes, incluindo genes relacionados com a atividade antioxidante que podem levar à apoptose celular. A presença de MNPs nos solos pode ainda alterar o pH, estimular a biodisponibilidade de metais pesados como o cádmio e provocar alterações nas comunidades microbiotas, com consequências no seu proteoma. Os seres humanos estão expostos aos MNPs através de três vias principais: ingestão, através do consumo de alimentos contaminados; inalação, por exposição a aerossóis contendo partículas; e absorção, através da pele, pelo uso de produtos cosméticos que contêm MNPs. Estudos realizados em várias linhas celulares humanas têm demonstrado que os MNPs têm a capacidade de penetrar nas células, reduzir a viabilidade celular, induzir a produção de espécies reativas de oxigénio e respostas inflamatórias e até mesmo provocar efeitos genotóxicos. Sendo a inalação uma das principais vias de exposição, faz sentido que vários microplásticos de polipropileno e polietileno tereftalato tenham sido identificados em amostras de tecido de pulmão humano. É, portanto, necessário estudar o efeito destas partículas em células de pulmão. Nesse contexto, as células A549, derivadas de células alveolares epiteliais de tipo II, são frequentemente utilizadas para avaliar os efeitos dos MNPs. De facto, foi demonstrado que estas células conseguem internalizar as partículas através de endocitose mediada por caveolina e/ou clatrina e fagocitose, para nanoplásticos de menor e maior dimensão, respetivamente. Consequentemente, a presença destas partículas resultou na redução da viabilidade celular, com efeitos adversos e genotóxicos nas mitocôndrias. Por sua vez, a ingestão de MNPs pode ser avaliada recorrendo às células Caco-2, que são células epiteliais de adenocarcinoma do colón. Estas células foram expostas a micro- e nanoplásticos de diferentes dimensões, que demonstraram a capacidade destas partículas de entrar nas células e reduzir a viabilidade celular de forma dependente da concentração. Além disso, estes microplásticos (MPs) também causaram a disrupção do potencial de membrana mitocondrial e provocaram danos genotóxicos. Apesar da crescente atenção que esta problemática tem recebido nos últimos anos, existe ainda uma lacuna de conhecimento em relação aos efeitos dos MNPs em células humanas, sendo que a maioria utiliza concentrações de partículas que não correspondem à real exposição a que estamos sujeitos. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo principal investigar os efeitos de micro- e nanoplásticos de poliestireno (50, 500 e 1000 nm) em células humanas A549 e Caco-2, na viabilidade, proliferação, migração celular, stress oxidativo e adesão celular. Em primeiro lugar, foi realizada uma caracterização das duas linhas celulares que seriam utilizadas, tendo em consideração as curvas de crescimento e a morfologia celular, incluindo o núcleo, actina, tubulina e mitocôndrias. Em segundo lugar, realizou-se o estudo da viabilidade celular na presença de MNPs, que revelou um efeito citotóxico dependente do tamanho e concentração das partículas em ambas as linhas celulares. Relativamente à proliferação celular, nas células A549, observou-se um efeito estimulatório no crescimento, mas sem uma relação clara com o tamanho ou concentração dos MNPs. No entanto, nas células Caco-2, houve uma redução da proliferação nas concentrações mais elevadas das partículas de maior dimensão (500 e 1000 nm). No estudo da migração celular, foi utilizado o ensaio scratch, no qual as células de pulmão expostas a MNPs migraram mais rapidamente do que as células não expostas. Por outro lado, nas células Caco-2 expostas a partículas de 50 e 1000 nm, a capacidade migratória foi afetada, levando mais tempo a recuperar do scratch. A produção de espécies reativas de oxigénio parece ser afetada tanto nas células de pulmão quanto nas células de intestino, mas de formas diferentes. Enquanto os nanoplásticos (NPs) de 50 e 500 nm levaram a um aumento da produção com o aumento da concentração, o contrário foi observado para os microplásticos, nas células A549. Nas células Caco-2, apenas foram observados aumentos na produção para algumas concentrações de todos os tamanhos. Quanto à morfologia das células, não foram observadas alterações visíveis no citoesqueleto, mitocôndrias e núcleos das células tratadas com MNPs. Relativamente à adesão celular, as células de pulmão expostas a NPs de 50 e 500 nm aderiram mais rapidamente que o controlo, assim como as células de intestino tratadas com 500 e 1000 nm. Por sua vez, no ensaio de recuperação de uma ferida feita eletricamente, enquanto as A549 expostas às partículas recuperaram mais rapidamente relativamente às células controlo, as Caco-2 tratadas demoraram mais tempo e não voltaram a adquirir a resistência inicial. Os estudos realizados demonstraram que os micro- e nanoplásticos de poliestireno provocam alterações no comportamento e viabilidade de células A549 e Caco-2, para as concentrações estudadas. Futuramente, serão realizados mais ensaios, incluindo uma análise metabolómica, estudos enzimáticos, como a fosfatase e estudos eletrofisiológicos mais detalhados. Adicionalmente estão a ser considerados ensaios com longos períodos de exposição aos MNPs e outros tipos de plásticos.