II Jornada Internacional de Salud Ocupacional
I Congreso Peruano de Medicina Ocupacional y
Ambiental
NANOMATERIAIS, TOXICIDADE E TRABALHO
Fundação Oswaldo Cruz
William Waissmann
Agosto/2013
Nanotubos de Carbono
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
ATUALIDADE
Nanotecnologia & Saúde
Identificados
33083
artigos
Países com maior número de artigos em
Nanotecnologia e saúde [2000-2009]
USA
Identificados 116 países com
publicações na área. No
gráfico  países com mais
de 100 artigos no tema, em
2009.
GERMANY
JAPAN
ENGLAND
PEOPLES R CHINA
FRANCE
ITALY
CANADA
SPAIN
SOUTH KOREA
BRAZIL
INDIA
SWITZERLAND
NETHERLANDS
Waissmann et al., 2010
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
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 próinflamatórios 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
PARADIGMA DA FIBRA
Fagocitose frustrada como relacionada a fibras curtas e longas de
asbestos (esquerda) e a várias formas de nanotubos de carbono
(direita).
Donaldson et al., 2010
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 camundongos
Barras 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
Agregação de plaquetas
humanas
Radomski et al. 2005
SWCNT
ativam
plaquetas
e
aceleram a formação de trombos na
microcirculação (camundongos).
Bihari et al, 2010
Pacurari et al., 2008
Pacurari et al., 2008
DETERMINANTES DE TOXICIDADE POR CNT
Dependeria do tipo de efeito estudado
Inflamação Granuloma
Fibrose
Câncer
Genotoxicidade
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
Nel et al., 2006
• Proposta para síntese de efeitos experimentais e fisipatológicos de NME
•Não por estresse oxidativo: desnaturação proteica, dano à membrana celular,
imunoreatividade, formação de granuloma
Dificuldades potenciais em diferenciar efeitos de
nanopartículas
de
fundo
nanomateriais engenheirados
dos
efeitos
de
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
Relação de nanopartículas não intencionais ocupacionais
com velhas e novas doenças (algumas de etiologia desconhecida)
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
Gatti & Montanari, 2008
Pulmão de dentista com sarcoidose – Algumas partículas
dentro do granuloma e no materal de clareamento dentário
Gatti & Montanari, 2008
MÉTRICA
TiO2
ERO –Anatase
9 ≠ Áreas
Superficiais
Jiang et al., 2007
O QUE TESTAR?
120.000 SUBSTÂNCIAS REGISTRADAS NOS EUA PARA USO
COMERCIAL, MENOS DE 8.000 COMPLETARAM
TESTES 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)
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
 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).
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.).
Controle de Bandas
Anses, 2008
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 replicação
DNA-Nano
Proteômica/Lipidômica/Metabolômica in silico?
BSAI  Melhor conhecimento da interface NP e bio-ambiente 
Relevância da superfície do NP no organismo
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
Xia et al., 2010
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