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Publicação
Toxicological mechanisms of nanoplastics: Inflammation as a genotoxicity trigger
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Nanoplastics (NP) pollution poses a significant environmental threat, including to
human health due to their capacity to i) bioaccumulate in the food chain, ii) interact with
other pollutants in the environment, iii) cross biological membranes, disrupting cellular
processes due to their nanoscale diameter. The main goal of this work was to enhance
the understanding of the effects and toxicity mechanisms resulting from the exposure
of biological systems to polystyrene (PS) NP, with a particular focus on inflammatory
responses, genotoxicity, and interactions with a well-known environmental pollutant,
benzo[a]pyrene (B[a]P). In vitro assays were performed by exposing HT29 and N9
cells to 25 – 500 μg.mL-1 PSNP (25, 50, 100 nm) to assess cell viability, and activation
of p38 and p50 NF-kB signaling pathways, important in regulating the inflammatory
response and specific membrane receptor (toll-like receptor 4). These cells were also
exposed to NP and B[a]P mixtures to investigate their effects on xenobiotic
metabolism, focusing on Phase I and Phase II. Exposure to NP did not significantly
alter the viability of exposed cells, however, inflammation pathways and gene
expression increased, namely after exposure to smaller NP. The interaction between
NP and B[a]P increased oxidative stress and compromised antioxidant defense
mechanisms. In vivo assays were performed over 28 days exposing Danio rerio
(Zebrafish) to precontaminated Daphnia magna (Dafnias) with NP and B[a]P through
water individually and in combination. The results revealed that indirect ingestion of
NP significantly affects the intestinal and hepatic systems, influencing overall fish
health. These results corroborated in vitro findings, showing that NP exposure
upregulates proinflammatory genes. Co-exposure of PSNP and B[a]P significantly
elevated genotoxicity in zebrafish, surpassing effects from individual exposures. This
suggests a "Trojan horse" effect, with NP potentially enhancing B[a]P toxicity, through
increased cellular uptake or altered metabolism. The observed upregulation of DNA
damage response genes (e.g. TP53) in the liver and the differential expression of
genes involved in detoxification (CYP1A) and cellular stress (RAB1A) following co-
exposure underscores the severity of the combined impact on cellular homeostasis
and DNA integrity and highlights the intricate interplay between NP and B[a]P in
zebrafish physiology. This study highlights the urgent need for comprehensive
environmental risk assessment and further research to inform regulatory policies
aimed at protecting both aquatic ecosystems and human health.
A poluição por nanoplásticos (NP) representa uma ameaça ambiental significativa, incluindo para a saúde humana, devido à sua capacidade de i) se bioacumular na cadeia alimentar, ii) interagir com outros poluentes, iii) atravessar membranas biológicas e perturbar processos celulares, devido ao seu tamanho. O principal objetivo deste trabalho foi aumentar a compreensão dos efeitos e mecanismos de toxicidade resultantes da exposição de sistemas biológicos a NP de poliestireno (PS), com particular foco nas respostas inflamatórias, genotoxicidade e interações com o benzo[a]pireno (B[a]P). Foram realizados ensaios in vitro, expondo células HT29 e N9 a 25–500 μg.mL-1 de PSNP (25, 50, 100 nm), para avaliar a viabilidade celular, a ativação das vias de sinalização p38 e p50 NF-kB, importantes na regulação da resposta inflamatória, e de um recetor específico membranar (recetor tipo toll 4). Estas células HT29 e HepG2 foram expostas a misturas de NP e B[a]P para investigar os seus efeitos no metabolismo de xenobióticos, com foco nas fases I e II. A exposição a NP não alterou significativamente a viabilidade das células expostas, no entanto, as vias inflamatórias e a expressão génica aumentaram, nomeadamente após a exposição a partículas menores. A interação entre NP e B[a]P aumentou o stress oxidativo e comprometeu os mecanismos de defesa antioxidante. Estudos in vivo revelaram que a ingestão indireta de NP afeta significativamente os sistemas intestinal e hepático, influenciando a saúde geral dos peixes. Estes resultados corroboraram as descobertas in vitro, mostrando que a exposição a NP aumenta a regulação de genes pró-inflamatórios. A coexposição de PSNP e B[a]P aumentou significativamente a genotoxicidade nos peixes-zebra, superando os efeitos das exposições individuais. Isto sugere que acontaça o efeito "Cavalo de Troia", onde os NP potencialmente aumentam a toxicidade do B[a]P, através de uma maior captação celular ou metabolismo alterado. O aumento da regulação dos genes de resposta ao dano no DNA (ex. TP53) no fígado e a expressão diferencial de genes envolvidos na desintoxicação (CYP1A) e no stress celular (RAB1A) após a coexposição, sublinham a gravidade do impacto combinado na homeostasia celular e integridade do DNA, destacando a complexa interação entre NP e B[a]P na fisiologia dos peixes-zebra. Este estudo realça a necessidade urgente de uma avaliação abrangente do risco ambiental e de mais investigação para apoiar medidas regulatórias destinadas a proteger tanto os ecossistemas aquáticos como a saúde humana.
A poluição por nanoplásticos (NP) representa uma ameaça ambiental significativa, incluindo para a saúde humana, devido à sua capacidade de i) se bioacumular na cadeia alimentar, ii) interagir com outros poluentes, iii) atravessar membranas biológicas e perturbar processos celulares, devido ao seu tamanho. O principal objetivo deste trabalho foi aumentar a compreensão dos efeitos e mecanismos de toxicidade resultantes da exposição de sistemas biológicos a NP de poliestireno (PS), com particular foco nas respostas inflamatórias, genotoxicidade e interações com o benzo[a]pireno (B[a]P). Foram realizados ensaios in vitro, expondo células HT29 e N9 a 25–500 μg.mL-1 de PSNP (25, 50, 100 nm), para avaliar a viabilidade celular, a ativação das vias de sinalização p38 e p50 NF-kB, importantes na regulação da resposta inflamatória, e de um recetor específico membranar (recetor tipo toll 4). Estas células HT29 e HepG2 foram expostas a misturas de NP e B[a]P para investigar os seus efeitos no metabolismo de xenobióticos, com foco nas fases I e II. A exposição a NP não alterou significativamente a viabilidade das células expostas, no entanto, as vias inflamatórias e a expressão génica aumentaram, nomeadamente após a exposição a partículas menores. A interação entre NP e B[a]P aumentou o stress oxidativo e comprometeu os mecanismos de defesa antioxidante. Estudos in vivo revelaram que a ingestão indireta de NP afeta significativamente os sistemas intestinal e hepático, influenciando a saúde geral dos peixes. Estes resultados corroboraram as descobertas in vitro, mostrando que a exposição a NP aumenta a regulação de genes pró-inflamatórios. A coexposição de PSNP e B[a]P aumentou significativamente a genotoxicidade nos peixes-zebra, superando os efeitos das exposições individuais. Isto sugere que acontaça o efeito "Cavalo de Troia", onde os NP potencialmente aumentam a toxicidade do B[a]P, através de uma maior captação celular ou metabolismo alterado. O aumento da regulação dos genes de resposta ao dano no DNA (ex. TP53) no fígado e a expressão diferencial de genes envolvidos na desintoxicação (CYP1A) e no stress celular (RAB1A) após a coexposição, sublinham a gravidade do impacto combinado na homeostasia celular e integridade do DNA, destacando a complexa interação entre NP e B[a]P na fisiologia dos peixes-zebra. Este estudo realça a necessidade urgente de uma avaliação abrangente do risco ambiental e de mais investigação para apoiar medidas regulatórias destinadas a proteger tanto os ecossistemas aquáticos como a saúde humana.