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Publication
Assessment of the cellular effects of ingested titanium dioxide nanomaterials in intestinal cells
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Authors
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Abstract(s)
The wide commercialization of consumer products containing titanium dioxide nanomaterials (TiO2 NMs) contributes to a substantial increase of human exposure to this compound, which is worrying for public health, since the existent studies generated contradictory results about TiO2 safety. The oral exposure may occur either directly, through the consumption of products/pharmaceuticals containing NMs, or indirectly, through the ingestion of contaminated food. Therefore, the gastrointestinal tract appears to be a probable route of exposure to NMs. The fact that physicochemical properties of the NMs are dependent of the context can contribute to explain the different outcomes.
This work aimed to investigate the bio-nano interactions of three TiO2 NMs (from Joint Research Centre, Ispra) with different physicochemical properties in the context of intestinal tract and digestion processes, to better understand key events that may be linked to adverse outcomes (AO). An in vitro digestion process was used to mimic human digestion and the resulting product was used for toxicity assessment in a human intestinal cell line (Caco-2), in comparison to undigested NMs. The cytotoxic and genotoxic effects of digested NMs were determined after the in vitro exposure of human intestinal cells (Caco-2). In addition, cellular uptake was investigated using confocal microscopy.
The results indicated that undigested or digested NMs were not cytotoxic to cells in the studied conditions. Furthermore, none of the tested NMs, either directly or after digestion process, revealed genotoxic effects by the comet assay in intestinal cells exposed in vitro. In addition, no induction of micronucleus was detected, indicating that these TiO2 NMs do not induce clastogenic or aneugenic effects under the present conditions. However, the confocal microscopy images suggest that agglomerates of NM-102 and NM-103 can be internalized by Caco-2 cells, even reaching the nucleus, in case of NM-102, thus other genotoxic effects such as mutation induction or epigenetic effects may occur.
Atualmente, muitos produtos já disponíveis contêm nanomateriais (NMs), como NMs de dióxido de titânio (TiO2 NMs). A exposição oral pode ocorrer diretamente, por consumo de produtos ou medicamentos, ou indiretamente através da ingestão de alimentos contaminados. Assim, o trato gastrointestinal constitui uma via de exposição provável aos NMs e pode conduzir a exposição sistémica. Embora os TiO2 NMs tenham sido alvo de investigação alargada nos últimos anos, os resultados foram contraditórios e os perigos para a saúde humana considerando o contexto gastrointestinal ainda não são claros. O facto das características físico-químicas dos NMs serem dependentes do contexto pode explicar os resultados contraditórios existentes, podendo condicionar os efeitos adversos resultantes. Este trabalho teve como objetivo investigar as interações nano-bio de três TiO2 NMs, com características físico-químicas diferentes, num contexto intestinal e de digestão simulada, para compreender os acontecimentos moleculares chave que podem estar associados aos efeitos adversos (AO) que os NMs podem produzir. Foi utilizado um processo de digestão simulada para mimetizar a digestão humana. Os NMs digeridos foram usados para avaliar a citotoxicidade e a genotoxicidade em células intestinais humanas (Caco-2), em comparação com os NMs não digeridos. Foi ainda investigada, por microscopia confocal, a internalização dos TiO2 NMs. Os resultados indicam que os NMs, digeridos ou não digeridos, não produziram efeitos citotóxicos nas condições analisadas. Também não se detetaram efeitos genotóxicos utilizando o ensaio do cometa, nem efeitos clastogénicos ou aneugénicos, recorrendo ao ensaio do micronúcleo. No entanto, as imagens de microscopia confocal sugerem que, após 24 h de exposição, os TiO2 NMs parecem ser internalizados pelas células, atingindo mesmo o núcleo. Assim, outros efeitos genotóxicos como indução de mutações ou alterações epigenéticas poderão ocorrer e devem ser investigados.
Atualmente, muitos produtos já disponíveis contêm nanomateriais (NMs), como NMs de dióxido de titânio (TiO2 NMs). A exposição oral pode ocorrer diretamente, por consumo de produtos ou medicamentos, ou indiretamente através da ingestão de alimentos contaminados. Assim, o trato gastrointestinal constitui uma via de exposição provável aos NMs e pode conduzir a exposição sistémica. Embora os TiO2 NMs tenham sido alvo de investigação alargada nos últimos anos, os resultados foram contraditórios e os perigos para a saúde humana considerando o contexto gastrointestinal ainda não são claros. O facto das características físico-químicas dos NMs serem dependentes do contexto pode explicar os resultados contraditórios existentes, podendo condicionar os efeitos adversos resultantes. Este trabalho teve como objetivo investigar as interações nano-bio de três TiO2 NMs, com características físico-químicas diferentes, num contexto intestinal e de digestão simulada, para compreender os acontecimentos moleculares chave que podem estar associados aos efeitos adversos (AO) que os NMs podem produzir. Foi utilizado um processo de digestão simulada para mimetizar a digestão humana. Os NMs digeridos foram usados para avaliar a citotoxicidade e a genotoxicidade em células intestinais humanas (Caco-2), em comparação com os NMs não digeridos. Foi ainda investigada, por microscopia confocal, a internalização dos TiO2 NMs. Os resultados indicam que os NMs, digeridos ou não digeridos, não produziram efeitos citotóxicos nas condições analisadas. Também não se detetaram efeitos genotóxicos utilizando o ensaio do cometa, nem efeitos clastogénicos ou aneugénicos, recorrendo ao ensaio do micronúcleo. No entanto, as imagens de microscopia confocal sugerem que, após 24 h de exposição, os TiO2 NMs parecem ser internalizados pelas células, atingindo mesmo o núcleo. Assim, outros efeitos genotóxicos como indução de mutações ou alterações epigenéticas poderão ocorrer e devem ser investigados.
Description
Dissertação de mestrado em Biotecnologia, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, 2019
Keywords
Titanium Dioxide Nanomaterials Ingested Nanomaterials Intestinal Cells Genotoxicity Nanomateriais Dióxido de Titânio Digestão Simulada Citotoxicidade Genotoxicidade Genotoxicidade Ambiental