Toxicidade Comparativa de Nanopartículas e Nanoesferas de Ferrita de Cobalto Revestidas com PEG

Resumo

Apresentamos um estudo comparativo da toxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com polietileno glicol (PEG). Nanopartículas foram preparadas pelo método hidrotérmico enquanto nanoesferas foram preparadas pela técnica solvotérmica. A superfície dos nanomateriais foi modificada com sucesso com polietileno glicol. Para investigar a morfologia das amostras preparadas, difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, análise termogravimétrica (TGA) e técnicas de microscopia eletrônica foram empregadas. Análises estruturais confirmaram a formação de nanopartículas de ferrita de cobalto policristalinas com diâmetros na faixa de 20–25 nm e nanoesferas na faixa de 80–100 nm, respectivamente. Camundongos Kunming SPF (fêmeas, 6-8 semanas) foram usados para investigar a toxicidade induzida por nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto em diferentes órgãos dos camundongos. Estudos de biodistribuição, índices bioquímicos, avaliações histopatológicas, fatores inflamatórios, níveis de oxidação e antioxidante e testes de citotoxicidade foram realizados para avaliar a toxicidade induzida por nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto em camundongos. Nanoesferas de ferrita de cobalto foram consideradas mais tóxicas que as nanopartículas e a curcumina provou ser um bom agente de cura para a toxicidade induzida por nanomateriais de ferrita de cobalto revestidos com PEG em camundongos.

Introdução

Nos últimos anos, nanomateriais magnéticos receberam imenso interesse tanto em pesquisa fundamental quanto em aplicações tecnológicas. Estas aplicações incluem, mas não se limitam a, veículos de liberação de fármacos, ressonância magnética (RM), hipertermia, biossensores, separação celular, separação de proteínas, magnetofecção gênica e poluição ambiental e remediação. Ferrita de cobalto, como material magnético duro, é usada como agente de contraste para RM, liberação de fármacos direcionada e mediador de aquecimento em hipertermia. Embora a ferrita de cobalto seja usada em aplicações biomédicas, no entanto, tem certas restrições como sua alta toxicidade devido à quantidade notável de cobalto que é liberado na solução, agregação em solução e pobre acessibilidade da superfície quando surfactantes são usados. Portanto, este problema foi superado pelo uso de modificação de superfície com certos materiais biocompatíveis, não tóxicos, estáveis em água e dispersantes. Além disso, a fabricação de ferrita de cobalto é fácil e custo-efetiva com composições, formas e tamanhos adaptados para qualquer aplicação particular. Existem diversas técnicas adotadas para síntese de ferrita de cobalto nanodimensionada, incluindo mecanquímica, sonquímica, co-precipitação, microemulsão e outras. Similarmente, outras técnicas incluindo método ecológico de etapa única foi adotado para fabricação de nanoclusters fluorescentes de cobre adaptados usando curcumina como molde. Uma desvantagem principal da maioria destas técnicas é a baixa cristalinidade do material preparado, que por sua vez leva a deterioração significativa das características magnéticas. A este respeito, técnicas hidrotérmica e solvotérmica são as mais eficazes e eficientes para sintetizar ferrita de cobalto com morfologias e cristalinidades controladas.

Na literatura, vários nanomateriais como nanopartículas de prata (Ag NPs) têm sido relatados para uso em tratamento antimicrobiano e doenças infecciosas associadas, bem como são usados como nanoveículos para liberação de fármacos e tratamento de diferentes doenças. Em outro artigo de revisão, ferratos têm sido relatados para uso na eliminação de diversa gama de espécies químicas e biológicas de águas residuais. Na aplicação biomédica de nanomateriais de ferrita de cobalto, a principal questão é o acúmulo de ferrita de cobalto em órgãos, resultando em toxicidade no corpo que requer remoção urgente dos nanomateriais coletados dos órgãos e cura dos danos induzidos por ferrita de cobalto. Vários pesquisadores estudaram fármacos anti-inflamatórios e descobriram que estes fármacos podem reduzir a toxicidade induzida por nanomateriais. Curcumina com características antioxidante, antimutação, antitumoral e carcinogênica pode ser usada como agente de cura para toxicidade induzida por nanomateriais de ferrita de cobalto. Tem a capacidade de ser usada como bloqueadora de TNF de in vitro e in vivo por fazer ligação ao TNF diretamente.

O objetivo deste trabalho foi fabricar nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com polietileno glicol (PEG) em laboratório com morfologias controladas. Diferentes doses de nanomateriais foram injetadas intravenosamente em camundongos e análise de sangue, biodistribuição, coloração HE e estudos de viabilidade celular foram realizados para avaliar a toxicidade destes nanomateriais. Comparação da toxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto foi feita e curcumina foi usada como agente de cura para toxicidade induzida por nanoesferas de ferrita de cobalto em camundongos. Mostrou-se que nanoesferas de ferrita de cobalto são mais tóxicas que as nanopartículas devido às suas áreas de superfície aumentadas, que as tornam mais tóxicas e mais reativas que as nanopartículas. Ao melhor de nosso conhecimento, este é o primeiro estudo detalhado deste tipo que não foi realizado anteriormente.

Materiais e Métodos

Preparação dos Nanomateriais

Para preparação de nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG, adotamos técnica hidrotérmica. Para este propósito, soluções de cloreto de cobalto (0,2 M) e nitrato de ferro (0,4 M) foram preparadas separadamente em 25 mL de água deionizada (DI) cada e então estas soluções foram misturadas com 25 mL de soluções aquosas de polietileno glicol (2,5 mM) e hidróxido de sódio (3 M), respectivamente. A mistura foi então agitada por 20 min e despejada em autoclave de aço inoxidável (AI), que foi aquecida a 180 °C por 6 h. Quando o processo foi completado, a mistura foi resfriada à temperatura ambiente e então a solução foi lavada 2-3 vezes usando água DI e etanol para remover quaisquer impurezas indesejadas da mistura. A mistura foi seca a cerca de 80 °C durante a noite no forno e então moída em pós finos para obter as nanopartículas de ferrita de cobalto desejadas.

Para preparação de nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG, técnica solvotérmica foi usada. Para este propósito, cloreto de cobalto hexahidratado foi dissolvido em 40 mL de glicol etileno (2,5 mM) o que foi seguido pela adição de 1,35 g de cloreto de ferro hexahidratado e 1 g de polietileno glicol (PEG). A mistura foi então agitada por cerca de 30 min e então selada em autoclave de AI revestido com Teflon. O autoclave foi então aquecido a 200 °C por 8 h e após terminar a reação, foi então resfriado à temperatura ambiente. A mistura foi lavada com água deionizada e etanol e então seca a 80 °C durante a noite no forno. Finalmente, a mistura foi moída em pós finos para obter nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG com diâmetros na faixa de 80-100 nm. Morfologia dos nanomateriais preparados foi investigada por difração de raios X (DRX) seguindo método usado na Ref. [50], microscopia eletrônica de varredura e transmissão (MEV e MET) como usado na Ref. [50, 51], espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) à temperatura ambiente para determinação de grupos funcionais em ferrita de cobalto similar à Ref. [51], espectroscopia Raman e análise Termogravimétrica (TGA) como usado na Ref. [52].

Marcação Radioativa dos Nanomateriais

A marcação radioativa de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foi realizada com ^99mTc usando cloreto estanoso como agente redutor. Para este propósito, eluato fresco de gerador ^99mTcO₄ (50 μL com atividade de ∼ 4 mCi) foi preparado adicionando-o a 30 μL de suspensão de SnCl₂ (1 mg/mL em 0,5 N HCl). Com a ajuda de solução de NaHCO₃ (1 M), o pH da suspensão foi ajustado na faixa 8-10. Soluções de nanopartículas e nanoesferas (40 μL cada) contendo ~ 0,4% p/p em ferrita de cobalto foram misturadas com suspensões de cloreto estanoso (50 μg), ácido ascórbico (10 mg/mL) e ^99mTcO₄. A mistura foi então agitada a 10.000 rpm por 25 min a 80 °C. Para medições precisas, as contagens radioativas foram registradas dentro de 24 h devido à curta vida útil do ^99mTc (~ 6 h). O sobrenadante foi então decantado após centrifugação e o material remanescente foi identificado como nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto ^99mTc-PEG. Cromatografia em papel foi usada para medir os rendimentos radioativos dos compostos marcados, que foram superiores a 65% refletindo a biodistribuição real dos nanomateriais nos camundongos in vivo.

Biodistribuição dos Nanomateriais

Conforme indicado na Fig. 1, camundongos Kunming SPF (fêmeas, 6-8 semanas, peso 18-20 g) foram obtidos do Centro de Laboratório para Ciências Médicas, Universidade de Lanzhou, China. Todos os camundongos foram mantidos em gaiolas sob sistema de temperatura controlada mantida a 21-22 °C e luzes ligadas das 08:00 às 20:00 h. Acesso livre a comida e água da torneira foi dado aos camundongos e eles foram manipulados seguindo protocolos do Laboratório de Cuidado Animal Formulado pela Sociedade Nacional de Pesquisa Médica e diretrizes dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA. Os camundongos foram randomicamente divididos em vários grupos com cada grupo contendo 5 camundongos e então foram injetados intravenosamente com soluções de ^99mTc-PEG-ferrita de cobalto de nanopartículas e nanoesferas e sacrificados após 1 h, 6 h, 16 h e 24 h, respectivamente. Tecidos do coração, pulmão, fígado, baço e rim foram imediatamente dissecados, embrulhados em papel alumínio, pesados e então a radioatividade de ^99mTc em cada tecido foi medida usando detector de contador gama. A biodistribuição dos nanomateriais em diferentes órgãos de camundongos foi apresentada em porcentagem de dose injetada por grama de tecido úmido (ou seja, % ID/g).

Coloração Hematoxilina e Eosina

Para coloração hematoxilina e eosina (HE), a cera de parafina foi fatiada em xileno para desceragem e o processo foi repetido duas vezes por cerca de 10 min cada. Hidratação da amostra foi realizada transferindo as lâminas através de diferentes soluções de etanol com concentrações de 100% etanol, 95% etanol e 70% etanol cada por 2 min. Lâminas enxaguadas em água corrente da torneira à temperatura ambiente por cerca de 2 min e quando o processo terminou, os núcleos foram corados em solução de coloração hematoxilina a 60 °C por 10 s e então à temperatura ambiente por 1 min e as lâminas foram então colocadas sob água corrente da torneira à temperatura ambiente por cerca de 5 min. Coradas as amostras em solução de trabalho de eosina Y por 2 min e então desidratadas as amostras primeiro mergulhando em 95% etanol e então em 100% etanol cada por 2 min. O citoplasma foi corado por 7 s imergindo em solução de coloração eosina por 15 s. Após remoção, o citoplasma foi lavado e desidratado com etanol absoluto duas vezes por 1 min cada. O tecido foi então tornado transparente com Xileno por 15 s e o citoplasma examinado e então fotografado usando selos de goma neutra. Exame microscópico dos tecidos foi realizado usando microscópio Olympus Microphot-CX41 acoplado com câmera digital.

Índices Bioquímicos e Fatores Inflamatórios

Duzentos e cinquenta microgramas de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foram injetados intravenosamente nos camundongos do grupo de exposição enquanto o grupo controle foi tratado com soro fisiológico de 0,9% e todos os camundongos foram então sacrificados após 24 h. Sangue foi coletado dos camundongos e centrifugado por cerca de 10 min para obter o soro sanguíneo. Os conteúdos séricos de TB, ALT, AST, BUN, CREA e Cys-C foram medidos pelo ensaio imunoenzimático (ELISA) e western blot. Enzimas ligadas ao fígado, IL-6, IL-8 e TNF-α, desempenham papel chave na resposta inflamatória induzida por necrose. Geralmente níveis altos destas expressões ocorrem quando um órgão responde à inflamação.

Ensaio de Viabilidade Celular MTT

Os potenciais citotóxicos de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foram determinados por MTT, um ensaio colorimétrico para avaliar atividades metabólicas celulares. Células epiteliais humanas L-132 e monócitos humanos THP-1 comprados de Xangai, China, foram expostos a diferentes concentrações de nanopartículas na faixa 30-125 μg/mL e nanoesferas na faixa 50-250 μg/mL e a densidade óptica foi medida a 590 nm para diferentes ensaios usando sistema de espectrofotômetro de microplacas (UNICO WFZ UV-2000, Xangai, China). Células L-132 foram selecionadas como a inalação é uma rota principal para exposição de nanomateriais e células THP-1 foram usadas devido ao seu papel na eliminação de materiais estranhos. Em cada ensaio, células não tratadas foram avaliadas como controle negativo. A inibição da atividade enzimática foi observada nas células, que foi comparada com células não tratadas (controle negativo) e os valores foram derivados na forma de razão do controle negativo e plotados contra a concentração de nanopartículas e nanoesferas.

Análise Estatística

Cada ponto de dado foi reportado como valor médio (±sem) dos experimentos realizados em triplicata. Significância das diferenças foi avaliada usando análise de variância e gráficos estatísticos foram desenhados com ajuda de software Origin e Microsoft Excel.

Resultados e Discussão

Análise Estrutural

Análises estruturais (DRX, FTIR, Raman e TGA) dos nanomateriais preparados são mostradas na Fig. 2. Os resultados de DRX na Fig. 2a representam a ferrita de cobalto revestida e não revestida na nanoescala, confirmando que a ferrita de cobalto foi fabricada com sucesso. As posições e intensidades relativas de todos os picos observados nos dados de DRX confirmam a natureza cristalina da ferrita de cobalto. Nenhum pico extra foi observado, indicando pureza da ferrita de cobalto preparada. O tamanho médio de cristalito da ferrita de cobalto foi determinado usando equação de Scherrer, que foi encontrado ~ 24 nm. Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi conduzida para investigar a distribuição de cátions (níquel, cobalto e ferro) na ferrita de cobalto. A Figura 2b indica os dados de FTIR coletados à temperatura ambiente. Teoricamente, a ferrita de cobalto tem duas bandas de absorção fortes (ʋ₁ e ʋ₂) junto com poucas outras aparecendo na faixa 400-600 cm⁻¹. Todos estes picos são claramente indicados em nossos dados mostrados na Fig. 2b. Nos dados de FTIR, ʋ₁ corresponde às vibrações de estiramento intrínsecas do metal em sítios tetraédricos, enquanto ʋ₂ corresponde às vibrações de estiramento dos íons metálicos em sítios octaédricos. O pico aparecendo no FTIR a 3421 cm⁻¹ corresponde ao polietileno glicol (PEG) indicando sua ligação bem-sucedida na superfície da ferrita de cobalto. Análise Raman da ferrita de cobalto coletada à temperatura ambiente é mostrada na Fig. 2c, indicando 5 picos diferentes que podem ser vistos nos dados. O pico aparecendo abaixo de 700 cm⁻¹ é o pico característico principal (modo A_1g) da ferrita de cobalto correspondente ao estiramento de íons oxigênio ao longo das ligações Fe-O em sítios tetraédricos, enquanto os outros picos aparecendo nos dados também pertencem à ferrita de cobalto. Isso confirma a fabricação bem-sucedida de PEG-ferrita de cobalto em nosso experimento. A Figura 2d mostra os resultados de TGA das amostras coletadas na faixa de temperatura 50-380 °C indicando que a ferrita de cobalto perde seu peso em diferentes temperaturas. Também é evidente na análise TGA que a estabilidade térmica do PEG é relativamente baixa enquanto a de PEG-ferrita de cobalto é alta.

Análises de microscopia eletrônica das amostras são mostradas na Fig. 3. Figura 3(a) e (b) indicam imagens de MEV de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG, respectivamente, enquanto Fig. 3(c) e (d) indicam análises de MET de nanoesferas e nanopartículas, respectivamente. Estes resultados mostram que o tamanho médio de nanopartículas é cerca de 25 nm e o de nanoesfera é 80-100 nm. Das imagens de MET de nanoesferas, é óbvio que nanoesferas são compostas por grande número de nanopartículas menores com grandes áreas de superfície, tornando-as mesoporosas, altamente desejáveis para aplicações médicas de nanomateriais como veículos carreadores de fármacos. Todas estas análises estruturais confirmam a formação bem-sucedida de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG de fase pura.

Estudos de Biodistribuição

Quantitativamente, a biodistribuição de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG no sangue, coração, fígado, baço, pulmão e rim após diferentes intervalos de tempo (1, 6, 16 e 24 h) é mostrada na Fig. 4. A presença de ferrita de cobalto no sangue e outros órgãos foi avaliada dentro de 24 h após injeção intravenosa de solução de ^99mTc-PEG-ferrita de cobalto (nanopartículas e nanoesferas). No caso de nanoesferas mostrado na Fig. 4(a), a retenção sanguínea de ferrita de cobalto foi 6,5 ± 0,33% ID/g após 1 h de exposição e então diminuiu gradualmente nos próximos intervalos de tempo (ou seja, 6, 16 e 24 h). Viu-se que nanoesferas foram principalmente distribuídas no coração, fígado, baço, pulmão e rim; porém, a maioria delas foi primariamente acumulada no baço. Além disso, a biodistribuição de nanoesferas em vários órgãos foi mais alta após a primeira hora e então diminuiu gradualmente e permaneceu menos de 30% após 6 h. No caso de nanopartículas de ferrita de cobalto, a retenção sanguínea de nanopartículas foi cerca de 2,8 ± 0,14% ID/g após 1 h de exposição, indicando clearance relativamente rápido de material radioativo do pool sanguíneo do corpo e então diminuiu com a passagem do tempo como mostrado na Fig. 4(b). As nanopartículas foram distribuídas no coração, fígado, baço, pulmão e rim com concentrações máximas no baço e fígado. É claro da figura que a biodistribuição de nanopartículas no sangue e outros órgãos foi mais alta após a primeira hora e então diminuiu gradualmente após 6 h e finalmente atingiu os valores mais baixos após 24 h. Se compararmos os resultados de biodistribuição de nanoesferas e nanopartículas, vê-se que o acúmulo/presença de nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG no sangue e outros órgãos dos camundongos foi maior comparado com as nanopartículas. Isso pode estar associado à grande área de superfície e alta porosidade de nanoesferas comparadas com as nanopartículas, que é um dos fatores críticos para determinar a reatividade das interações de nanomateriais com sistemas biológicos. No caso de nanopartículas, sua natureza não mesoporosa com baixa área de superfície específica as tornou menos reativas que as nanoesferas sob as mesmas condições. Estas características podem ter reduzido a resistência prolongada de nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG no sangue e outros órgãos de camundongos. Além disso, as nanoesferas estão causando formação de complexos com biomoléculas e resultando em nível aumentado de espécies radicais, aumentando nível de estresse oxidativo, danificando DNA celular e resultando em estresse oxidativo por peroxidação lipídica.

Índices Bioquímicos

Para estudar o efeito de toxicidade de nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG em camundongos, índices bioquímicos foram medidos e os resultados são apresentados na Fig. 5. Vários parâmetros incluindo ALT, AST, BUN, CREA, TB e Cys-C foram medidos para camundongos do grupo controle e exposição. Software SPSS foi usado para extração de dados com *P < 0,05 representando mudanças significativas durante as medições. Em ambos nanoesferas e nanopartículas, vê-se que todos os índices bioquímicos mostram mudanças significativas quando comparados com camundongos do grupo controle (*P < 0,05). No caso do grupo de exposição a nanoesferas de ferrita de cobalto, os níveis de ALT, AST e BUN demonstram diferenças significativas (*P < 0,05) comparados com camundongos do grupo controle, enquanto no caso do grupo de exposição a nanopartículas, apenas Cys-C exibe diferença significativa comparado com grupo controle (*P < 0,05). Vê-se que TB e Cys-C que são principalmente responsáveis pelo biomarcador de função renal foram diminuídos significativamente no caso de nanoesferas. Isso sugere que o rim é mais afetado pela exposição a nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG comparado com nanopartículas. AST, como biomarcador para o fígado, foi mais afetado pela exposição de ambas nanopartículas e nanoesferas. Isso sugere que a exposição a ferrita de cobalto pode afetar adversamente a função hepática. De todos estes resultados, é claro que nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG estão criando mais danos em camundongos in vivo comparado com nanopartículas de ferrita de cobalto.

Estudo Histopatológico

Apresentamos análise histopatológica dos grupos de camundongos controle, nanopartículas, nanoesferas e tratamento como mostrado na Fig. 6. Se compararmos os resultados dos grupos de exposição a nanoesferas e nanopartículas com camundongos do grupo controle, vê-se que nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG estão produzindo mais danos em diferentes órgãos (fígado, baço, rim e pulmão) de camundongos comparado com grupo de exposição a nanopartículas. No rim, congestão glomerular ocorreu junto com edema leve e células inflamatórias intersticiais são vistas no caso de ingestão de nanoesferas quando comparado com exposição a nanopartículas e camundongos do grupo controle. Também se vê que nanopartículas mostram menos inflamação que as nanoesferas. No caso de exposição a nanopartículas, verificou-se que pulmões são relativamente menos afetados enquanto no caso de nanoesferas, a parede alveolar foi encontrada espessada e fibrose leve foi vista. Além disso, para o grupo de exposição a nanoesferas, hepatócitos mostram inchaço e edema ocorreu, enquanto inflamação relativamente menor foi encontrada no caso do grupo de exposição a nanopartículas.

Fatores Inflamatórios e Nível de Oxidação/Antioxidante

Os níveis de expressão de IL-6, IL-8, TNF-α, MDA e T-AOC foram medidos e os resultados são mostrados na Fig. 7. Figura 7a representa as bandas de western blot de IL-6, IL-8 e β-actina para grupos controle, exposição a nanopartículas e nanoesferas. O nível proteico relativo de IL-6 e IL-8 para grupos controle, exposição a nanopartículas e nanoesferas é mostrado na Fig. 7b, enquanto os conteúdos de TNF-α, MDA e T-AOC são mostrados na Fig. 7c-e com *P < 0,05 para grupo de exposição versus grupo controle ± sem. Os resultados revelaram que os níveis de IL-6, IL-8, TNF-α e MDA para camundongos do grupo de exposição a nanoesferas de ferrita de cobalto são maiores que os do grupo de nanopartículas e ambos estes níveis são maiores que camundongos do grupo controle. No caso de T-AOC, o nível de nanoesferas foi menor que o de exposição a nanopartículas e grupo controle. Todos estes resultados indicam que nanopartículas e nanoesferas estão causando inflamação em camundongos, especialmente no fígado. Porém, nanoesferas estão afetando os órgãos mais que as nanopartículas. É bem entendido que nanomateriais no corpo geram radicais livres de oxigênio (ERO), que causam série de reduções qualitativas dos antioxidantes, resultando em danos de oxidação de tecidos biológicos que afetam adversamente organismos celulares. Além disso, quando os níveis de IL-6, IL-8, TNF-α, MDA e T-AOC para camundongos expostos a nanopartículas foram comparados com aqueles expostos a nanoesferas, verificou-se que nanoesferas de ferrita de cobalto resultaram em mais inflamação comparado com camundongos do grupo de exposição a nanopartículas.

Avaliação de Citotoxicidade

Os estudos de citotoxicidade para diferentes concentrações de nanoesferas e nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com PEG foram realizados e os resultados são apresentados na Fig. 8. A porcentagem de sobrevivência de células L-132 é mostrada na Fig. 8(a), enquanto Fig. 8(b) representa a porcentagem de sobrevivência de células THP-1. Vê-se que para concentrações acima de 100 μg/mL, há mudanças significativas na viabilidade celular observadas para ambas as células, e vê-se que os resultados são mais pronunciados no caso de nanoesferas PEG. Isso confirma que nanoesferas de ferrita de cobalto estão produzindo mais danos comparado com as nanopartículas. Além disso, a viabilidade celular diminui com aumento da concentração de ambas nanopartículas e nanoesferas, indicando que ferrita de cobalto revestida com PEG em ambas formas produz mais toxicidade em camundongos com aumento da concentração. Devido a dois alvos celulares diferentes (L-132 e THP-1), pode-se esperar que a resposta celular não seja idêntica, dependendo do mecanismo de morte celular. Razão possível para explicar as especificidades do alvo celular mesmo para tamanhos similares de partículas pode ser atribuída à função de fagocitose, que caracteriza monócitos (células THP-1), mas não células epiteliais pulmonares. É bem entendido que uma única nanoesfera é composta de grande número de pequenas nanopartículas. Assim, possui grande área de superfície comparada com as nanopartículas e portanto, tem mais reatividade e mais chances de interação com sistemas biológicos (tecidos) comparado com as nanopartículas. Além disso, devido ao tamanho maior de nanoesferas, elas não conseguem ser secretadas facilmente via circulação sanguínea ou urinária uma vez que entram no órgão. Portanto, permanecem no corpo (órgãos) por tempo relativamente maior comparado com as nanopartículas, que por sua vez afetam os tecidos adversamente. Além disso, as nanoesferas causam redução da função de macrófagos, redução da fagocitose das próprias nanoesferas, e redução da mobilidade de macrófagos e disfunção citoesquelética.

Efeito da Curcumina na Toxicidade

Índices bioquímicos no soro sanguíneo foram estudados para grupo de exposição a nanoesferas e grupo tratado com curcumina e os resultados foram comparados com camundongos do grupo controle, mostrados na Fig. 9. Verificou-se que todos estes índices no grupo de camundongos tratamento mostraram melhorias significativas após administração de curcumina quando comparados seus valores com grupos de exposição a nanoesferas e controle. Na figura, vê-se que os níveis de expressão de ALT, AST, BUN, CREA, CYS-C e TB se aproximaram dos valores normais após administração de curcumina. Isso pode ser atribuído ao fato de que a curcumina tem fortes características antioxidantes que reduzem o estresse oxidativo produzido como resultado da toxicidade induzida por ferrita de cobalto. Também foi relatado que TNF-α e IL-1 desempenham papel importante na indução de necrose hepática e curcumina reduz o efeito de toxicidade inibindo a secreção de TNF-α e IL-1 por macrófagos, similar ao trabalho relatado anteriormente na Ref. [65].

Conclusão

Neste trabalho, fabricamos com sucesso nanopartículas e nanoesferas de ferrita de cobalto revestidas com PEG via métodos hidrotérmico e solvotérmico, respectivamente. Das análises estruturais, verificou-se que os nanomateriais preparados são altamente puros, cristalinos e biocompatíveis por natureza resultante da ligação bem-sucedida do PEG. Verificou-se que tanto nanoesferas quanto nanopartículas de ferrita de cobalto são tóxicas a sistemas biológicos. Além disso, mostrou-se que nanoesferas de ferrita de cobalto são mais tóxicas que as nanopartículas devido à sua grande área de superfície e maior reatividade com tecidos biológicos. Mudanças positivas foram monitoradas em índices bioquímicos após administração de curcumina que é um químico natural sem efeitos colaterais, confirmando assim que pode ser usada como agente de cura para toxicidade induzida por nanoesferas de ferrita de cobalto.