119 research outputs found
Formação de Nanomaterial-corona específica: avanços para o modo de ação de NMS
No full textThe growing use of nanomaterials (NMs) in a wide variety of fields is due to the
better and innovative properties that they can offer to, e.g., the end-use
industry or biomedicine. The release of NMs into the environment during their
life-cycle is an actual scenario. Reaching the environment, the NMs will interact
with the organisms, but despite the growing efforts to provide conclusive results
on the safety of NMs, their impact is still poorly understood, particularly in the
terrestrial compartment. There are many knowledge gaps that need to be
covered to better understand the mechanisms that drive NMs toxicity, hence
this thesis aims to increase the knowledge on the effects of selected NMs in
soil invertebrates. Understanding NMs mode of action is key to safer-by-design
strategies that will contribute to improve nanotechnology sustainability.
Effect assessment of NMs was done at several levels of biological organization,
covering different endpoints, which can be integrated in order to understand the
toxicity mechanisms. Further, long-term and multigenerational effects were also
considered, as they are likely scenarios for NMs exposure. Selected NMs -
silver (Ag), tungsten carbide cobalt (WCCo) and copper oxide (CuO) case
study (using different surface modifications), along with the corresponding salt
forms, were tested at different levels: molecular (oxidative stress and
genotoxicity) and organism (survival and reproduction). The standard soil
invertebrates Enchytraeus crypticus and Eiseina fetida were used for in vivo
and in vitro exposures, respectively.
Sub-lethal concentrations of Ag NMs induced distinct and later biochemical
effects (oxidative stress and genotoxicity) in E. crypticus compared to the nonnano
form (AgNO3). While different responses point to nano-specific effects,
possible dissolution of Ag NMs and consequent ion-driven toxicity can also be
occurring. WCCo NMs impaired reproduction in E. crypticus, at a higher extent
compared to CoCl2 (assuming similar Co concentrations). The lower Co
concentrations in the soil:water interface and lower uptake in WCCo exposed
organisms suggest that toxicity resulted from a combined effect between WC
and Co. Multigenerational exposure did not increase toxicity in terms of survival
and reproduction, in spite of Co internalization. Monitoring of Co body burden
pointed to Co elimination and storage as the detoxifying strategies in WCCo
and CoCl2 exposed organisms, respectively. CuO NMs did not decrease
viability of Eisenia fetida’s immune cells, either in the pristine form or with
different surface modifications. The interaction with the biomolecules present in
the coelomic fluid may have led to the formation of a native corona that
interfered with the toxic potential, independently of the surface modification, but
the impact of such interaction is unclear. Some technical aspects need further
optimization due to the possibility that the effects could have been
underestimated, but this constitutes a promising test system for in vitro testing
battery.A crescente utilização de nanomateriais (NMs) numa grande variedade de
setores é devida às melhores e mais inovadoras propriedades que estes
podem oferecer, por exemplo, à indústria de uso final ou à biomedicina. A
libertação de NMs no ambiente durante o seu ciclo de vida é um cenário
actual. Ao entrarem no ambiente, os NMs irão interagir com os organismos, e
apesar dos crescentes esforços para fornecer resultados conclusivos sobre a
segurança dos NMs, o seu impacto ainda é pouco conhecido, particularmente
no compartimento terrestre. Existem várias lacunas no conhecimento que
necessitam de ser preenchidas de forma a entender melhor os mecanismos
que levam à toxicidade dos NMs; assim, esta tese pretende aumentar o
conhecimento dos efeitos de NMs selecionados em invertebrados de solo.
Perceber o mecanismo de acção dos NMs é a chave para estratégias safer-bydesign,
fundamentais para melhorar a sustentabilidade da nanotecnologia.
A avaliação dos efeitos dos NMs foi realizada a vários níveis de organização
biológica, cobrindo diferentes endpoints, que, sendo integrados, permitem
perceber os mecanismos de toxicidade. Os efeitos a longo-prazo e
multigeneracionais foram também considerados, uma vez que são possíveis
cenários de exposição aos NMs. Os NMs selecionados – prata (Ag), liga de
carboneto de tungsténio-cobalto (WCCo) e o caso estudo de óxido de cobre
(CuO) (usando diferentes modificações da superfície), juntamente com os
correspondentes sais, foram usados a diferentes níveis: molecular (stress
oxidativo e genotoxicidade) e do organismo (sobrevivência e reprodução). Os
invertebrados modelo de solo Enchytraeus crypticus e Eisenia fetida foram
usados em exposições in vivo e in vitro, respectivamente.
Concentrações sub-letais de Ag NMs induziram efeitos bioquímicos (de stress
oxidativo e genotoxicidade) em E. crypticus, distintos e mais tardios
comparados com a forma não-nano (AgNO3). Enquanto diferentes respostas
apontam para efeitos nano-específicos, a possível dissolução de Ag NMs e
consequente toxicidade induzida pelos iões também pode ocorrer. WCCo NMs
comprometeram a reprodução de E. crypticus de forma superior comparado
com CoCl2 (assumindo concentrações de Co semelhantes). Menores
concentrações de Co na interface solo-água e a menor internalização de Co
nos organismos expostos a WCCo, sugere que a toxicidade resulta do efeito
combinado entre WC e Co. Apesar da internalização de Co, a exposição
multigeneracional não aumentou a toxicidade em termos de sobrevivência e
reprodução. A monitorização da quantidade de Co nos organismos aponta
para a eliminação e armazenamento como estratégias de detoxificação nos
organismos expostos a WCCo NMs e CoCl2, respectivamente. Os CuO NMs
não diminuíram a viabilidade das células dos sistema imunitário de Eisenia
fetida, quer na forma pristina ou com diferentes modificações da superfície. A
interacção com as biomoléculas presentes no fluido celómico terá levado à
formação de uma corona nativa que interferiu com o potencial de toxicidade,
independentemente da modificação da superfície, mas o impacto dessa
interação não é claro. Alguns aspectos técnicos necessitam de otimização
devido à possibilidade dos efeitos terem sido subestimados, mas este constitui
um sistema de teste promissor para a bateria de testes in vitro.Programa Doutoral em Biologi
The combined stress of increased soil salinity and zinc concentrations on earthworms
No full textIn large areas of the world, e.g. in Australia and the Middel-Eastern countries, high or increasing soil salinity is a major problem in agricultural and native land. The salinity may either be due to naturally high levels of various salts or caused by poor irrigation practices. This knowledge lead to the reflection on whether soil salinity is a major determinant for distribution of earthworms in saline areas, such as South Australia. Plant studies have shown that increasing soil salinity may seriously reduce growth. Whether this is the case for earthworms and how high levels are needed has not previously been studied. In the present study the effect of increased salinity was studied on E. andrei. As in non-saline regions, saline soil can also receive an input of, or naturally contain, high levels of metals. The effect on E. andrei of increased levels of Zinc was also studied in a sandy soil. As both increased salinity and raised metals levels may occur, the combined effect of salinity and zinc exposure was studied. This was done by a surface-response-area study employing combination exposures of the two stressors. Finally, the results are related to the salinity stress obtained when performing regular metal exposure studies using metals salts.Scott-Fordsmand, Janeck, McLaughlin, Mike, Stevens, Darylhttp://abstracts.co.allenpress.com/pweb/setaceu2002/document/183
longINg_nano: efeitos de exposição longa e multigeracionais de nanomateriais em invertebrados terrestres
No full textTill today, the expectations for the international market of engineered
nanomaterials (NMs) are a continuous exponential grow. This is partly due to
the number of applications that continues to increase. Inevitably this usage
poses a risk for humans and the environment. The terrestrial compartment is at
particular risk due to the presence of these materials in biosolids, remaining as
a sink. Over the last decades progress has been made to improve the
knowledge of NMs hazard and environmental risk assessment (ERA). Overall
from the research made it was clear that results provided by most standard
tests, that covered short term effects were not enough to evaluate effects of
NMs. Hence data from long term exposures was urgently needed.
Multigenerational exposures were highly recommended once they can provide
information on post-generational and transgenerational effects. On the other
hand, there was a continuously increase in the number of evidences that NMs
can affect epigenetic mechanisms, and that epigenetics could help to explain
multigenerational effects. So, epigenetics came as an important tool to include
on the evaluation of NMs hazard and ERA.
The aim of this thesis was to develop new ecotoxicity assays for the soil
invertebrate standard model species Enchytraeus crypticus, to evaluate long
term effects of NMs. Further it was aimed to investigate epigenetic effects, and
other stress responses at different levels of biological organization, incurring
from the long term exposures to NMs. Finally, it was intended to integrate all
the data and build onto an adverse outcome pathway (AOP) framework.
To cover long term effects, full life cycle (FLC) and multigenerational (MG) tests
were developed for E. crypticus. Organisms were exposed to silver (Ag) NMs,
coper oxide (CuO) NMs, Nanostructured Tungsten Carbide Cobalt (WCCo) and
the corresponding ionic forms (for comparison). FLC exposures showed life
stage effects which were specific for the NMs in relation to the ionic form. MG
exposures showed different organisms´ responses between NMs and the ionic
form, however for both forms there was transference of effects to subsequent
exposed generations and unexposed generations, indicating transgenerational
effects. Moreover, evaluation of epigenetic toxicity from these MG exposures
was positive for both NMs and ionic form. Finally the integration of
(eco)toxicoepigenetics data, at the several levels of biological organization, into
the AOP framework proved to be very useful to distinguish different molecular
initiating and key events, between NMs and the ionic form.
In sum the research done during this thesis provided a stepping stone for the
long term assessment effects of NMs in soil, and for the inclusion of evaluation
of epigenetics in soil ecotoxicology.Ainda nos dias de hoje as expectativas para o mercado internacional de
nanomateriais (NMs) projectados é de um crescimento exponencial contínuo.
Isto é em parte devido ao facto de que o número de aplicações para estes
NMs continua a crescer. Inevitavelmente este uso acarreta risco para o ser
humano e para o ambiente. Para o ambiente terrestre existe um risco
acrescido devido á presença destes materiais em biossólidos, que
permanecem como uma fonte de NMs. Nas últimas décadas tem-se feito
progressos no sentido de melhorar o conhecimento sobre o perigo dos NMs e
a avaliação do risco ambiental. Sobre a investigação realizada até então ficou
claro que os resultados fornecidos pelos testes padrão, que incluíam efeitos de
curta duração, não eram suficientes para avaliar os efeitos dos NMs. Assim
sendo, dados sobre exposições de longa duração eram necessários
urgentemente. Exposições multigeracionais eram particularmente
recomendadas, uma vez que fornecem informação sobre os efeitos nas pósgerações
e efeitos transgeracionais. Por outro lado, existia um aumento
contínuo sobre o número de evidências que reportavam que os NMs podem
afectar mecanismos de epigenética, ao mesmo tempo, a epigenética poderia
ajudar a explicar os efeitos multigeracionais. Assim, a epigenética tornou-se
uma ferramenta importante a incluir na avaliação do perigo e do risco
ambiental dos NMs.
O objectivo desta tese foi desenvolver novos ensaios de ecotoxicidade para o
invertebrado de solo Enchytraeus crypticus, que é uma espécie modelo
padronizada, para avaliar efeitos de longa duração dos NMs. Para além disso,
tinha-se como objectivo investigar efeitos de epigenética e outras respostas
gerais de stresse, nos diferentes níveis de organização biológica, que
decorriam destas exposições de longa duração aos NMs. Finalmente
pretendia-se também integrar todos os dados no formato de via metabólica
adversa (VMA).
Para a inclusão de efeitos de longa duração, testes de ciclo de vida completo
(CVC) e multigeracionais (MG) foram desenvolvidos para o E. crypticus. Os
organismos foram expostos a NMs de prata (Ag), NMs de óxido de cobre
(CuO), carboneto de tungsténio e cobalto (WCCo) nanoestruturado e os
correspondentes compostos na forma iónica (para comparação). As
exposições de CVC mostraram efeitos específicos para os NMs em relação á
sua forma iónica. As exposições MG mostraram diferentes respostas dos
organismos para os NMs em relação á sua forma iónica, contudo para ambas
as formas houve uma transferência de efeitos para as subsequentes gerações
expostas e gerações não expostas, estas indicando efeitos transgeracionais.
Para além disso, a avaliação da toxicidade epigenética nestas exposições MG
foi positiva para os NMs e respectiva forma iónica. Finalmente a integração
dos dados de (eco)toxicoepigenética, nos diferentes níveis de organização
biológica, no formato de VMA, provou ser muito útil para distinguir entre NMs e
a forma iónica, eventos moleculares e eventos chave.
Em suma a investigação feita durante esta tese providenciou um suporte
importante para a avaliação de efeitos de longa duração dos NMs no solo e,
para a inclusão da avaliação epigenética na ecotoxicologia de solo.Programa Doutoral em Biologi
NANOfeatures: focus nas características de NANOpartículas: modelação da exposição e toxicidade
No full textNanomaterials (NMs) have taken an important role in everyday life, due to several applications in different areas (biomedical, engineering, entertainment…). While useful to man, the hazardous potential of the many NMs produced has not been fully assessed.
Most of the anthropogenic waste end up in the soil by a variety of routes, becoming available to the species that make up the soil ecosystems. The potential toxicity of these NMs to soil invertebrate ecosystems represents a knowledge gap in the design and use of safer NMs that must be challenged.
In the present thesis, the standard model organism Folsomia candida was exposed to different metal-based NMs, either pristine or modified, and its salt counterparts in increasing complex media, from standardized testing to soil multispecies systems (SMS), and increasingly exposure period, reflecting real-life scenarios. A multi-endpoint approach on several organizational levels (cellular, organism, population up to a full ecosystem level) was used, assessing the contributions of four main concepts for the development of NM toxicity: time, transformation in exposure media, modification of the NMs and species interactions.
Due to exposure to AgNM and AgNO3 in a 10 days and a standardized (28 days) timeframe, antioxidant defences were activated and metallothionein production increased, with a later response to nano than to non-nano form, while no significant differences in reproduction were observed after NM exposure. In a multigenerational continuous exposure (6 generations - 186 days) to AgNO3, an effect on reproductive output was shown, even after transfer to clean soil. With the increasing number of generations, transgenerational effects were observed, with a decrease in the size of the organisms, inferring an adaption in adverse conditions to avoid extinction.
In the SMS testing, it was observed that CuO NMs toxic effects on species abundance increased on a long-term exposure (84 days) while copper salt form (CuCl2) resulted in a more immediate impact. The modification of CuO NMs with different coatings resulted in different response degrees between species and the ecosystem dynamics on the long term, correlated with the acquired zeta potential. Overall, the negative charged NMs were more toxic than positive charged NMs, while non-charged NMs produced effects on a shorter timeframe. It was shown that species interactions and the NM exposure have a synergistic effect on the ecosystem composition and dynamics. While virtually all of the copper was attached to the soil matrix, F. candida internal copper concentration varied both in maximum concentration and with time, according the NM coating.
Concluding, metal-based NMs toxicity increases with time and while cellular changes are shown in short exposures, their impact on higher organizational levels are only shown on longer exposure times. An increase in the standardized testing timeframe is suggested to accommodate NM toxicity assessment.Nanomateriais (NMs) tomaram um importante papel no dia-a-dia, devido às várias aplicações em diferentes áreas (biomedicina, engenharia, entretenimento…). Ainda que úteis para o Homem, o potencial perigo dos muitos NMs produzidos ainda não foi completamente avaliado.
A maioria dos resíduos antropogénicos acabam no solo através de uma variedade de rotas, ficando disponível para as espécies que compõem os ecossistemas de solo. A potencial toxicidade destes NMs para os ecossistemas de invertebrados de solo representa uma lacuna de conhecimento no design e uso de NMs mais seguros que deve ser colmatada.
Nesta tese, o organismo modelo Folsomia candida foi exposto a diferentes NMs metálicos, pristino e modificados, e aos respectivos sais, em meios cada vez mais complexos, desde testes estandardizados a sistemas multi-espécies de solo (SMS), e períodos de exposição ampliados, reflectindo cenários reais. Foi usada uma abordagem multi-paramétrica em diferentes níveis organizacionais (celular, organismo, população até ao nível do ecossistema), avaliando as contribuições de quatro principais conceitos para o desenvolvimento de toxicidade de NM: tempo, transformação no meio de exposição, modificação dos NMs e interacções entre espécies.
Devido à exposição a AgNM e AgNO3 durante intervalos de tempo de 10 dias e estandardizados (28 dias), foram activadas defesas antioxidantes e aumentou a produção de metalotioneína, com uma resposta mais tardia à forma nano que a não-nano, enquanto não foram observadas diferenças significativas na reprodução após exposição a NM. Numa exposição contínua multigeracional (6 gerações – 186 dias) a AgNO3, foi demonstrado efeito na reprodução, mesmo após transferência para solo limpo. Com o aumento do número de gerações, foram observados efeitos transgeracionais, com uma diminuição no tamanho dos organismos, inferindo uma adaptação em condições adversas para evitar a extinção.
Em testes SMS, verificou-se que os efeitos tóxicos de CuO NMs na abundância das espécies aumentaram em exposições a longo prazo (84 dias), enquanto que a forma sal de cobre (CuCl2) resultou num impacto mais imediato. A modificação de CuO NMs com diferentes revestimentos resultou em diferentes níveis de resposta entre as espécies e dinâmicas do ecossistema a longo prazo, correlacionado com o potential zeta adquirido. Em geral, os NMs revestidos e com carga negativa foram mais tóxicos que que os NMs revestidos e com carga positiva, enquanto que NMs sem carga produziram efeitos num intervalo de tempo mais curto. Foi demostrado que as interacções entre espécies e exposição a NMs têm efeitos sinergísticos na composição e dinâmicas do ecossistema. Enquanto que a quase totalidade de cobre se encontrou ligada à matriz do solo, a concentração interna de cobre em F. candida variou, tanto na concentração máxima como com o tempo, de acordo com o revestimento do NM.
Em conclusão, a toxicidade de NMs metálicos aumenta com o tempo e, enquanto alterações celulares são verificadas em exposições curtas, o seu impacto a níveis organizacionais superiores é apenas visível em exposições longas. Sugere-se o aumento período de tempo dos testes estandardizados para incluir a avaliação de toxicidade de NMs.Programa Doutoral em Biologi
Machine Learning Allowed Interpreting Toxicity of a Fe-Doped CuO NM Library Large Data Set─An Environmental In Vivo Case Study
No full textThe wide variation of nanomaterial (NM) characters (size, shape, and properties) and the related impacts on living organisms make it virtually impossible to assess their safety; the need for modeling has been urged for long. We here investigate the custom-designed 1-10% Fe-doped CuO NM library. Effects were assessed using the soil ecotoxicology model Enchytraeus crypticus (Oligochaeta) in the standard 21 days plus its extension (49 days). Results showed that 10%-CuO was the most toxic (21 days reproduction EC50 = 650 mg NM/kg soil) and Fe3O4 NM was the least toxic (no effects up to 3200 mg NM/kg soil). All other NMs caused similar effects to E. crypticus (21 days reproduction EC50 ranging from 875 to 1923 mg NM/kg soil, with overlapping confidence intervals). Aiming to identify the key NM characteristics responsible for the toxicity, machine learning (ML) modeling was used to analyze the large data set [9 NMs, 68 descriptors, 6 concentrations, 2 exposure times (21 and 49 days), 2 endpoints (survival and reproduction)]. ML allowed us to separate experimental related parameters (e.g., zeta potential) from particle-specific descriptors (e.g., force vectors) for the best identification of important descriptors. We observed that concentration-dependent descriptors (environmental parameters, e.g., zeta potential) were the most important under standard test duration (21 day) but not for longer exposure (closer representation of real-world conditions). In the longer exposure (49 days), the particle-specific descriptors were more important than the concentration-dependent parameters. The longer-term exposure showed that the steepness of the concentration-response decreased with an increased Fe content in the NMs. Longer-term exposure should be a requirement in the hazard assessment of NMs in addition to the standard in OECD guidelines for chemicals. The progress toward ML analysis is desirable given its need for such large data sets and significant power to link NM descriptors to effects in animals. This is beyond the current univariate and concentration-response modeling analysis
Abordagem mecanistica para avaliar os efeitos de nanomateriais no meio ambiente
No full textJust over two decades have passed from the synthesis of engineered nanoparticles (ENPs) to their mass production. Despite this exponential growth in terms of development, application and market acceptance of ENPs, nano(eco)toxicological knowledge of potential risks have not kept the same pace. This was due, among other factors, to the vast variability of nanomaterials (NMs) and their possible combinations with the surrounding media. Certain that NMs demand will continue to increase, (eco)toxicological research should focus on the understanding of the mechanisms of novel materials and their potential impact on environment and human health.
In this study, the focus of the investigation was to assess the effects of the selected NMs and to understand the mechanisms underlying the toxic responses in Enchytraeus crypticus (Oligochaeta), a relevant model species in soil ecotoxicology. Given that soil is a complex matrix due to its multifaceted nature, the challenge of understanding the toxicity of NMs is proportional to its lack of knowledge. In order to try to fill some of these gaps, the effect of two types of materials were studied in soil: silver and graphene. The first being tested on three variations of NPs (NM 300K, Ag NM and PVP - Ag NM) compared to the salt form (AgNO3) and the second, using two variations, graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO).
Through a multiparametric approach Ag was highly screened, covering all the life stages of E. crypticus, as well as different levels of biological organization, from the molecular level (gene expression), to the organismal level (hatching, survival, reproduction and avoidance). Complementarily, we study a possible alternative to reduce/reverse the toxicity caused by silver, combining Ag with substances containing thiol groups in its chain and it was compared to non-nano form. The integrated analysis of these results allowed us to realize that sub-lethal Ag concentrations for hatching tests in water, could predict long-term effects of (nano)silver materials in soil. In addition, different AgNMs induced different effects in comparison with AgNO3. Further, the successful application of the conjugation of Ag(NM) to N-acetylcysteine (NAC) and reduced glutathione (GSH) to reduce the toxic effects caused by silver is a good starting point for the nanotechnological sustainability of Ag. For graphene, it was showed that the reduced full life cycle test (rFLC) was a good indicator for predicting long-term effects, through the hatching associated with size (area) measurements of the hatched juveniles. Moreover, a distinct toxicity effect was found between GO and rGO: while GO had all the parameters evaluated significantly affected, its reduced form (rGO) was shown to have no effects.
From this set of experiments, we gained better understanding of the toxicological profile of the materials tested and we learned, above all, the importance of integrative approach as well the updating/modification of standard guidelines for risk assessments of NMs. Although it was not the focus of this thesis, we also found that Enchytraeus crypticus showed to be a suitable organism as a starting point for toxicity screening of NMs, before involving in-depth studies using vertebrates.Pouco mais de duas décadas se passaram desde o início da manipulação de nanopartículas até a sua produção em massa. No entanto, embora este crescimento tenha ocorrido exponencialmente no que respeita ao desenvolvimento, aplicação e aceitação de mercado, o conhecimento dos potenciais riscos de (eco)toxicidade não acompanharam o mesmo ritmo. Isto se deve, entre outros fatores, à vasta variabilidade de nanomateriais (NMs) e suas possíveis combinações com o meio em que se encontra. Posto isso, e dado como certo a crescente demanda dos NMs, cabe-nos tentar compreender melhor estes novos materiais, bem como o seu potencial impacto para o ambiente e saúda humana.
Neste estudo, o foco de investigação foi avaliar os efeitos de NMs selecionados e entender os mecanismos subjacentes aos efeitos tóxicos em Enchytraeus crypticus (Oligoqueta), uma espécie modelo em ecotoxicologia de solo. Sendo o solo uma matriz complexa devido a sua multifacetez, o desafio de compreensão da toxicidade de NMs é proporcional à sua lacuna de conhecimento. Com o objetivo de tentar colmatar algumas destas lacunas, o efeito de dois tipos de materiais foram estudados; prata e grafeno. O primeiro foi testado utilizando três variações de NPs (NM 300K, Ag NM e PVP Ag NM) em comparação com o sal de prata (AgNO3) e o segundo, utilizando duas variações, óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO).
Através de uma abordagem multiparamétrica Ag foi o material mais escrutinado, cobrindo todos os estágios de vida de E. crypticus, bem como diferentes níveis de organização biológica, desde o nível molecular (expressão de genes), até ao nível do organismo (eclosão, sobrevivência, reprodução e evitamento). Complementarmente, estudamos uma possível alternativa para redução/reversão da toxicidade causada pela prata, através da combinação de Ag NM300K a substâncias contendo grupos thiol em sua cadeia e em comparação com o sua forma não nano. A análise integrada destes resultados permitiu-nos perceber que concentrações sub-letais de Ag, para testes de eclosão em água, pôde prever efeitos de (nano)materiais de prata a longo prazo em solo. Além disso, AgNMs induziram efeitos distintos entre si e em comparação com o AgNO3. A aplicação bem sucedida da conjugação de Ag ao N-acetilcisteína (NAC) e a glutationa reduzida (GSH) para reduzir os efeitos tóxicos da prata é um bom ponto de partida para a sustentabilidade nanotecnológica de Ag. Para o grapheno, foi demonstrado que o teste de ciclo de vida reduzido (rFLC) mostrou ser um bom indicador para prever efeitos a longo prazo através do parametro eclosão associado a medição do tamanho (área) dos juvenis eclodidos. Ademais, distintos efeitos de toxicidade entre GO e rGO foram encontrados: enquanto que GO teve todos os parametros significativamente afetados, a sua forma reduzida (rGO) demonstrou não ter quaisquer efeitos.
Com este trabalho, obtivemos uma melhor compreensão do perfil (eco)toxicólogico dos materiais testados e aprendemos, sobretudo, a importância de se usar uma abordagem multiparamétrica, bem como a atualização/modificação dos protocolos-padrão para avaliação de risco de NMs em solo. Embora não tenha sido o foco desta tese, também descobrimos que Enchytraeus crypticus pode ser um organismo adequado para uma primeira triagem da toxicidade de NMs, antes de envolver estudos mais aprofundados usando vertebrados.Programa Doutoral em Biologi
Avaliação de efeitos de toxicidade de nanopartículas no compartimento terrestre
No full textDoutoramento em BiologiaOver 11 million tons of nanomaterials (NMs) have been produced in 2012 and predictions point the increase in production. Despite predictions and extended usage via consumer products and industry, the understanding of the potential impact of these materials on the environment is virtually absent. The main aim of this thesis is to understand how a selected group of nanomaterials (metal based particles) may impact soil invertebrates, with special focus on the
mechanisms of response. Since a case-by-case Environmental Risk Assessment (ERA) of all the emerging contaminants (particularly NMs) is impossible, among others due to time and cost reasons, to gain understanding on the mechanism of action and response is very important to reach a common paradigm. Understanding the modes of action provides predictive characters in cross particle extrapolation. Besides, it also provides insight for the production of new and sustainable materials.
Overall, the effects of the selected NMs (Copper and Silver, Titanium and Zirconium oxides) and the respective salt forms, were investigated at the gene
expression (using high-throughput tools, microarray and qPCR technology), biochemical (using enzymatic assays for analysis of oxidative stress markers)
and organism (survival and reproduction as in OECD test guidelines) levels, this using standard soil species (Enchytraeus albidus, Enchytraeus crypticus,
Eisenia fetida).
Gene expression analysis provided valuable information on the mechanisms affected by each of the NMs. The gene expression profile highlighted a
(nano)material signature and the effect of the duration of exposure. The functional analyses integrated with the biochemical and organism data,
revealed a good understanding power. The biochemical parameters (oxidative stress related) were distinct across the materials and also influenced by
duration of exposure and concentration. The standardized organismal responses differed the least between the various materials.
The overall outcome is that, in this context of NMs effect assessment, gene expression and enzymatic assays introduced a very important knowledge gap,
which could not had been achieved by the standard organismal effects alone.
A reoccurring issue with some metal based NMs is the possible dissolution and subsequent release of ions that then causes toxicity e.g. Cu-NPs or Ag-NPs
release Cu2+ or Ag+. The oxidation state of the particles was investigated, although this was not the focus of the thesis. The study of fate, e.g. dissolution
of NPs, is also only in its beginning and the appropriate techniques are currently being developed. The results showed a specific nanoparticle effect.
The UV exposure with titanium dioxide nanoparticles increased its effect.Em 2012 foram produzidas mais de 11 milhões de toneladas de nanomateriais (NMs) e as perspetivas apontam para um aumento na produção. Apesar das previsões e o uso extensivo em produtos de consumo e indústria, o conhecimento é praticamente inexistente no que diz respeito ao potencial
impacto destes materiais no ambiente. O principal objetivo desta tese é compreender o impacto de um grupo de NMs selecionados (NMs de base metálica) em invertebrados de solo, com especial incidência nos mecanismos de resposta. Uma vez que a avaliação de risco ambiental feita caso-a-caso para todos os contaminantes emergentes (particularmente NMs) é impossível, devido, entre outros fatores, ao tempo e custos necessário, a compreensão dos mecanismos de ação é muito importante para alcançar paradigmas comuns. A compreensão dos modos de ação fornece os caracteres com valor preditivo para a extrapolação entre partículas. Além disso, também fornece informação para a produção de novos materiais sustentáveis.
Em suma, os efeitos dos NMs selecionados (Cobre e Prata, Óxido de Titânio e Zircónio) e do respetivo sal, foram investigados ao nível dos genes (utilizando a ferramentas de alto varrimento, tecnologia de “microarrays” e PCR em tempo real), bioquímico (utilizando ensaios enzimáticos para a análise de marcadores de stress oxidativo) e do organismo (sobrevivência e reprodução, tal como nos protocolos OCDE), utilizando espécies modelo ecotoxicológicas (Enchytraeus albidus, Enchytraeus crypticus, Eisenia fetida).
A análise da expressão de genes forneceu informação importante sobre os mecanismos afetados por cada um dos NMs testados. Os perfis de expressão genéticos evidenciaram uma assinatura do (nano)material e o efeito do tempo de exposição. A análise funcional integrada com os dados bioquímicos e de organismo revelou um bom poder de entendimento. As respostas dos parâmetros bioquímicos (relacionados com stress oxidativo) foram distintas entre os materiais testados e também influenciados pelo tempo de exposição e concentrações testadas. As respostas padronizadas ao nível do organismo
foram as que mostraram menor diferenciação entre os vários materiais testados.
De um modo geral, e neste contexto de avaliação de efeitos de NMs, a expressão de genes e ensaios enzimáticos, apresentaram um papel muito importante no preenchimento de lacunas que não podería ter sido alcançado através dos efeitos no organismo isoladamente.
Um assunto recorrente relativo a alguns NMs de base metálica tem a ver com a possível dissolução e subsequente libertação de iões que a posteriori causam toxicidade, p.e. Cu-NPs ou Ag-NPs libertam Cu2+ ou Ag+. O estado de oxidação das partículas foi investigado, apesar deste não ser o foco da tese. O
estudo do destino, p.e. dissolução de NPs, está ainda apenas no seu início e as técnicas apropriadas estão presentemente a ser desenvolvidas. Os resultados mostraram um efeito específico das nanopartículas. A exposição UV com o dióxido de titânio aumentou o seu efeito
Frameworks and tools for risk assessment of manufactured nanomaterials
No full textCommercialization of nanotechnologies entails a regulatory requirement for understanding their environmental, health and safety (EHS) risks. Today we face challenges to assess these risks, which emerge from uncertainties around the interactions of manufactured nanomaterials (MNs) with humans and the environment. In order to reduce these uncertainties, it is necessary to generate sound scientific data on hazard and exposure by means of relevant frameworks and tools. The development of such approaches to facilitate the risk assessment (RA) of MNs has become a dynamic area of research. The aim of this paper was to review and critically analyse these approaches against a set of relevant criteria. The analysis concluded that none of the reviewed frameworks were able to fulfill all evaluation criteria. Many of the existing modelling tools are designed to provide screening-level assessments rather than to support regulatory RA and risk management. Nevertheless, there is a tendency towards developing more quantitative, higher-tier models, capable of incorporating uncertainty into their analyses. There is also a trend towards developing validated experimental protocols for material identification and hazard testing, reproducible across laboratories. These tools could enable a shift from a costly case-by-case RA of MNs towards a targeted, flexible and efficient process, based on grouping and read-across strategies and compliant with the 3R (Replacement, Reduction, Refinement) principles. In order to facilitate this process, it is important to transform the current efforts on developing databases and computational models into creating an integrated data and tools infrastructure to support the risk assessment and management of MNs
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