Perfil de Biocompatibilidade de Nanoestruturas de Óxido de Zinco

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Inorgânica

Autores

Jesus, J.L.F. (PUCRS) ; Morrone, F.B. (PUCRS) ; Monteiro, W.F. (PUCRS) ; Diz, F.M. (PUCRS) ; Lima, J.E.A. (PUCRS) ; Ligabue, R.A. (PUCRS)

Resumo

Nanoestruturas de ZnO são atrativas e se destacam por sua versatilidade, podendo ser obtidas com diversas morfologias. No entanto, aplicações mais recentes dos nanomateriais de ZnO no campo biomédico implicam em avaliar os potenciais riscos de citotoxicidade em relação às células vivas. Este trabalho tem como objetivo desenvolver diferentes morfologias de nanoestruturas de óxido de zinco e traçar um perfil de biocompatibilidade celular frente a células Vero. As nanoestruturas de ZnO foram sintetizadas e caracterizadas por MEV. O mapeamento da biocompatibilidade sugere a modulação da toxicidade pela relação concentração e tempo, evidenciando uma potencial aplicação na área biomédica.

Palavras chaves

nanoestruturas de zinco; biocompatibilidade ; citotoxicidade

Introdução

Materiais nanoestruturados destacam-se como uma ferramenta de grande potencial capaz de trazer benefícios para diversas áreas de pesquisa. Em especial, o ZnO nanoestruturado é atrativo e se destaca devido à sua versatilidade, podendo ser obtido com diferentes morfologias que conduzem a propriedades distintas, como características elétricas e magnéticas (MAYRINCK, et al. 2014). Outro ponto interessante é a possibilidade de preparação destas nanoestruturas por métodos químicos relativamente simples e de baixo custo, como coprecipitação, hidrotérmico, etc. (AGARWAL, et al. 2019.; LI, et al. 2019). Essas características têm se mostrado cruciais para o delineamento e aplicação do ZnO em eletrônica, catálise, fotodetectores, sensores, células solares, entre outros. As aplicações mais recentes das nanoestruturas de ZnO no campo biomédico implicam na avaliação dos potenciais riscos de citotoxicidade em relação às células, podendo oferecer estratégias para o diagnóstico e terapias bem como, sua aplicação na engenharia de tecidos e medicina regenerativa (ZHANG, et al,2013). Além disso, o metal zinco é um coadjuvante funcional significativo em sistemas fisiológicos e biológicos (SU et al., 2019), com seletividade para atacar células cancerígenas (WIESMANN et al., 2019). No entanto, seu uso pode se tornar mais importante, uma vez que pode ser empregado na forma de nanopartículas, nanobastões, nanofios, nanotubos, nanodiscos, nanoesferas, entre outros (MARANA et al., 2010). Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo explorar o uso de nanoestruturas de ZnO e avaliar o seu perfil de biocompatibilidade.

Material e métodos

Materiais Nitrato de zinco hexahidratado (Neon, 96 %), hidróxido de amônio (NH₄OH, Synth) e Etilenoglicol (EG, Synth). Para o cultivo celular foram utilizados: meio DMEM, soro fetal bovino (SFB), penicilina- estreptomicina (10.000 U/mL), anfotericina B (Fungizona), obtidos da Gibco. MTT [3(4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazólio brometo] (5 mg/mL) e meio livre de cálcio-magnésio (CMF). Síntese de nanoestruturas de ZnO Nanoestruturas de óxido de zinco foram preparadas por método adaptado da literatura (NAILA et al., 2019). Em balão de 3 bocas, 45 g de Zn (NO₃)₂ foram dissolvidos em 100 mL de água deionizada. Após, 31 g de EG e 1 mL de NH₄OH adicionados e mantidos sob agitação magnética nas temperaturas de 30 ou 80 ^oC por 20 min. Após, os materiais foram centrifugados, lavado 3 vezes com água destilada e uma vez com etanol, sendo posteriormente seco em estufa por 12 h a 80 °C. Nomenclatura: nanoestruturas ZnO preparadas a 30 °C – ZnO-30 e aquelas preparadas a 80 ^oC - ZnO-80. Caracterizações As nanoestruturas de ZnO foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV, FEI Inspect F50). A viabilidade celular foi avaliada pelo ensaio de MTT. As células normais de rim de macaco verde (Vero) foram plaqueadas a uma concentração de 5x10³ células/poço e incubadas a 37 °C por 24 h. Após, as células foram expostas a concentrações crescentes de ZnO-30 e ZnO-80 (25, 50, 100 e 200 µg/mL) por 24 h. Os ensaios realizados em 3 experimentos independentes em triplicata para cada amostra expressaram uma média ± erro padrão e as análises estatísticas foram realizadas através de análise de variância (ANOVA) de uma via, seguida pelo pos-hoc de Tukey.

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta as micrografias obtidas para as nanoestruturas de ZnO sintetizadas. Observa-se alguma heterogeneidade na morfologia para a nanoestrutura ZnO-30 (Fig. 1a), contudo a morfologia predominante é de bastões. Para o ZnO-80 (Fig. 1b) foi observado uma estrutura lamelar com heterogeneidade nos tamanhos. Os resultados do ensaio de MTT (Fig. 2) mostram que a nanoestrutura ZnO-30 promoveu aumento da viabilidade das células Vero na concentração de 50 µg/mL, entretanto na concentração de 200 µg/mL houve uma diminuição da viabilidade celular após 24 horas. Para a nanoestrutura d e ZnO-80 foi observado uma inibição da viabilidade celular a partir da concentração de 100 µg/mL no mesmo tempo. Ainda também, os resultados permitem extrair um perfil de biocompatibilidade para ambas as nanoestruturas sintetizadas, o ZnO-30 mostrou-se atóxico nas concentrações de 25 a 100 µg/mL, enquanto que o ZnO-80 apresentou o mesmo perfil de compatibilidade nas concentrações de 25 a 50 µg/mL.

Imagens obtidas por MEV para (a) ZnO-30 e (b) ZnO- 80.


Avaliação da toxicidade do ZnO 30 e ZnO 80 na viabilidade celular da linhagem Vero por meio do ensaio de MTT após 24 h. *** p < 0,001, ** p < 0,01 e * p < 0,05.

Conclusões

Duas nanoestruturas de ZnO com morfologias diferentes foram sintetizadas variando-se a temperatura reacional, correspondendo predominantemente a bastões (ZnO-30) e lâminas (ZnO-80). Estas nanoestruturas exibiram um perfil de biocompatibilidade nas concentrações até 100 µg/mL. Além disso, após os resultados in vitro iniciais foi possível determinar o mapeamento de biocompatibilidade em relação a concentração e o tempo evidenciando uma potencial aplicação na área biomédica.

Agradecimentos

Os autores agradecem à CNPq e CAPES (código financeiro 001) pelas bolsas de estudo e apoio financeiro (CNPq – Universal 2018- processo: 409272/2018-3), bem como a PUCRS pelo apoio técnico.

Referências

AGARWAL, Sonalika et al. Morphology-dependent structural and optical properties of ZnO nanostructures. Applied Physics A, v. 125, n. 8, p. 553, 2019.

LI, Xiaojie et al. Synthesis of a Flower-Like g-C3N4/ZnO Hierarchical Structure with Improved CH4 Sensing Properties. Nanomaterials, v. 9, n. 5, p. 724, 2019.


MAYRINCK, Caroline et al. Síntese, propriedades e aplicações de óxido de zinco nanoestruturado. Revista Virtual de Química, v. 6, n. 5, p. 1185-1204, 2014.

MARANA, N. L.; SAMBRANO, J.R. Quim. Nova, v. 33 (4), p.810-815, 2010


NAILA, Z.; KHALIDA, A. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, v. 29 (1), p. 143-156, 2019.

SU, Yingchao et al. Zinc-Based Biomaterials for Regeneration and Therapy. Trends in Biotechnology, [s. l.], v. 37, n. 4, p. 428–441, 2019.

WIESMANN, Nadine et al. Zinc overload mediated by zinc oxide nanoparticles as innovative anti-tumor agent. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, [s. l.], v. 51, n. December 2017, p. 226–234,2019

ZHANG, Yin et al. Biomedical applications of zinc oxide nanomaterials. Current molecular medicine, v. 13, n. 10, p. 1633-1645, 2013.