Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10923/10673
Type: masterThesis
Title: Efeitos neurotóxicos da exposição ao óxido de grafeno em larvas de zebrafish (Danio rerio)
Author(s): Soares, Jéssica Cavalheiro
Advisor: Bogo, Maurício Reis
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Graduate Program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular
Issue Date: 2017
Keywords: NANOTECNOLOGIA
ÓXIDOS
DOPAMINA
NEUROLOGIA
BIOLOGIA MOLECULAR
BIOLOGIA CELULAR
Abstract: Estudos recentes têm mostrado diversas aplicações do óxido de grafeno (GO) como agente de contraste para fins de diagnóstico, para o endereçamento de drogas (do inglês drug delivery) de fármacos anticarcinogênicos, proteínas e peptídeos e na área de engenharia tecidual para aplicações na regeneração de lesões nervosas. O avanço em pesquisas relacionadas a aplicações do GO em neurologia exige a investigação dos mecanismos de ação potencialmente tóxicos desencadeados pela exposição ao nanomaterial. O zebrafish (Danio rerio) tem sido amplamente utilizado em ensaios neurotoxicológicos devido à homologia de processos bioquímicos e estruturas neurais com outros vertebrados, visíveis desde o início de seu desenvolvimento externo. Para investigar os efeitos neurotóxicos da exposição a diferentes concentrações do GO no período de desenvolvimento, foram avaliados diversos parâmetros in vivo para avaliação toxicológica preliminar. Foi verificado que o GO não induziu alterações na sobrevivência, eclosão e movimentos espontâneos. Contudo, o aumento dos batimentos cardíacos em 48 hpf foi constatado e redução do tamanho do eixo axial, sem alteração na área ocular em 5 dpf. Adicionalmente, análises moleculares da expressão de genes específicos para proteínas do sistema nervoso foram realizadas mostrando que o GO aumenta a expressão de sinapsina IIa e reduz a expressão do transportador de dopamina (dat), sugerindo um provável mecanismo compensatório. A avaliação da locomoção dos animais expostos ao GO mostra o aumento do ângulo absoluto de virada.Com base nestes parâmetros iniciais, foram realizadas análises bioquímicas para a determinação da atividade da enzima acetilcolinesterase (AChE) e dosagem dos níveis de dopamina. A exposição ao GO não alterou a atividade da AChE e reduziu os níveis de dopamina. Adicionalmente, a expressão do gene de linfoma de células B2 (do inglês B cell lymphoma 2 (bcl2) ) e do gene que codifica para caspase 3 (casp3) foram avaliadas para o grupo de larvas expostas ao GO onde foi mostrado aumento da expressão de bcl2, enquanto que a expressão de casp3 permaneceu inalterada, sugerindo que o GO parece não induzir mecanismo de apoptose. A estrutura tecidual e celular do cérebro de larvas de zebrafish expostas ao GO foi avaliada por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) onde morte celular por necrose com perda da arquitetura celular foi constatada. Estudos adicionais para o completo entendimento das alterações neurológicas observadas pela exposição ao GO e dos mecanismos envolvidos nesse processo são necessários.
Recent studies have shown several applications of graphene oxide (GO) in neurology in the imaging area as a contrast agent for diagnostic purposes, for drug delivery of anticarcinogenic drugs, proteins and peptides and in the field of tissue engineering for applications in the regeneration of nervous lesions. Advances in GO applications research in neurology require addressing its potential toxic mechanisms of action. Zebrafish (Danio rerio) has been widely used in neurotoxicological trials due to the homology of biochemical processes and neural structures with vertebrates. To investigate the potential neurotoxic effects of GO exposure in different concentrations at development period, we evaluated in vivo parameters for initial toxicological screening. We found that GO did not induce changes in survival, hatching and spontaneous movement. However, an increase in heart rate at 48 hpf was found and a reduction in body length without altering the ocular area at 5 dpf. Additionally, molecular gene expression analyses of nervous system-related proteins were performed, showing synapsin IIa expression is increased and dopamine transporter (dat) gene expression is reduced, suggesting a potential compensatory mechanism. The evaluation of the locomotion behavior of animals exposed at GO showed an increase in the absolute turn angle. Based on these initial parameters, we performed biochemical analyzes to determination of the enzyme acetylcholinesterase (AChE) activity and dopamine levels. The exposure at GO did not change AChE activity and decreased dopamine levels.Additionally, the gene expression of B cell lymphoma 2 (bcl2) gene and caspase 3 (casp3) gene were evaluated for the group of larvae exposed to GO, demonstrating an increase of bcl2 and unchanged casp3 expression, suggesting no apoptosis involvement. The tissue and cellular structure of zebrafish larvae brain exposed at GO was evaluated by transmission electron microscopy (TEM) and cell dead by autophagosome formation with loss of cellular architecture was observed most likely due to exposure to the nanomaterial. Further studies are necessary to the complete understanding of the neurological changes observed in zebrafish by exposure to GO and the mechanisms involved in this process, are necessary.
URI: http://hdl.handle.net/10923/10673
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