Nanocellulose toxicity in vitro models: contributing to its safety assessment to human health

Abstract

As nanoceluloses são nanomateriais inovadores com potencial para uma vasta gama de aplicações industriais e biomédicas. No entanto, a expansão da sua produção tem vindo a suscitar preocupações quanto aos possíveis efeitos, a longo prazo, na saúde humana. Este estudo teve como objetivo avaliar a segurança de algumas nanoceluloses produzidas a partir de matéria-prima nacional, através da caracterização da sua potencial toxicidade em células de mamífero. Para tal, testaram-se duas celuloses nano /microfibrilares (CNF e CMF ) e uma celulose nanocristalina (CNC). Analisou-se a citotoxicidade usando ensaios colorimétricos e o ensaio clonogénico, e a genotoxicidade pelo ensaio do micronúcleo in vitro em células pulmonares de mamífero (A549 e V79 ) e em osteoblastos humanos ( MG-63 ). A indução de espécies reativas de oxigénio (ROS) e a internalização celular foram também estudadas nas células A549. Observou- -se citotoxicidade no ensaio clonogénico, principalmente no caso da CNC, mas não nos restantes ensaios, não havendo também indução de ROS. Todas as nanoceluloses revelaram efeitos genotóxicos nalgumas concentrações, uma vez que induziram micronúcleos e /ou pontes nucleoplásmicas num dos modelos celulares. Para além disso, visualizou-se a internalização da CNF e CMF, mas não da CNC, em células A549. Esta primeira avaliação toxicológica veio contribuir para prevenir a exposição a materiais celulósicos potencialmente perigosos, procurando impulsionar o desenvolvimento de materiais inovadores e mais seguros.Nanocelluloses are innovative nanomaterials with potential for a wide range of industrial and biomedical applications. However, the expansion of its production has raised concerns about their possible long-term effects on human health. This study aimed to evaluate the safety of various nanocelluloses through the characterization of their potential toxicity in mammalian cells. Two samples of nano/microfibrillar celluloses with different pre-treatments (CNF and CMF) and a nanocrystalline cellulose (CNC) were tested. The cytotoxicity of the nanocelluloses was analyzed using colorimetric assays and the clonogenic assay, and genotoxicity by the in vitro micronucleus assay in human alveolar epithelial cells (A549), human osteoblasts (MG-63) and Chinese hamster fibroblasts (V79). Induction of reactive oxygen species (ROS) and cellular internalization were also studied in A549 cells. Cytotoxicity was observed through the clonogenic assay, mainly in the case of CNC, but not in the remaining assays, with no induction of ROS. All nanocelluloses, at some of the concentrations tested, induced micronuclei and/or nucleoplasmic bridges in one of the cellular models. Furthermore, the internalization of CNF and CMF, but not of CNC was visualized in A549 cells. These results aim to contribute to preventing exposure to potentially hazardous cellulosic materials, seeking to boost the development of innovative and safer materials.Projeto ToxApp4NanoCELFI – Uma abordagem de toxicologia preditiva para a caracterização dos potenciais efeitos respiratórios de fibras de nanocelulose funcionalizadas num sistema de co-cultura (PTDC/SAU-PUB/32587/2017).info:eu-repo/semantics/publishedVersio