Toxicidade de nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietileno glicol em embriões de zebrafish (Danio rerio)

Abstract

A nanotecnologia tem possibilitado a geração de nanomateriais (NM) com características químicas e físicas singulares, despertando o interesse de diferentes áreas científicas e tecnológicas para suas potenciais aplicações. Os nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietileno glicol (single walled carbon nanotubes; SWCNTs-PEG) são materiais promissores para aplicações biomédicas, como dispositivos diagnósticos e sistemas de liberação controlada de fármacos. Porém, diversas questões sobre seu perfil toxicológico ainda não foram respondidas. Sendo assim, o objetivo desse trabalho é investigar a ação dos SWNT-PEG em Danio rerio "zebrafish" (Teleostei, Cyprinidae) nos níveis molecular, fisiológico, morfológico e comportamental. Embriões de zebrafish foram expostos individualmente a SWCNTs funcionalizados com duas cargas diferentes de peguilação: 600 Da (previamente caracterizados) e 2000 Da (caracterização inédita). Foram avaliados diversos parâmetros relacionados com toxicidade geral, desenvolvimento, dosagem de espécies reativas de oxigênio e ensaio cometa como avaliação de genotoxicidade. Os resultados mostram que os efeitos tóxicos, para ambos os nanotubos, ocorreram predominantemente na maior concentração testada (1 ppm), resultando em taxas de mortalidades significativamente elevadas, além de atraso no processo de eclosão. Foi observada também diminuição do comprimento total das larvas, para ambos os tratamentos, porém, sem alteração de parâmetros relacionados com desenvolvimento geral e do sistema nervoso central. A espectroscopia Raman não evidenciou a presença intracelular de nanotubos, mas o ensaio cometa mostrou efeito genotóxico significativamente elevado no tratamento com SWCNTs-PEG 600 Da (1 ppm). Mais estudos são necessários para entender quais mecanismos estão envolvidos, porém, acredita-se que o estresse oxidativo esteja entre os principais responsáveis pelos efeitos tóxicos observados, já que a quantificação de espécies reativas de oxigênio mostrou tendência à elevação nas maiores concentrações testadas. Os resultados deste estudo mostram que a presença de metais contaminantes pode ter importante papel nos efeitos observados e a funcionalização de nanotubos de carbono com diferentes pesos moleculares de PEG pode ser ineficiente na diminuição de sua toxicidade.

Nanotechnology has enabled the generation of nanomaterials (NM) with unique chemical and physical characteristics, attracting the interest of different scientific and technological fields with their potential applications. Single-wall carbon nanotubes functionalized with polyethylene glycol (SWCNTs-PEG) are promising materials for biomedical applications such as diagnostic devices and controlled drug release systems. However, several questions about their toxicological profile remain unanswered. Thus, the aim of this study was to investigate the action of SWNT-PEG in Danio rerio zebrafish embryos at the molecular, physiological, morphological and behavioral levels. Zebrafish embryos were individually exposed to functionalized SWCNTs with two different loads of PEGylation: 600 Da and 2000 Da. The toxic effects for both nanotubes occurred predominantly at the highest concentration tested (1 ppm), resulting in a high rate of mortality and a delayed hatching process. A decrease in the total length of larvae for both treatments was also observed, but this decrease was not accompanied by changing parameters related to the development of the central nervous system. FTRaman spectroscopy revealed no intracellular presence of nanotubes, but the comet assay indicated significantly higher genotoxic effects in the treatment of SWCNTs- PEG-600 Da (1 ppm). More studies are needed to understand which mechanisms are involved; however, it is believed that oxidative stress is among the primary mechanisms responsible for the toxic effects observed, as the quantification of reactive oxygen species was more pronounced at the higher concentrations tested. The results of this study indicate that the functionalization of carbon nanotubes with different molecular weights of PEG may be ineffective in reducing toxicity.