Author: Jesús Alberto Geraldo León

Efecto de la exposición aguda y subcrónica a nanopartículas de óxidos metálicos en el sistema antioxidante de células hepáticas

Effect of acute and subchronic exposure to metal oxide nanoparticles on the antioxidant system of liver cells

Jesús Alberto Geraldo León (2021)

El aumento en los escenarios de exposición de las cada vez más utilizadas nanopartículas de óxido de zinc (NPsZnO), ha despertado el interés por estudiar su posible efecto tóxico en la salud. Diversos estudios han reportado que uno de los principales mecanismos de toxicidad de las NPsZnO es el estrés oxidativo, inducido cuando la célula presenta una producción excesiva de especies de oxígeno altamente reactivas (ROS) y su capacidad antioxidante no es suficiente para contrarrestarlo. En este estudio se evaluó la alteración del sistema antioxidante de hepatocitos a la exposición aguda y subcrónica de las NPsZnO en dos diferentes presentaciones: en polvo (NPsZnOp) y suspensión (NPsZnOd). Las NPsZnO fueron caracterizadas mediante dispersión dinámica de luz (DLS), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectrofotometría UV-VIS. Se evaluó la citotoxicidad de las NPsZnO mediante el ensayo MTT, así como también la producción de ROS y la actividad de las enzimas superóxido dismutasa (SOD) y catalasa (CAT) de los hepatocitos utilizando métodos fluorimétricos y colorimétricos. Los resultados mostraron que las NPsZnOp usadas presentaron un tamaño promedio de 82±22 nm y son más tóxicas para los hepatocitos que las NPsZnOd con un tamaño promedio de 47±11 nm. La toxicidad superior de las NPsZnOp se asoció con su mayor capacidad para inducir la sobreproducción de ROS y para inhibir la actividad SOD y CAT de los hepatocitos, que a su vez se relacionaron con la internalización de las NPsZnOp. En exposiciones agudas ambas NPs provocaron efectos tóxicos dependientes de la producción de ROS que fueron generados por los iones Zn2+ liberados en el medio de cultivo. Sin embargo, se presentó un efecto hormético a largo plazo en los hepatocitos expuestos a NPsZnOd que se relacionó con la elevada actividad antioxidante de las enzimas SOD y CAT presentada a las 48 h de exposición. Estos resultados demuestran la gran influencia que tiene la actividad antioxidante en el grado de citotoxicidad provocado por las NPs y como las respuestas celulares pueden cambiar aun cuando las NPs evaluadas tengan el mismo compuesto, pero diferente tamaño y presentación.

The increment of exposure scenarios of the widely used zinc oxide nanoparticles (NPsZnO) has sparked interest in the study on their possible toxic effect on health. Several studies have reported that one of the main toxicity mechanisms of NPsZnO is the oxidative stress, induced when the cell presents an excessive production of highly reactive oxygen species (ROS), and its antioxidant capacity is not sufficient to contend with. In this study, the alteration of the hepatocyte antioxidant system upon acute and subchronic exposure to NPsZnO in two different presentations: powder (NPsZnOp) and suspension (NPsZnOd) was evaluated. The NPsZnO were characterized by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), and UV-VIS spectrophotometry. The cytotoxicity of NPsZnO was evaluated by MTT assay, ROS production, superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT) enzyme activity in hepatocytes using fluorimetric and colorimetric methods were also evaluated. The results obtained herein showed that NPsZnOp have an average size of 82±22 nm and they are more toxic to hepatocytes than the NPsZnOd showing 47±11 nm in average size. The higher toxicity of NPsZnOp was associated with its ability to induce ROS overproduction and inhibit hepatocyte SOD and CAT enzymatic activities, which were linked to the internalization of NPsZnOp. In acute exposure scenarios, both NPs elicited toxic effects on hepatocytes by the ROS overproduction generated by the Zn2+ ions released in the culture medium. However, a long-term hormetic effect was presented in hepatocytes exposed to NPsZnOd related to the increased antioxidant activity of SOD and CAT enzymes presented at 48 h of exposure. These results demonstrate the significant influence of antioxidant activity on cytotoxicity triggered by NPs from the same chemical composition but different size and commercial presentation.

Master thesis

nanotoxicología, nanotoxicidad, nanopartículas de óxidos metálicos, hepatocitos, exposiciónaguda, exposición sub-crónica, estrés oxidativo, actividad antioxidante nanotoxicology, nanotoxicity, metal oxide nanoparticles, hepatocytes, acute exposure, sub-chronic exposure, oxidative stress, antioxidant activity INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES RESISTENCIA DE MATERIALES RESISTENCIA DE MATERIALES