II Jornada Internacional de Salud OcupacionalI Congreso Peruano de Medicina Ocupacional y

Ambiental

NANOMATERIAIS, TOXICIDADE E TRABALHO

Fundação Oswaldo Cruz

William WaissmannAgosto/2013

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

Nanotubos de Carbono

Países com maior número de artigos em Nanotecnologia e saúde [2000-2009]

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

NETHERLANDS

SWITZERLAND

INDIA

BRAZIL

SOUTH KOREA

SPAIN

CANADA

ITALY

FRANCE

PEOPLES R CHINA

ENGLAND

JAPAN

GERMANY

USA

Nanotecnologia & SaúdeIdentificados 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

ATUALIDADE

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

− 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?

− 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. 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

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).

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 camundongosBarras 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

Bihari et al, 2010

SWCNT ativam plaquetas e aceleram a formação de trombos na microcirculação (camundongos).

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 estudadoInflamaç

ãoGranulo

maFibrose Câncer Genotoxicid

ade

SWCNT ou MWCNT

? ? ? ? ?

Metais + ? ? ? ?

Defeitos de superfície

+ + - - +

Comprimento

+ + ? (+) ?

Aglomerados

? ? + ? ?

Mueller et al, 2008

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

• Proposta para síntese de efeitos experimentais e fisipatológicos de NME

•Não por estresse oxidativo: desnaturação proteica, dano à membrana celular, imunoreatividade, formação de granuloma

Nel et al., 2006

Dificuldades potenciais em diferenciar efeitos de

nanopartículas de fundo dos efeitos de

nanomateriais engenheirados

• 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

Exaustão de Diesel

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

Relação de nanopartículas não intencionais ocupacionais com velhas e novas doenças (algumas de etiologia desconhecida)

Gatti & Montanari, 2008

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

Jiang et al., 2007

TiO2

ERO –Anatase9 ≠ Áreas Superficiais

MÉTRICA

120.000 SUBSTÂNCIAS REGISTRADAS NOS EUA PARA USOCOMERCIAL, MENOS DE 8.000 COMPLETARAMTESTES 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 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).

GUIAS E MÉTODOS

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.).

Anses, 2008

Controle de Bandas

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 replicaçãoDNA-Nano

Proteômica/Lipidômica/Metabolômica in silico?

Xia et al., 2010

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

BSAI Melhor conhecimento da interface NP e bio-ambiente Relevância da superfície do NP no organismo

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:

1) Avaliação da exposição industrial de trabalhadores, em que se aprofunde e se refinem métodos de medidas de CNT e CNF.

2) 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 ?

Obrigado !!

william.waissmann@ gmail.com