Nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietilenoglicol: avaliação de parâmetros in vivo e in vitro

Abstract

Os nanomateriais apresentam uma escala na qual ao menos uma das dimensões varia entre 1 e 100 nm e possuem propriedades químicas, físicas ou biológicas dependentes da nanoestrutura e que lhes confere características funcionais de interesse para fins comerciais ou aplicações na área médica. Dentre os nanomateriais mais estudados e utilizados, destacam-se os de carbono, que incluem os fulerenos e os nanotubos de carbono (NT). Uma potencial utilização dos nanomateriais de carbono é na área biomédica, já que estes podem interagir com os sistemas biológicos em nível molecular e supramolecular com alto grau de especificidade. Em contrapartida, é importante considerar que os nanotubos de carbono podem exercer efeitos tóxicos, tendo como possível mecanismo o estresse oxidativo. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi investigar a ação dos nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com polietilenoglicol (SWNT-PEG) em Danio rerio “zebrafish” (Teleostei, Cyprinidae). Avaliaram-se parâmetros bioquímicos, histológicos, comportamentais e de biodistribuição para entender como esse material se comporta in vitro e in vivo. Foi observado que o tipo de funcionalização é determinante para a ação desse material em meio biológico. No experimento in vitro o SWNT-PEG não mostrou efeito pró-oxidante nas avaliações de peroxidação lipídica, capacidade antioxidante total, conteúdo de GSH e atividade de GCL. Na exposição intraperitoneal em zebrafish constatou-se a agregação e geração de processo inflamatório, o que sugere que a cadeia de PEG utilizada para a funcionalização dos NT possui um tamanho inadequado e/ou uma funcionalização ineficiente para manter a estabilidade do material em meio biológico e evitar uma resposta inflamatória por parte do organismo exposto. Possivelmente devido a esta característica do nanomaterial, nas análises de biodistribuição, através de espectroscopia Raman, não se observou distribuição de SWNT-PEG no sistema nervoso central de zebrafish. No entanto, através da análise histológica foi observado processo inflamatório no tecido nervoso central, bem como alterações comportamentais avaliadas na tarefa de campo aberto.

Nanomaterials have a scale on which at least one dimension ranging between 1 and 100 nm and have a chemical, physical or biological nanostructure dependent giving them functional characteristics of interest for commercial purposes or applications in the medical field. Among the most studied and used nanomaterials, we highlight the carbon one, including fullerenes and carbon nanotubes (NT). One potential use of the carbon nanomaterial is in the biomedical field, because they can interact with biological systems at the molecular and supramolecular levels with high specificity, moreover, it is important that the carbon nanotubes may have toxic effects, and as possible oxidative stress mechanism. Therefore, the aim of this work was to investigate the action of carbon nanotubes single-walled, functionalized with polyethylene glycol (PEG-SWNT) in Danio rerio "zebrafish" (Teleostei, Cyprinidae). We evaluated biochemical, histological, behavioral and biodistribution approaches in an attempt to understand how this material behaves in vitro and in vivo. It was observed that the functionalization type is crucial for the action of this material in a biological environment. The SWNT-PEG showed no pro oxidant effect on assessments of lipid peroxidation, total antioxidant capacity, GSH levels and GCL activity. In the zebrafish intraperitoneally exposure we found that the functionalization with PEG chain has an inadequate size for maintaining product stability in a biological environment, occurring aggregation and an inflammatory process. Hence, the biodistribution analysis by Raman spectroscopy was not observed distribution of SWNT-PEG to the central nervous system of zebrafish. However, also an inflammatory process was observed in central nervous system as well as behavioral changes assessed in the open field task.