Efeitos do grafeno através de diferentes rotas de exposição considerando dois modelos biológicos (Litopenaeus vannamei e Danio rerio).

Abstract

O grafeno (GR) é um NM de carbono que tem ganhado grande destaque devido à suas características físico-químicas, que o permitem ser utilizado nas indústrias tecnológicas, farmacológicas e biomédicas. Ele possui formato de folha e é formado por uma camada bidimensional de carbono (2D), sua utilização se deve a grande estabilidade térmica, elétrica e química. Com o aumento do uso deste NM, é fundamental analisar se o provável descarte em ambientes aquáticos pode induzir efeitos tóxicos nos organismos vivos. Uma vez no ambiente, os animais podem ser expostos através de diferentes rotas de exposição como o ar, água e alimentação e exercer efeitos tóxicos nestes organismos. Diante destes fatos, o objetivo do presente estudo foi investigar os efeitos tóxicos do grafeno através de diferentes rotas de exposição (injeção intraperitoneal e alimentação) em animais aquáticos de diferentes ambientes (água doce e marinho) e se sua exposição é capaz de induzir estresse oxidativo nestes animais. A presente dissertação é composta por dois estudos distintos, no primeiro estudo, camarões Litopenaeus vannamei foram expostos durante quatro semanas à concentração de grafeno de 500 mg/kg de ração e foram avaliados efeitos em brânquias, hepatopâncreas e músculo. Os resultados bioquímicos mostraram alteração do sistema de defesa antioxidante, com um aumento da concentração de glutationa reduzida (GSH) e da capacidade antioxidante total contra radicais peroxil, além de um aumento da concentração das espécies reativas de oxigênio (ROS), em brânquias e hepatopâncreas; aumento da atividade da enzima glutamato cisteína ligase (GCL) no hepatopâncreas e diminuição nas brânquias; enquanto que o hepatopâncreas mostrou um decréscimo na atividade da glutationa-S-transferase (GST) e um acréscimo em brânquias. Nos dois tecidos citados acima também foram encontrados danos oxidativo lipídicos, e alterações de DNA sendo observada a capacidade de genotoxicidade do grafeno. Também, os resultados histopatológicos mostraram mudanças na morfologia do hepatopâncreas após a exposição ao grafeno, como hiperplasia das células basais, infiltração de hemócitos e decréscimo de células secretoras. O segundo estudo avaliou as respostas toxicológicas da exposição intraperitoneal de 5 e 50 mg/L de grafeno no peixe Danio rerio durante 48 h em brânquias, intestino, músculo e cérebro. Os resultados analisando biomarcadores moleculares de estresse oxidativo, mostrou que os genes nrf2 e gclc (subunidade catalítica da enzima GCL) não sofreram alteração em sua expressão após a exposição, enquanto que o sistema antioxidante enzimático do animal foi alterado em alguns tecidos após a exposição. Após a exposição de 5mg de GR/L, a concentração de GSH em brânquias diminuiu, enquanto que mostrou um aumento no intestino e em cérebro, sendo este resultado também observado após exposição a 50 mg/L no cérebro. A atividade da enzima GCL foi induzida após a exposição a ambos os grupos de GR em intestino e cérebro, já na enzima GST foi observado um acréscimo de atividade após a exposição de 5 mg/L de GR nestes mesmos tecidos. Danos a macromoléculas como lipídios foram observados em brânquias após a exposição à maior concentração; como também alterações morfológicas em brânquias, cérebro e músculo com histopatologias de grau moderado a severo, apresentando hiperplasia, inflamações e edemas nos tecidos. Com estes estudos evidencia-se a capacidade do grafeno em produzir efeitos tóxicos para estes animais aquáticos, seja em uma exposição direta (i.p) ou através da alimentação por curta ou longa exposição. Como não existe hoje uma legislação que controle a liberação de nanomateriais de carbono no ambiente, e com o crescente uso dos mesmos, estudos sobre esses efeitos se torna importante para contribuir níveis de segurança para os seres vivos presentes nestes ambientes.

Graphene (GR) is a carbon NM that has been having higher prominence due to their physical-chemical characteristics, which are used in the technological, pharmacological and biomedical industries. It has a sheet shape and consists of a one layer of carbon (2D), possessing high thermal, electrical and chemical stability. With increased use of this NM, it becomes necessary to analyze if their disposal in aquatic environments are not causing toxic effects for living organisms. Once into environment, the animals can be exposed through different routes of exposition such as air, water and food and cause toxic effects in these organisms. Considering these facts, the objective of this study was to investigate the toxic effects of graphene through different exposure routes (intraperitoneal injection and food) in aquatic animals from different environments (freshwater and marine) and their possibility of induce oxidative stress in these animals. This dissertation is composed by two different studies, in the first study, the animals were exposed for four weeks to graphene concentration of 500 mg/kg of ration and changes in gills, hepatopancreas and muscle of Litopenaeus vannamei were evaluated. Biochemical results showed changes of the antioxidant defense system, with an increase in the concentration of reduced glutathione (GSH) and the total antioxidant capacity against peroxyl radicals, besides an increase of reactive oxygen species (ROS) concentration in gills and hepatopancreas; increase glutamate cysteine ligase (GCL) activity in hepatopancreas and decrease in gills; while hepatopancreas showed a decrease in glutathione-S-transferase (GST) activity and an increase in gills. In the tissues mentioned above were also observed lipid oxidative damages, and alterations in DNA, being observed genotoxicity of graphene. Histopathological results showed changes in the morphology of hepatopancreas after exposure to graphene, such as basal cell hyperplasia, hemocyte infiltration and decrease of secretory cell. The second study evaluated the toxicological responses of intraperitoneal exposure at 5 and 50mg GR/L in Danio rerio for 48 h in gills, intestine, muscle and brain. The results of molecular biomarkers of oxidative stress showed that nrf2 and gclc genes (catalytic subunit of the GCL enzyme) did not change their expression after exposure, while the enzymatic antioxidant system of the animal was altered in some tissues. After exposure to 5 mg GR/L, the concentration of GSH in gills decreased, while in intestine and brain increased, the same result also was observed in brain after exposure to 50 mg GR/L. The activity of the GCL enzyme was induced after exposure to both GR groups in the intestine and brain, whereas an increase in the GST activity was observed after exposure of 5 mg GR/L in these same tissues. Damage to macromolecules such as lipids were observed in gills after exposure at the highest concentration, also were observed morphological changes in gills, brain and muscle with moderate to severe histopathology, presenting hyperplasia, inflammations and edema in tissues. It those studies the ability of graphene to produce toxic effects for aquatic animals were demonstrated, either being by a direct (i.p) or through feed exposure during a short or long exposure time. Currently, there is no legislation that controls the release of carbon nanomaterials into the environment, and these materials are increasingly being used, the study of these effects becomes important to contribute with levels of safety for present living beings in this environment.