Evaluating inorganic nanoparticles in the living organism Caenorhabditis elegans
En aquesta tesi hem utilitzat el model animal Caenorhabditis elegans (C. elegans) com a sistema biològic viu per avaluar nanopartícules (NPs) per aplicacions biomèdiques. En concret, hem avaluat el comportament de dos tipus de partícules inorgàniques amb diferent mida i propietats de superfície: NPs...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2016 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/400664 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/400664 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Nanoparticules Nanopartículas Nanoparticles In vivo Caenorhabditis elegans Ciències Experimentals 615 |
| Sumario: | En aquesta tesi hem utilitzat el model animal Caenorhabditis elegans (C. elegans) com a sistema biològic viu per avaluar nanopartícules (NPs) per aplicacions biomèdiques. En concret, hem avaluat el comportament de dos tipus de partícules inorgàniques amb diferent mida i propietats de superfície: NPs d’òxid de ferro (SPIONs) recobertes de citrat i d’albúmina sèrica bovina (BSA), i NPs d’or recobertes de citrat de dos mides diferents (10 nm i 150 nm). Hem estudiat les interaccions nano-bio en C. elegans amb especial atenció en les propietats dels materials in vivo incloent el seu estat, ingesta, localització, efectes biològics i mecanismes moleculars. Amb aquest propòsit, hem combinat assajos de toxicitat, tècniques de ciència de materials i d’imatge, i anàlisi de l’expressió gènica. També hem investigat la influència de la composició de les NPs, del seu recobriment superficial i de la seva mida in vivo, i comparat els nostres resultats amb estudis previs. És destacable el fet d’haver pogut realitzar totes aquestes avaluacions biològiques en el mateix laboratori on hem sintetitzat i caracteritzat les partícules gracies als avantatges experimentals de C. elegans. Així doncs, aquesta tesi valida l’ús de C. elegans com a un model animal senzill per avaluar NPs en les etapes inicials de desenvolupament. A través de tècniques de microscòpia, vam veure que les NPs entraven al cos del cuc durant el procés d’alimentació i s’acumulaven seguint patrons particulars segons les propietats de les NPs. Les NPs d’or no eren internalitzades per les cèl·lules intestinals de C. elegans, mentre que vam poder identificar NPs d’òxid de ferro en el compartiment lisosomal d’aquestes cèl·lules. En cap cas vam detectar translocació de NPs a òrgans secundaris, ni entrades per altres vies (ex. dermal) o orificis del cos. Per caracteritzar el perfil toxicològic de les NPs, vam estudiar diferents paràmetres toxicològics letals i sub-letals. Vam observar que la LD50 de les NPs d’òxid de ferro casi doblava (600 µg/ml) el valor de les NPs d’or de 11 nm (350 µg/ml), cosa que indica que les NPs d’òxid de ferro són més biocompatibles que les d’or. Les SPIONs recobertes de BSA van afectar l’estat de C. elegans menys que les recobertes de citrat, suggerint un efecte protector pel recobriment del BSA. De manera similar, vam veure que les NPs d’or de 150 nm eren menys tòxiques que les de 11 nm, cosa que indica que la mida de les NPs és rellevant pels seus efectes in vivo. L’ús de tècniques fisicoquímiques ens va permetre quantificar la ingesta de NPs per part del cuc i ens va permetre també caracteritzar l’estat de les NPs en C. elegans. Dins de l’animal, les SPIONs mantenien les seves propietats magnètiques inicials però eren parcialment degradades en l’intestí, especialment les recobertes de citrat, amb el conseqüent alliberament de ions ferro. Les NPs d’or van resultar més resistents a la degradació però vam observar cert grau d’agregació, que era reversible i depenia de la regió de l’intestí on es localitzaven les NPs. Mitjançant experiments in vitro, vam confirmar que el pH i la presència de biomolècules en l’intestí pot contribuir a determinar l’estat de les NPs in vivo. D’altra banda, vam estudiar i identificar mecanismes moleculars afectats per l’exposició a NPs a través de tècniques genètiques. Vam observar que les NPs alteraven els mecanismes d’estrès oxidatiu i de detoxificació de metalls, cosa que suggereix que estan implicats en la resposta de C. elegans a les NPs. En el cas de les SPIONs, vam detectar efectes depenent del recobriment: mentre que les partícules recobertes de citrat afectaven el processament d’informació ambiental i genètica, les recobertes de BSA afectaven el funcionament metabòlic. En conjunt, creiem que el tractament amb NPs és capaç d’activar mecanismes d’estrès general i també rutes específiques que depenen de les propietats de les NPs. En resum, aquesta tesi ha contribuït a: i) ampliar el ventall de tècniques utilitzades per caracteritzar interacciones nano-bio en C. elegans; ii) una avaluació sistemàtica i extensa de les interacciones entre NPs y C. elegans, des de la síntesi del material fins l’anàlisi dels mecanismes moleculars; i iii) estudiar la influencia de las propietats de les NPs en els seus efectes in vivo. |
|---|