II Jornada Internacional de Salud Ocupacional I Congreso Peruano de Medicina Ocupacional y Ambiental NANOMATERIAIS, TOXICIDADE E TRABALHO Fundação Oswaldo Cruz William Waissmann Agosto/2013

Nanotubos de Carbono Relação inversa entre tamanho da partícula e número de moléculas expressas na superfície. Na faixa <100 nm, o número de moléculas superficiais (expressas como % das moléculas da partícula) é inversamente relacionado ao tamanho da partícula. P.ex numa partícula de 30 nm, cerca de 10% das moléculas estão expressas na superfície enquanto em 10 e 3 nm, as taxas aumentam para 20% e 50%, respectivamente. O número de átomos e moléculas na superfície pode determinar a reatividade do material, o que é chave na definição das propriedades químicas e físicas das nanopartículas. Nel et al., 2006

ATUALIDADE Nanotecnologia & Saúde Identificados 33083 artigos Identificados 116 países com publicações na área. No gráfico  países com mais de 100 artigos no tema, em 2009. Waissmann et al., 2010 Obs.: Foram identificados 116 países com publicação na área. Para o gráfico acima foram considerados os países com mais de 100 artigos no tema em 2009.

Roco et al., 2010

Che-Ming et al, 2011

Roco et al., 2010

Muller et al. 2008

CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DOS NANOMATERIAIS PARA A TOXICIDADE Fig 1. Inter-relações entre as propriedades físico-químicas das nanopartículas e as propriedades biológicas (Fisher and Chan, Current Opinion in Biotechnology 2007, 18: 565-571).

ESTRESSE OXIDATIVO COM AUMENTO DE ERO E ERN INTERMEDIÁRIOS INFLAMATÓRIOS

Nota: Relacionam-se à área superficial de NME e à habilidade de gerar ERO e efeitos pró-inflamatórios na resposta de células pulmonares à nanosílica, nanoTIO2, negro de fumo, com ↓ GSH / GSSG Nel et al., 2006.

Diagrama - fatores indutores de inflamação por nanopartículas Fonte: Dwivedi et al; 2009.

Nanotubos de Carbono PARADIGMA DA FIBRA Efeitos ao DNA Formação de granulomas e mesotelioma Inflamação e ERO Facilitação à infecção Efeitos pulmonares e extrapulmonares PARADIGMA DA FIBRA

COMO EXPLICAR A TOXICIDADE? Papel de defeitos de superfície? Presença de contaminantes metálicos? Papel de defeitos de superfície? Efeito de carreador? CNT não aquecido CNT 600 º C CNT 2.400 º C Fe (‰) 0,0098 0,0051 0,0001 Co (‰) 4,94 5,44 0,0015 Al (‰) 19,7 22,5 3,7 Muller et al., 2008

Inflamação e genotoxicidade reduzidas com calor Inflamação e genotoxicidade reduzidas com calor. Restauradas com defeitos estruturais dos MWCNT

Muller et al., 2008

PARADIGMA DA FIBRA Partícula com razão comprimento:largura, ao menos, de 3:1, com comprimento > 5 μm e diâmetro < 3 μm (WHO, 1997).

O paradigma da patogenicidade e o papel de partículas carcterísticas Donaldson et al., 2010

PARADIGMA DA FIBRA Fagocitose frustrada como relacionada a fibras curtas e longas de asbestos (esquerda) e a várias formas de nanotubos de carbono (direita). Donaldson et al., 2010

Fagocitose frustrada (setas) e reação inflamatória aguda associada em lavado broncoalveolar de camundongos cujos pulmões foram instilados com nanotubos de carbono. Donaldson et al., 2010

Donaldson et al., 2010

Tecido pulmonar de camundongos Barras de escala representam 20 μm. Donaldson,et al., 2010

PARADIGMA DA FIBRA Efeitos podem depender da concentração de fibras (CNF) ATENÇÃO: Importante modo de clivagem pulmonar: Fibra de vidro  Clivagem Transversal  Reduz tamanho da Fibra  Retirada ou destruída Outras, como asbesto  Clivagem Longitudinal  Piora  Duas fibras mais finas, mas do mesmo comprimento  ↑ nº de fibras, com o tempo Delorme et al., 2012 e Warheit & Delorme, 2012

SWCNT ativam plaquetas e aceleram a formação de trombos na microcirculação (camundongos). Bihari et al, 2010 Agregação de plaquetas humanas Radomski et al. 2005

Pacurari et al., 2008

Pacurari et al., 2008

DETERMINANTES DE TOXICIDADE POR CNT Dependeria do tipo de efeito estudado Inflamação Granuloma Fibrose Câncer Genotoxicidade SWCNT ou MWCNT ? Metais + Defeitos de superfície - Comprimento (+) Aglomerados Mueller et al, 2008

MAIOR POSSIBILIDADE FORMAÇÃO DE TROMBOS E IAM EXAUSTÃO DE DIESEL Disfunção Endotelial Rigidez Arterial Redução Capacidade Fibrinolítica Aumento Ativação Plaquetária Maior depressão do segmento ST em doença coronariana estável Liberação endotelial de ativador tecidual de plasminogênio (t-PA) MAIOR POSSIBILIDADE FORMAÇÃO DE TROMBOS E IAM

Dendrímeros  poly (propyleneimine) de 5ª geração – PPI e 3 derivados funcionalizados (TPPI, MPPI and TuPPI) In vivo, camundongos, 3 doses de cada, amostras de sangue em 24 h e no 15º dia. Análise histopatológica Dutta et al., 2008

Dutta et al., 2008

Nel et al., 2006 Proposta para síntese de efeitos experimentais e fisipatológicos de NME Não por estresse oxidativo: desnaturação proteica, dano à membrana celular, imunoreatividade, formação de granuloma

Dificuldades potenciais em diferenciar efeitos de nanopartículas de fundo dos efeitos de nanomateriais engenheirados

MAIOR POSSIBILIDADE FORMAÇÃO DE TROMBOS E IAM Exaustão de Diesel Disfunção Endotelial Rigidez Arterial Redução Capacidade Fibrinolítica Aumento Ativação Plaquetária Maior depressão do segmento ST em doença coronariana estável Liberação endotelial de ativador tecidual de plasminogênio (t-PA) MAIOR POSSIBILIDADE FORMAÇÃO DE TROMBOS E IAM

Relação de nanopartículas não intencionais ocupacionais com velhas e novas doenças (algumas de etiologia desconhecida) Miopatia isquêmica numa jovem mulher – translocação sexual de nanopartícula de carboneto tungstênio Marido trabalha em fábrica de telhas – máquina de corte feita de carboneto de tungstênio Gatti & Montanari, 2008

Pulmão de dentista com sarcoidose – Algumas partículas dentro do granuloma e no materal de clareamento dentário Gatti & Montanari, 2008

MÉTRICA TiO2 ERO –Anatase 9 ≠ Áreas Superficiais Jiang et al., 2007

O QUE TESTAR? 120.000 SUBSTÂNCIAS REGISTRADAS NOS EUA PARA USO COMERCIAL, MENOS DE 8.000 COMPLETARAM TESTES TOXICOLÓGICOS DE LONGA DURAÇÃO ↓ PASSIVO ↑ NÃO HÁ CONSENSO EM QUAL NM AVALIAR, A MÉTRICA E AS TÉCNICAS A SEREM UTILIZADAS (mais de 100.000 nanotubos de carbono) O QUE TESTAR?

ALGUMAS PROPOSTAS/REGRAS JÁ INDICADAS HÁ PROPOSTAS E REGRAS GERAIS DA OCDE/ISO HÁ REGRAS E ATITUDES DA UE / REACH HÁ INICIATIVAS DOS EUA / NIOSH ALGUMAS INDÚSTRIAS CRIAM SUAS PRÓPRIAS REGRAS

GUIAS E MÉTODOS Guias e métodos SEM Controle de Bandas “Guidelines for Safe Handling, Use and Disposal of Nanoparticles”, Amoabediny et al. (2008). Irã (QL). “British Standard-BSI “Safe Handling Nanomaterials – PD 6699-2:2007”. UK. (QL+QT). “Guidance for Handling and Use of Nanomaterials at the Workplace”, Instituto Federal de Segurança e Saúde Ocupacional - Alemão (“Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin/BAµA”) de 2007. (QL+QT). Guias e métodos COM Controle de Bandas “Best practices guide to synthetic nanoparticle risk management”, apresentada por Osteguy et al. (2009). Quebec (Canada). (QL+QT). “General Safe Practices for Working with Engineered Nanomaterials in Research Laboratories”, (2012). NIOSH – EUA. (QL+QT). “Methodological proposal for occupational health and safety actions in research laboratories with nanotechnologies activities”. (2012). Brasil. (QL) “Control Banding Tool for Nanoparticles”. (2012). French agency for food, environmental and occupational health & safety (ANSES). (QL). 43

Sistema de controle de bandas Avaliação e gestão de riscos  determina um conjunto de controles para prevenir danos aos trabalhadores Categorização em bandas de riscos de substâncias utilizadas num dado ambiente  revisão da própria, de forma bulk ou similar (irritação da pele, substâncias muito tóxicas, cancerígenas, regras de classificação). Classificação em bandas de exposições (líquidas, secas, em pó, aerossóis). Sugestão de medidas de controle (por exemplo, exaustão local, contenção, EPIs.).

Controle de Bandas Anses, 2008

Há, obviamente, novas necessidades: PRECISAMOS DE MAIS, NOVOS E MELHORES DADOS Abordagem BSAI (Biological Surface Adsortion Index)? Shen et al. Índice de erros/interações de replicação DNA-Nano Proteômica/Lipidômica/Metabolômica in silico?

BSAI  Melhor conhecimento da interface NP e bio-ambiente  Relevância da superfície do NP no organismo A Interface Sólido-Líquido (Partícula – Corona Proteica) Solvatação, adsorção de pequenas moléculas e espécies iônicas  estabilidade coloidal em meio aquoso, afinidade e seletividade de biomoléculas Xia et al., 2010

R representa a força molecular do par de elétron solitário Π é a dipolaridade e polarabilidade do soluto Αé a acidez efetiva das pontes de hidrogênio do soluto Βé a basicidade efetiva das pontes de hidrogênio do soluto v representa interações hidrofóbicas i = 1,2,3 …….n n = número de sondas R1, Π1, α1, β1, V1 – são os descritores moleculares da iésima sonda de uma base de dados criada. Xia et al., 2010

Niosh Proposta – Estudo transversal com trabalhadores EUA envolvidos no transporte e distribuição de a CNT e CNF Duas fases: Avaliação da exposição industrial de trabalhadores, em que se aprofunde e se refinem métodos de medidas de CNT e CNF. Estudo transversal relacionando as melhores métricas de exposição de CNT e CNF a marcadores de doença pulmonar precoce ou efeitos cardiovasculares. Entrevistas por questionário, via computador, Exame médico com avaliação da função pulmonar, pressão arterial, coleta de escarro e sangue. Confounding: fumo, idade, sexo, coexposição no trabalho, incluindo nanopartículas ou partículas ultrafinas Federal Register, 2012

COMO LIDAR COM CICLO DE VIDA E REGULAÇÃO DE NANOMATERIAIS ?

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