Estudo in vivo da interação de nanoflocos de borofeno com o besouro Tenebrio molitor: viabilidade de hemócitos e curto

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11823 (2023) Citar este artigo

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A família de materiais à base de grafeno recebeu um novo membro, o borofeno, em 2014. Pesquisas sobre rotas de síntese e estudos experimentais sobre propriedades físico-químicas e biológicas (especialmente in vivo) ainda são fortemente desejadas, a fim de avaliar seu potencial prático como entrega de drogas- sistema. O efeito dos nanoflocos bidimensionais de borofeno nas células, nos sistemas e em todo o organismo animal não foi estudado até agora. Portanto, investigamos in vivo sua biocompatibilidade com hemócitos no Tenebrio molitor como organismo modelo. Estudos de curto prazo demonstraram que nanoflocos de borofeno em doses de 0,5, 1 ou 2 µg de nanoflocos por inseto não induziram hemocitotoxicidade. Os hemócitos expostos aos nanoflocos apresentaram morfologia, adesividade e capacidade de formar filopódios como nos hemócitos controle. Um estudo detalhado indica que os nanoflocos de borofeno não: (i) geram espécies reativas de oxigênio intracelular em hemócitos, (ii) afetam o potencial da membrana mitocondrial e (iii) interferem na fagocitose. Portanto, esta contribuição apresenta novos insights in vivo sobre o grupo de materiais bidimensionais que são um dos materiais mais promissores para aplicações biomédicas devido à sua estrutura especial e propriedades únicas. No entanto, estudos de longo prazo em insetos e outros animais ainda são necessários para confirmar que o borofeno é biocompatível e biologicamente seguro.

O desenvolvimento de nanomateriais aumentou significativamente nos últimos anos, onde podem ser distinguidas diferentes estruturas morfológicas: zero-dimensional (0D), unidimensional (1D), bidimensional (2D) e tridimensional (3D). A estrutura 2D mais popular, o grafeno, chamou muita atenção para essas arquiteturas bidimensionais, o que impulsionou o desenvolvimento e a fabricação de outros novos materiais - dichalcogenetos de metais de transição (TMD), nitreto de carbono grafítico (gCN), nitreto de boro hexagonal (hBN), fósforo preto (BP) e assim por diante. O grafeno na forma de óxido de grafeno (GO) tem amplo potencial de aplicação nas áreas de distribuição de medicamentos, bioimagem, biossensor ou mesmo engenharia de tecidos . No entanto, foi comprovado que o GO causa citotoxicidade, onde entra no citoplasma e no núcleo das células, levando à apoptose celular induzida. Além disso, também se acumula nos tecidos renais e pulmonares e é de difícil remoção2,3,4. A redução do GO devido à alteração da estrutura anfifílica do GO levou à dificuldade na partição lipídica, suprimindo a hemólise. É claro que para estruturas baseadas em grafeno a toxicidade é altamente dependente do seu tamanho, grupos funcionais e tamanho lateral . Os testes de toxicidade in vivo também comprovam a correlação entre as propriedades estruturais do grafeno e a concentração das doses e pontos de entrada nos organismos vivos. Em contraste com os derivados de grafeno, os DTM apresentam menor citotoxicidade quando expomos células epiteliais pulmonares humanas (A549) a eles. MoS2, WS2 e WSe2 apresentaram baixa toxicidade mesmo em altas concentrações (200 µg/mL)6. Testes in vivo processados ​​em camundongos mostraram que o MoS2 é biocompatível e pode ser utilizado na terapia de tratamento de tumores7. O MoS2 também pode ser utilizado devido à sua compatibilidade como biossensor biodegradável8. Além disso, um estudo dependente do tamanho sobre a biocompatibilidade in vitro do nitreto de carbono grafítico provou que 10 nm e 160 nm são biocompatíveis. Porém, o gCN com tamanho de 20 nm apresentou a menor viabilidade celular. O gCN aglomerou-se principalmente em torno dos núcleos, porém não penetrou9. Outro membro da família 2D – nitreto de boro hexagonal (hBN) (~ 120 nm de diâmetro) não causou nenhum dano pulmonar em doses baixas. Porém, em outros órgãos, quando a dose foi de 1600 µg/kg, causou danos ao pulmão, fígado, rim, coração ou baço10. A BP também pode ser utilizada como uma alternativa bem-sucedida aos medicamentos agressivos na quimioterapia. Foi apresentado que o BP matou células cancerígenas (HepG2) e era biocompatível com células normais (QSG-7701). Portanto, o BP poderia ser utilizado como uma ferramenta inorgânica no tratamento menos prejudicial do câncer11. É claro que muitos fatores (como tamanho lateral, propriedades de superfície, grupos funcionais na superfície, bem como diferentes doses) impactam a biocompatibilidade e a toxicidade dos nanomateriais 2D. No entanto, é crucial testar as estruturas 2D em experiências in vitro e in vivo. Recentemente, membros 2D descobertos, como o borofeno, devem ser investigados com cautela quanto à sua potencial biocompatibilidade ou toxicidade. Porém, ainda há espaço no estado da arte para pesquisas dedicadas aos nanoflocos de borofeno em sua forma pura, principalmente no que diz respeito a testes in vivo.