Efeitos da administração de nanopartículas de ouro sobre parâmetros bioquímicos em cérebro de ratos

Abstract

Nanotecnologia envolve a manipulação de materiais em escala nanométrica para produzir novas estruturas, dispositivos e materiais, criando uma estrutura atômica ou molecular diferenciada. Nanopartículas de ouro (GNP) tem sido intensamente estudadas devido a sua potencial aplicação como metalofármaco. No entanto, os efeitos induzidos pelas GNP no Sistema Nervoso Central (SNC) permanecem desconhecidos. Neste estudo sintetizamos e caracterizamos GNP com diâmetros médios de 10 e 30 nm (GNP-10 e GNP-30) e avaliamos parâmetros de metabolismo energético, estresse oxidativo e dano ao ácido desoxirribonucléico (DNA) em cérebro de ratos adultos submetidos à administração aguda e crônica de GNP-10 e GNP-30. Ratos Wistar adultos (60 dias de idade) receberam uma simples (administração aguda) ou repetidas injeções intraperitoneal, uma vez ao dia, durante 28 dias (administração crônica) de GNP nos dois tamanhos ou salina. Vinte e quatro horas após a única ou última administração, os animais foram mortos, o cérebro foi removido e o córtex pré-frontal, cerebelo, hipocampo, estriado e córtex posterior foram isolados para avaliação da atividade das enzimas citrato sintase, malato e succinato desidrogenase, creatina quinase, complexo I, II, II-III, IV, superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT), também foi avaliado os níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS), carbonilação de proteínas, frequência de dano (FD) e índice de dano (ID) ao DNA. A administração aguda de GNP-10 causou inibição do metabolismo energético no hipocampo, estriado e córtex posterior. A administração crônica de ambas as dimensões causaram inibição do metabolismo energético somente em córtex posterior. Ainda, houve uma diminuição nos níveis de TBARS e carbonilação de proteínas no cérebro de ratos submetidos à administração aguda. Administração crônica não alterou esses parâmetros. Por outro lado, a alteração na atividade da SOD e CAT foi observada em ambas as administrações. Constatamos também que GNP induz altos níveis de dano ao DNA em córtex posterior de forma diferente dependendo do tipo de administração e do tamanho das nanopartículas, sendo que a administração aguda de GNP-10 apresentou-se menos tóxica que a GNP-30. Entretanto na administração crônica, a genotoxicidade foi a mesma, independentemente do tamanho administrado, a FD e o ID ao DNA não apresentaram diferenças estatísticas entre os grupos. A administração crônica apresentou dano significativamente maior que a administração aguda em ambos os tamanhos. Este estudo mostrou que, a administração aguda e crônica de GNP causou inibição do metabolismo energético, diminuiu a peroxidação lipídica e a carbonilação de proteínas, alterou a atividade das enzimas antioxidantes SOD e CAT e causou dano ao DNA cerebral de ratos, de forma diferente para cada estrutura avaliada dependendo do tamanho e/ou da administração efetuada.

Nanotechnology involves the manipulation of materials at the nanoscale to produce new structures, materials and devices scale, creating a different atomic or molecular structure. Gold nanoparticles (GNP) has been intensively studied due to their potential application as metalofármaco. However, the effects induced by GNP in the Central Nervous System (CNS) remain unknown. In this study we synthesized and characterized GNP with average diameters of 10 and 30 nm (GNP-10 and GNP-30) and evaluated parameters of energy metabolism, oxidative stress and damage to deoxyribonucleic acid (DNA) in the brain of adult rats subjected to acute administration and chronicle of GNP-10 and GNP-30. Male Wistar rats (60 days old) received a single (acute administration) or repeated intraperitoneal injections once a day for 28 days (chronic administration) of GNP in two sizes or saline. Twenty-four hours after the single or last administration, the animals were killed, the brain was removed and the prefrontal cortex, cerebellum, hippocampus, striatum and cortex were isolated for further evaluation of the activity of the enzymes citrate synthase, malate and succinate dehydrogenase, creatine kinase complex I, II, II-III, IV, superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), was also assessed levels of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS), protein carbonyls, damage frequency (DF) and damage index (ID) to DNA. Acute administration of GNP-10 caused inhibition of the energy metabolism in the hippocampus, striatum, and posterior cortex. Chronic administration of both dimensions cause inhibition of energy metabolism only in posterior cortex. Furthermore, there was a decrease in TBARS and protein carbonylation in rat brain subjected to acute administration. Chronic administration did not alter these parameters. On the other hand, the change in SOD and CAT activity was observed in both administrations. We also note that GNP induces high levels of DNA damage in posterior cortex differently depending on the type of administration and the size of nanoparticles, and acute administration of GNP-10 showed to be less toxic than the GNP-30. However in chronic administration, genotoxicity is the same regardless of the given size, FD and ID DNA showed no statistical differences between groups. Chronic administration had significantly greater damage that acute administration in both sizes. This study showed that chronic and acute administration of GNP caused inhibition of energy metabolism, decreased lipid peroxidation and protein carbonyls, alter the activity of antioxidant enzymes SOD and CAT and caused DNA damage to brain of rats, differently for each Structure evaluated depending on the size and / or management performed.