Study of cell nanomaterial interactions using murine macrophage models and nanomaterials based on graphene oxide and silver nanoparticles

Orientadores: Oswaldo Luiz Alves, Selma GiorgioTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: O óxido de grafeno (GO) é um nanomaterial de carbono bidimensional produzido a partir da oxidação do grafite e representa uma excelente plataforma para carreamento de nanopartículas de prata (AgNPs). Estudos prévios demonstraram que o nanomaterial híbrido, GOAg, apresenta excelente atividade antibacteriana, no entanto, o sucesso da translação deste nanocompósito para a medicina e sua futura regulamentação dependem de informações como o seu perfil toxicológico. Assim, o objetivo deste trabalho foi utilizar macrófagos murinos de linhagem (J774) e macrófagos primários obtidos do peritônio de camundongos BALB/c, como modelos de estudo na avaliação toxicológica do nanocompósito. Este objetivo foi alcançado após a síntese e caracterização dos nanomateriais, avaliação da sua interação com os macrófagos e citotoxicidade, bem como a investigação do seu potencial inflamatório. O efeito da ativação dos macrófagos foi observado na inflamação, na toxicidade dos nanomateriais e na produção de espécies reativas de nitrogênio (NOx). A toxicidade do nanocompósito GOAg foi mais elevada quando comparada com os nanomateriais pristinos. A toxicidade foi dose- e tempo-dependentes tanto para os macrófagos de linhagem, quanto para os macrófagos primários, e as IC50 obtidas estiveram dentro do limite de ação observado para inativação de bactérias. Apesar da citotoxicidade observada, o nanocompósito apresentou características importantes para aplicações em nanomedicina. Por exemplo, as células foram capazes de internalizar o nanocompósito, e este não apresentou potencial inflamatório nas condições avaliadas. O microambiente inflamatório, após a ativação dos macrófagos primários, não elevou a produção de citocinas inflamatórias e/ou anti-inflamatórias e também não interferiu na produção de NOx após exposição ao GOAg. Sugerimos alternativas para o aprimoramento do nanocompósito que poderão contribuir para o desenvolvimento de nanomateriais antibacterianos à base de GO e de nanopartículas metálicas. Por fim, esta Tese esteve alinhada com dois importantes conceitos estabelecidos pela Comunidade Europeia: "Safe-by-Design" e "Science to regulation" que enfocam tanto as boas práticas nos estudos envolvendo nanotecnologias, como a avaliação de risco para minimizar os impactos para a saúde humanaAbstract: Graphene oxide (GO) is a two-dimensional carbon nanomaterial obtained from graphite exfoliation and it is an excellent platform for carrying silver nanoparticles (AgNPs). Previous studies demonstrated that the hybrid nanomaterial GOAg presented high antibacterial activity. However, the successful translation of this nanomaterial into medicine and its future regulation depends on critical information about its toxicological profile. Therefore, the aim of this work was to evaluate the toxicity of the GOAg nanocomposite using murine macrophages (J774), and primary macrophages obtained from BABL/c mice peritoneum. This task was accomplished after nanomaterials synthesis and characterization, studying of nanomaterial-cell interaction and their cytotoxicity, and investigate the inflammogenic potential. The role of the inflammatory microenvironment in the inflammogenicity, production of nitrogen oxide species (NOx) and toxicity of GOAg was evaluated as well. The GOAg nanocomposite presented higher toxicity when compared to the pristine nanomaterials. The nanocomposite toxicity was dose- and time-dependent for both macrophages and the obtained IC50 were within the concentrations used for bacteria inactivation. Despite the observed cytotoxicity, GOAg nanocomposite presented important characteristics for nanomedicine applications. For instance, cells were able to internalize the nanocomposite and it has not presented inflammatory potential in the evaluated conditions. The inflammatory microenvironment, after primary macrophages activation, has not enhanced the toxicity and inflammogenicity of GOAg, as well as it has not interfered with the ability of those cells to produce NOx. We suggested alternatives for improvement of the GOAg nanocomposite that may contribute for the safer development of antibacterial nanomaterials based on GO and metallic nanoparticles. Finally, this thesis was aligned with two important concepts established by the European Community: "Safe-by-Design" and "Science to regulation" that focus on both good practices in studies involving nanotechnologies and risk assessment to minimize the impacts to human healthDoutoradoBiologia CelularDoutor em Biologia Celular e Estrutural140560/2014-9CNP