ABSTRACT
Nanopartículas (NPs) tem ganhado notoriedade crescente em aplicações biomédicas. Podendo ser constituídas de diversos materiais, NPs tem sido empregadas como agentes de contraste, na liberação direcionada e controlada de fármacos, em terapia para tratamento de câncer, em catálise heterogênea, entre outras aplicações. As nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (MNP) destacam-se pela multiplicidade de aplicações, apesar de serem pouco caracterizadas quanto à toxicidade celular. Outras nanopartículas com excelente potencial são as constituídas de óxido de nióbio (NbONPs), as quais merecem atenção especial, pois o Brasil é detentor de 98% das reservas comercialmente viáveis deste elemento. Neste trabalho NPs destes dois metais de transição (ferro e nióbio) foram sintetizadas, almejando entender suas interações com materiais, biomoléculas e meios biológicos. Diversas metodologias foram desenvolvidas e testadas com intuito de otimizar a morfologia e o rendimento da preparação, resultando na escolha de decomposição térmica para MNP e, para NbONPs, escolheu-se a impregnação do óxido de nióbio sobre uma matriz de MNPs recobertas com sílica. No caso das MNPs, procedeu-se ao recobrimento das mesmas com lipídeos zwitteriônicos (Dioleilfosfatidilcolina (DOPC)) e carregados positivamente (Brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB)). Foram inicialmente caracterizadas as suas propriedades em diversos ambientes biológicos para posteriormente realizarmos ensaios de citoxicidade em queratinócitos humanos (HaCaT). Avaliamos também a degradação das NPs em diferentes pH, bem como, a interação das mesmas com membranas miméticas de vesículas gigantes unilamelares (GUVs - Giant Unilamellar Vesicles), com visualização microscópica. As MNPs recobertas com DODAB mostraram-se mais tóxicas para os queratinócitos em cultura e também causaram lise das GUVs. No caso das NbONPs, avaliou-se a acidez proveniente do Nb2O5 e o seu potencial em catálise heterogênea, bem como a avaliação da citotoxicidade em HaCaT revelou um potencial uso biomédico
Nanoparticles (NPs) have received increasing attention in biomedical applications. NPs can be constituted by different materials and have been used as contrast agents, in drug delivery, in cancer therapy, in heterogeneous catalysis, among other applications. Magnetic iron oxide nanoparticles (MNP) are notable for their multiplicity of applications, although they are poorly characterized for cellular toxicity. Other nanoparticles with excellent potential are made of niobium oxide (NbONPs), which deserve special attention, since Brazil holds 98% of the commercially viable reserves of this element. In this Thesis, NPs of these two transition metals (iron and niobium) were synthesized, aiming to understand their interactions with materials, biomolecules and media biological. Several methodologies were developed and tested to optimize the morphology and yield of the preparation, resulting in the choice of thermal decomposition for MNPs and, for NbONPs, the impregnation of niobium oxide on a matrix of silica-coated MNPs. In the case of MNPs, they were also coated with lipid zwitterionics (Dioleoyl phosphocholine (DOPC)) and positively charged (Dimethyldioctadecylammonium bromide (DODAB)) lipids. Its properties were initially characterized in several biological environments for later cytotoxicity assays in human keratinocytes (HaCaT). It evaluated the degradation of the NPs in different pH, as well as their interaction with giant unilamellar vesicle (GUVs) mimetic membranes, with microscopic visualization. MNPs coated with DODAB were more toxic to keratinocytes in culture and caused lysis of GUVs. In the case of NbONPs, acidity from Nb2O5 was evaluated in heterogeneous catalysis, as well as the evaluation of HaCaT cytotoxicity revealed a potential biomedical use
Subject(s)
/classification , Nanoparticles/analysis , Niobium/classification , Biological Factors , Magnetite Nanoparticles , Iron/classificationABSTRACT
Abstract The aim of this study was to evaluate the cytotoxicity and bioactivity of calcium silicate-based cements combined with niobium oxide (Nb2O5) micro and nanoparticles, comparing the response in different cell lines. This evaluation used four cell lines: two primary cultures (human dental pulp cells - hDPCs and human dental follicle cells - hDFCs) and two immortalized cultures (human osteoblast-like cells - Saos-2 and mouse periodontal ligament cells - mPDL). The tested materials were: White Portland Cement (PC), mineral trioxide aggregate (MTA), white Portland cement combined with microparticles (PC/Nb2O5µ) or nanoparticles (PC/Nb2O5n) of niobium oxide (Nb2O5). Cytotoxicity was evaluated by the methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) and trypan blue exclusion assays and bioactivity by alkaline phosphatase (ALP) enzyme activity. Results were analyzed by ANOVA and Tukey test (a=0.05). PC/Nb2O5n presented similar or higher cell viability than PC/Nb2O5µ in all cell lines. Moreover, the materials presented similar or higher cell viability than MTA. Saos-2 exhibited high ALP activity, highlighting PC/Nb2O5µ material at 7 days of exposure. In conclusion, calcium silicate cements combined with micro and nanoparticles of Nb2O5 presented cytocompatibility and bioactivity, demonstrating the potential of Nb2O5 as an alternative radiopacifier agent for these cements. The different cell lines had similar response to cytotoxicity evaluation of calcium silicate cements. However, bioactivity was more accurately detected in human osteoblast-like cell line, Saos-2.
Resumo O objetivo deste estudo foi avaliar a citotoxicidade e bioatividade de cimentos à base de silicato de cálcio associados com óxido de nióbio (Nb2O5) micro e nanoparticulados, e comparar a resposta em diferentes linhagens celulares. Foram utilizadas quatro linhagens celulares: duas culturas primárias (células da polpa dentária humana - hDPCs e células do folículo dentário humano - hDFCs) e duas culturas imortalizadas (células osteoblásticas humanas - Saos-2 e células do ligamento periodontal de ratos - mPDL). Os materiais analisados foram: Cimento Portland branco (PC); Agregado trióxido mineral (MTA); PC associado com micropartículas (PC/Nb2O5µ) ou nanopartículas (PC/Nb2O5n) de óxido de nióbio (Nb2O5). A citotoxicidade foi avaliada pelos ensaios de brometo de metil-tiazolil-difeniltetrazólio (MTT) e azul de tripan, e a bioatividade pela atividade da enzima fosfatase alcalina (ALP). Os resultados foram analisados por ANOVA e teste de Tukey (a=0,05). O grupo do PC/Nb2O5n apresentou viabilidade celular semelhante ou maior do que o grupo do PC/Nb2O5μ em todas as linhagens celulares. Além disso, ambos os grupos apresentaram viabilidade celular semelhante ou maior do que o MTA. Saos-2 apresentaram maior atividade de ALP, com destaque para o material PC/Nb2O5μ aos 7 dias de exposição. Concluiu-se que cimentos de silicato de cálcio associados com Nb2O5 micro ou nanoparticulado apresentaram citocompatibilidade e bioatividade, demonstrando potencial do Nb2O5 como agente radiopacificador alternativo para estes cimentos. As linhagens celulares estudadas apresentaram resposta semelhante na avaliação da citotoxicidade de cimentos de silicato de cálcio. No entanto, a bioatividade é melhor detectada na linhagem de células osteoblásticas humanas, Saos-2.