Citotoxicidade de nanopartículas de bismuto (BiNPs) na linhagem de macrófagos murinos Raw 264.7

Abstract

Resumo: Nanopartículas (NPs) vêm sendo amplamente utilizadas devido ao avanço da nanotecnologia nas duas últimas décadas. Dentre as NPs metálicas, as de bismuto (BiNPs) tem se mostrado promissoras para diferentes aplicações biomédicas. Um passo crucial antes de serem de fato aplicadas é a investigação toxicológica. Ainda que a compreensão das possíveis consequências toxicológicas das BiNPs esteja em fase inicial, estudos já vêm mostrando que essas partículas podem iniciar toxicidade a nível subcelular, celular e tecidual em diversos modelos experimentais. Possíveis efeitos tóxicos de BiNPs poderiam estar relacionados ao sistema imunológico, visto que já foi descrito efeito imunomodulatório por NPs. A linhagem de macrófagos murinos Raw 264.7 foi utilizada neste estudo para avaliar a citoxicidade de BiNPs. As BiNPs foram sintetizadas pelo método físico de ablação à laser em meio líquido (LASiS) e então caracterizadas por meio das técnicas de espectroscopia ultravioletavisível (UV-Vis) e espalhamento dinâmico de luz (DSL). As células foram cultivadas em meio DMEM alta glicose suplementado com 10% de soro fetal bovino (SFB) e antibióticos. Os ensaios para avaliar a citotoxicidade das BiNPs foram divididos em 3 categorias: investigação de citotoxicidade inespecífica (MTT, cristal violeta e azul de tripan), específica (atividade fagocítica, produção de espécies reativas de oxigênio, EROs e nitrogênio, ERNs) e relacionada a mecanismos celulares (danos no DNA). As células Raw 264.7foram expostas à BiNPs em concentrações de 0,01-50 ^g.ml"1. As BiNPs apresentaram formato esférico e uma ampla faixa de distribuição de tamanho (maior prevalência entre 35 nm e 45 nm, chegando até a 170 nm). As células Raw 264.7, quando expostas à 50 ^g.m l'1 de BiNPs, tiveram parâmetros alterados, como redução na capacidade de converter MTT em formazan, redução na adesão celular e aumento da capacidade fagocítica. Contudo, não houve rupturas na membrana, redução da proliferação e nem alterações nos níveis de EROs e ERNs nas células expostas. Como a capacidade fagocítica aumentou consideravelmente tanto em 24 quanto em 48 h de exposição à 50 ^g.ml"1, esse estudo sugere que as BiNPs podem causar imunotoxicidade ao influenciar em respostas principalmente pró-inflamatórias, o que reforça a importância da busca pela compreensão dos mecanismos toxicológicos antes da aplicação biomédica dessas NPs. Palavras-chave: Nanopartículas, Bismuto, Macrófago, Raw 264.7, Citotoxicidade.

Abstract: Nanoparticles (NPs) have been widely used due to advance of nanotechnology in the last two decades. Among metal NPs, bismuth NPs (BiNPs) are promising for different biomedical applications. Toxicological investigation is a crucial step before application of NPs in the market, and although the understanding of possible toxicological consequences of BiNPs is at early stage, studies have already shown that these particles can initiate subcellular, cellular and tissue toxicity in several experimental models. Possible toxic effects of BiNPs may be related to the immune system, since immunomodulatory effects of NPs have already been described. The murine macrophage cell line Raw 264.7 was used in this study to evaluate the cytotoxicity of BiNPs. BiNPs were synthesized by the physical method of laser ablation synthesis in solution (LASiS) and then characterized by the techniques of ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy and dynamic light scattering (DSL). Cells were cultured in high glucose DMEM medium supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and antibiotics. The assays to evaluate the cytotoxicity of BiNPs were divided into 3 categories: investigation of non-specific cytotoxicity (MTT, crystal violet and trypan blue), investigation of specific cytotoxicity (phagocytic activity, production of reactive oxygen (ROS) and nitrogen species (RNS)) and related to the cellular mechanisms (DNA damage). The Raw 264.7 cells were exposed to BiNPs at concentrations of 0.01-50 pg.mL-1. The BiNPs were spherical in shape and had wide size distribution range (higher prevalence between 25 nm and 60 nm, up to 170 nm). When exposed to 50 pg.mL-1 of BiNPs, cells had altered parameters, such as reduction of the ability to convert MTT to formazan, decrease of cell adhesion and increase of phagocytic capacity. However, there were no significant ruptures of the plasma membrane, reduction of proliferation or changes in the levels of ROS and RNS in the exposed cells. Due to the considerable increase in phagocytic activity in both 24 and 48 h of exposure to 50 pg.mL-1, this study suggests that BiNPs may cause immunotoxicity by influencing mainly proinflammatory responses, which reinforces the importance of research for the understanding of the toxicological mechanisms before the biomedical application of these NPs. Keywords: Nanoparticles, Bismuth, Macrophage, Raw 264.7, Cytotoxicity.