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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/65871
Type
ThesisCopyright
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2026-03-22
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DESENVOLVIMENTO DE MODELO CELULAR TRIDIMENSIONAL PARA AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA DE RECIFE E POTENCIAL PREVENÇÃO COM TERAPIA ANTIOXIDANTE
Estresse Oxidativo
Poluentes Atmosféricos
Material Particulado
Testes de Toxicidade
Material Particulado
Poluentes Atmosféricos
Poluição do Ar
Morte Celular
Citocinas
Citometria de Fluxo
Métodos
Modelos Biológicos
Células A549
Células Endoteliais da Veia Umbilical Humana
Células THP-1
Cidades
Acetilcisteína
Ácido Ascórbico
Emissões de Veículos
Gasolina
Nascimento, Cleonilde Maria do | Date Issued:
2024
Alternative title
Development of a three-dimensional cellular model to evaluate the effects of atmospheric pollution in Recife and potential prevention with antioxidant therapyCo-advisor
Comittee Member
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Aggeu Magalhães. Recife, PE, Brasil.
Abstract in Portuguese
A poluição atmosférica é responsável por mais de sete milhões de mortes anualmente, sendo agente causador ou agravador de diversas doenças agudas e crônicas. Estudos prévios do nosso grupo de pesquisa indicaram aumento no número de internações e mortes por doenças associadas à poluição do ar em Recife nos últimos anos, o que pode estar relacionado ao crescimento da frota de veículos e maior formação de material particulado (MP). O MP é um dos principais poluentes atmosféricos, capaz de gerar espécies reativas de oxigênio (EROs) quando inalado e danificar estruturas celulares, levando à inflamação e morte celular. O propósito deste estudo foi desenvolver modelos de cultura tridimensional (3D), utilizando células alveolares em monocultura e em cultura tripla com macrófagos e células endoteliais, para ampliar os estudos acerca dos efeitos toxicológicos do MP coletado em Recife (MP-Recife). Para tal, foram realizadas análises de citotoxicidade, estresse oxidativo, respostas inflamatórias, morte celular e do perfil molecular antioxidante frente à exposição das culturas 3D ao MP-Recife, comparando com o MP proveniente apenas de emissões de Diesel (MP-Diesel). Além disso, avaliamos o potencial profilático dos antioxidantes N-Acetilcisteína (NAC) e Ácido ascórbico (AA) sobre os efeitos gerados pelos MPs. Os resultados evidenciaram que, semelhante ao MP-Diesel, o MP-Recife produz citotoxicidade significativa (p<0,05) nas células pulmonares, sendo capaz de gerar estresse oxidativo, aumentar a secreção de IL-6 e IL-8 e induzir morte celular via apoptose, além de modular a expressão gênica de superóxido dismutase, catalase e glutationa peroxidase em ambos os modelos estudados. Os esferoides produzidos apresentaram morfologia conforme previsto na literatura, com maior consistência no modelo de cultura tripla que, além de se mostrar mais resistente, promoveu a secreção de TNF, IL-10 e IL-1β, citocinas não detectadas na monocultura, demostrando potencial em reproduzir aspectos relevantes da resposta inflamatória e dos danos oxidativos. Apesar de promissora, a terapia antioxidante não forneceu evidências claras para o uso de AA ou NAC na proteção contra lesões induzidas por MP, mas acendeu um alerta quanto ao uso combinado dessas substâncias, indicando a necessidade de estudos mais detalhados. Nossos achados sugerem que o modelo experimental 3D, especialmente o de cultura tripla, produz respostas mais previsíveis e equiparáveis às observadas in vivo, se tornando uma alternativa eficiente e promissora ao uso de animais na pesquisa. Além disso, podem fundamentar abordagens terapêuticas futuras para distúrbios cardiorrespiratórios e orientar a formulação de políticas públicas de mitigação e controle dos índices de poluição atmosférica em Recife e em outras cidades do Brasil.
Abstract
Air pollution is responsible for more than seven million deaths annually, being a causative or aggravating agent of several acute and chronic diseases. Previous studies by our research group have indicated an increase in the number of hospitalizations and deaths from diseases associated with air pollution in Recife in recent years, which may be related to the growth of the vehicle fleet and greater formation of particulate matter (PM). PM is one of the main air pollutants, being able to generate reactive oxygen species (ROS) when inhaled, which can damage cell structures, leading to inflammation and cell death. The purpose of this study was to develop three-dimensional (3D) culture models, using alveolar cells in monoculture and in triple culture with macrophages and endothelial cells, to expand studies on the toxicological effects of PM collected in Recife (PM-Recife), aiming at potential therapeutic strategies. For this, we carried out analyzes of cytotoxicity, oxidative stress, inflammatory responses, cell death and the antioxidant molecular profile in 3D cultures exposed to PM-Recife, comparing with PM originating only from diesel emissions (PMDiesel). Furthermore, we evaluated the prophylactic potential of the antioxidants NAcetylcysteine (NAC) and Ascorbic acid (AA) on the effects generated by PMs. The results showed that, similar to PM-Diesel, PM-Recife produces significant cytotoxicity (p<0.05) in lung cells, being capable of generating oxidative stress, increasing the secretion of IL-6 and IL-8 and inducing cell death via apoptosis, in addition to modulating the gene expression of superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase in both models studied. The spheroids produced presented morphology as predicted in the literature, with greater consistency in the triple culture model which, in addition to being more resistant, promoted the secretion of TNF, IL-10 and IL-1β, cytokines not detected in monoculture, demonstrating potential in reproduce relevant aspects of the inflammatory response and oxidative damage. Although promising, antioxidant therapy did not provide clear evidence for the use of AA or NAC in protection against PM-induced injuries, but it raised an alert regarding the combined use of these substances, indicating the need for more detailed studies. Our findings suggest that the 3D experimental model, especially the triple culture model, produces more predictable responses comparable to those observed in vivo, becoming an efficient and promising alternative to the use of animals in research. Furthermore, they can support future therapeutic approaches for cardiorespiratory disorders and guide the formulation of public policies to mitigate and control air pollution levels in Recife and other cities in Brazil.
DeCS
Técnicas de Cultura de Células em Três DimensõesEstresse Oxidativo
Poluentes Atmosféricos
Material Particulado
Testes de Toxicidade
Material Particulado
Poluentes Atmosféricos
Poluição do Ar
Morte Celular
Citocinas
Citometria de Fluxo
Métodos
Modelos Biológicos
Células A549
Células Endoteliais da Veia Umbilical Humana
Células THP-1
Cidades
Acetilcisteína
Ácido Ascórbico
Emissões de Veículos
Gasolina
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