Orientador: Vitor Baranauskas, Walkyria Mara Gonçalves Volpini

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: Os nanotubos de carbono (NTC) têm sido utilizados em larga escala com finalidades industriais e avaliados, por sua estrutura e propriedades, como ferramenta para aplicação biomédica. Tanto a manipulação humana direta na produção industrial como a perspectiva do uso em medicina suscitaram...

Resumo: Os nanotubos de carbono (NTC) têm sido utilizados em larga escala com finalidades industriais e avaliados, por sua estrutura e propriedades, como ferramenta para aplicação biomédica. Tanto a manipulação humana direta na produção industrial como a perspectiva do uso em medicina suscitaram amplas pesquisas para avaliar seu risco na saúde humana e o impacto ambiental. O presente trabalho teve como objetivo determinar os efeitos em longo prazo da administração sistêmica de nanotubos de parede múltipla (MWNTC) não funcionalizados na evolução do diabetes autoimune espontâneo do camundongo "Non Obese Diabetic" (NOD). O protocolo consistiu do tratamento de fêmeas NOD/Uni, de 6 semanas de vida, com uma única injeção intraperitoneal de MWNTC (100 ?g/animal) ou do veículo Pluronic (grupo controle) e do estudo longitudinal de parâmetros clínicos, histológicos e de resposta imunológica, até 24 semanas após administração. Os dados histológicos demonstraram que o MWNTC não funcionalizado foi absorvido da cavidade peritoneal e permaneceu retido em células fagocitárias de linfonodos peri-pancreáticos, baço e fígado, onde causou uma resposta inflamatória granulomatosa, e também em parede de ductos pancreáticos, tendo confirmada sua identificação estrutural in situ, dentro de fagolisossomos de macrófago e no epitélio ductal, por microscopia eletrônica de transmissão (HRTEM). Apesar de não ter havido diferenças na frequência de desenvolvimento do diabetes clínico ou das características morfológicas da insulite pancreática, as fêmeas NOD tratadas com MWNTC apresentaram flutuação média de glicemias significativamente maior em relação ao grupo controle, até o final do estudo (p<0,0001; Wilcoxon), com tendência a antecipação do aparecimento do diabetes clínico. Neste estudo, foi analisado um perfil de citocinas pró e anti-inflamatórias previamente avaliadas no laboratório, em fase aguda após a exposição à MWNTC. Foi focada a expressão evolutiva destas citocinas em linfonodos peri-pancreáticos, sítio de ativação de células T auto-reativas contra antígenos da célula ? pancreática. O MWNTC induziu uma resposta Th1 mais acentuada nos animais tratados, entre a 14ª e a 20ª semana de vida (momento de insulite extensa), com aumento da expressão de INF? e aumento da relação INF?/TGF? e INF?/IL10. Esta relação permanece elevada na 30ª semana de vida das fêmeas NOD tratadas, com reduzida expressão de TGF?. Nossos dados compreendem um dos mais longos seguimentos in vivo após administração sistêmica de MWNTC, demonstrando que o MWNTC não funcionalizado pode ser transportado e retido no sistema reticulo-endotelial e persistir no corpo por longo tempo, como detectado, neste estudo, em células fagocitárias de linfonodos regionais peri-pancreáticos de animais tratados, mesmo 6 meses após sua administração. Os nanotubos comerciais utilizados em diversos campos da tecnologia moderna são partículas não modificadas. Mesmo compreendendo a necessidade de se modificar a nanoestrutura para vislumbrar sua aplicação em medicina, relevância deve ser dada para o risco da exposição humana e ambiental ocorrendo neste momento. Uma resposta inflamatória crônica, com aumento da relação entre citocinas pró/antiinflamatórias, pode ser associada à maior gravidade de doenças autoimunes em organismos suscetíveis

Abstract: Carbon nanotubes (CNT) have been used in large scale for industrial purposes and evaluated for its structure and properties as a tool for biomedical application. Both the direct human manipulation in industrial production as the prospect of use in medicine attracted extensive research to...

Abstract: Carbon nanotubes (CNT) have been used in large scale for industrial purposes and evaluated for its structure and properties as a tool for biomedical application. Both the direct human manipulation in industrial production as the prospect of use in medicine attracted extensive research to assess their risk to human health and environmental impact. This study aims to determine the long-term effects of systemic administration of multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) not functionalized in the evolution of spontaneous autoimmune diabetes in "Non Obese Diabetic" mice (NOD). The protocol consisted of the treatment of 6 weeks female NOD/Uni, with a single intraperitoneal injection of MWCNT (100 ?g/animal) or vehicle Pluronic (control group) with longitudinal study of clinical and histological parameters and immunological response until 24 weeks after administration. The histologic data demonstrated that non-functionalized MWCNT was absorbed from the peritoneal cavity and was retained on phagocytic cells of peripancreatic lymph nodes, spleen and liver, where it caused a granulomatous inflammatory response, and also in the wall of the pancreatic ducts, and their structural identification in situ was confirmed within macrophage phagolysosomes and ductal epithelium by transmission electron microscopy (HRTEM). Although there were no differences in the frequency of development of overt diabetes or morphological characteristics of pancreatic insulitis, MWCNT treated NOD females had average blood glucose fluctuation significantly higher than control group until the end of the study (p<0,0001; Wilcoxon), with a tendency to anticipate the onset of clinical diabetes. In this study we analyzed a profile of previously evaluated pro-inflammatory and antiinflammatory in the acute phase after exposure to MWCNT. We focused on the evolutive expression of these cytokines in peri-pancreatic lymph nodes, site of activation of T cells reactive against pancreatic ? cell antigens. MWCNT induced a stronger Th1 response in treated animals, between the 14th and 20th weeks of life (time of extensive insulitis), with increased expression of IFN? and increased ratio of INF?/TGF? and INF?/IL10. This ratio remains high at treated NOD females aged 30 weeks, with reduced expression of TGF?. Our data comprise one of the longest in vivo follow-up after systemic administration of MWCNT, demonstrating that nonfunctionalized MWCNT can be transported and retained in the reticulo-endothelial system and persist in the body for long time, as detected in this study, in phagocytic cells of peri-pancreatic regional lymph nodes, even six months after its administration. The nanotubes used in various commercial fields of modern technology are unmodified. Even comprising the need to modify the nanostructure to effective its application in medicine, importance should be given to the risk of human and environmental exposure occurring at this time. A chronic inflammatory response, with an increased ratio of pro/anti-inflammatory cytokines may be associated with greater severity of autoimmune diseases in susceptible organisms