Efeito dos nanotubos de carbono funcionalizados com polietileno glicol sobre a memória aversiva e parâmetros de estresse oxidativo no hipocampo de ratos

Abstract

Os nanotubos de carbono (CNT) são materiais promissores para aplicações biomédicas, especialmente no campo da neurociência. A capacidade destes nanomateriais de atravessar as membranas celulares e de interagir com as células nervosas traz a necessidade da avaliação dos potenciais efeitos deletérios dos CNT sobre o sistema nervoso. O objetivo deste trabalho foi investigar o efeito dos nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com polietilenoglicol (SWCNT-PEG) sobre a memória aversiva de ratos e sobre parâmetros de estresse oxidativo no hipocampo. Para isso, ratos machos adultos foram submetidos à cirurgia estereotáxica para implante de cânulas no hipocampo e subseqüente infusão intrahipocampal das dispersões de SWCNT-PEG nas concentrações de 0,5; 1,0 e 2,1 mg/mL e da solução salina (grupo controle). A tarefa do medo condicionado contextual (CFC) foi utilizada para avaliar o efeito dos tratamentos nos seguintes estágios da memória de longa-duração: aquisição (infusão 30 min antes da sessão de treino), consolidação (infusão imediatamente após a sessão de treino), persistência (infusão 12 h após a sessão de treino) e evocação (infusão 30 min antes da sessão de teste). O teste da tarefa do CFC foi realizado 24 h após o treino nos grupos aquisição, consolidação e evocação e 7 dias depois no grupo persistência. Os tempos de exposição aos SWCNT-PEG foram de 30 min no grupo evocação, de 24 h nos grupos aquisição e consolidação e de 7 dias no grupo persistência. Os resultados deste trabalho evidenciaram um déficit na evocação da memória aversiva após a infusão das dispersões de SWCNT-PEG nas concentrações de 0,5 e 1,0 mg/mL. Este prejuízo da memória foi acompanhado pelo aumento da peroxidação lipídica (LPO) no hipocampo 30 min após a infusão das dispersões nas concentrações de 0,5 e 1,0 mg/mL. Decorridas 24 h, observou-se a diminuição da capacidade antioxidante total (ACAP) no hipocampo dos animais infundidos com as dispersões nas mesmas concentrações, embora não houve alterações na aquisição e consolidação da memória aversiva. A análise da distribuição de tamanho demonstrou que o tamanho médio das partículas de SWCNT-PEG foi maior na dispersão mais concentrada. Decorridos 7 dias da infusão das dispersões, observou-se o aumento da ACAP e do conteúdo da glutationa reduzida (GSH) no hipocampo em todas as concentrações do nanomaterial. A detecção dos SWCNT-PEG no hipocampo neste período indicou sua biopersistência no tecido. Em conjunto estes resultados demonstraram que o menor tamanho médio das partículas de SWCNT-PEG em dispersão foi determinante para sua resposta pró-oxidante inicial. A biopersistência do nanomaterial no hipocampo culminou no aumento das defesas antioxidantes em todas as concentrações estudadas. Foi sugerido que a maior dispersabilidade do nanomaterial no hipocampo ao longo do tempo pode ter permitido sua interação com as células e a indução das respostas antioxidantes pode constituir um importante mecanismo de adaptação à biopersistência dos SWCNT-PEG neste tecido.

Carbon nanotubes (CNT) are promising materials for biomedical applications, especially in the field of neuroscience. The ability of these nanomaterials to cross cell membranes and to interact with nerve cells brings the necessity to evaluate the potential deleterious effects of CNTs on the nervous system. The aim of this work was to investigate the effect of single-walled carbon nanotubes functionalized with polyethylene glycol (SWCNT-PEG) on the aversive memory of rats and on oxidative stress parameters in the hippocampus. For this purpose, adult male rats were subjected to stereotaxic surgery for implant of cannulae in the hippocampus with subsequent intrahippocampal infusion of SWCNT-PEG dispersions at concentrations of 0.5, 1.0 and 2.1 mg/mL and saline (control group). The contextual fear conditioning task (CFC) was employed to assess the effect of treatments on different stages of long-term memory: acquisition (infusion 30 min before training session), consolidation (infusion immediately after training session), persistence (infusion 12 h after training session) and retrieval (infusion 30 min before test session). The test of CFC task was performed 24 h after training in the acquisition, consolidation and retrieval groups, and 7 days after training in the persistence group. The exposure times to SWCNT-PEG were of 30 min for retrieval group, 24 h for acquisition and consolidation groups and 7 days for persistence group. The results of this work showed a deficit in retrieval of aversive memory after the infusion of SWCNT-PEG dispersions at concentrations of 0.5 and 1.0 mg/mL. This memory deficit was accompanied by the increase in lipid peroxidation (LPO) in hippocampus 30 min after the infusion of the dispersions at the same concentrations. After 24 h, there was a decrease of total antioxidant capacity (ACAP) in hippocampus of animals infused with the dispersions at 0.5 and 1.0 mg/mL, though there were no alterations on the acquisition and consolidation of aversive memory. The analysis of size distribution showed that the average particle size of SWCNT-PEG was higher in the dispersion with the highest concentration. After 7 days from the infusion of the dispersions, the increase in ACAP and in the content of reduced glutathione (GSH) was observed in the hippocampus at all the concentrations of the nanomaterial. The detection of SWCNT-PEG in hippocampus in this period indicated its biopersistence in the tissue. Altogether, these results demonstrated that the lowest average particle size of dispersed SWCNT-PEG was crucial for its initial pro-oxidant response. The biopersistence of the nanomaterial in hippocampus resulted in increased antioxidant defenses in all concentrations studied. It was suggested that the higher dispersibility of the nanomaterial in the hippocampus over time may have allowed its interaction with cells and the induction of antioxidant responses may be an important mechanism of adaptation to biopersistence of SWCNT-PEG in this tissue.