Studio di tossicità delle nanoparticelle di ossido di zinco nella coltura cellulare e nella drosophila melanogaster

La nanotecnologia si riferisce all’applicazione di materiali di dimensioni nanometriche che vengono utilizzati in tutti i campi scientifici, tra cui la medicina, la scienza dei materiali e la biochimica. Ad esempio, gli NP nO, noti per la loro dispersione ultravioletta, il rilevamento chimico e le proprietà antimicrobiche, nonché l’elevata conduttività elettrica, sono utilizzati nella produzione di vari prodotti di consumo come imballaggi alimentari, cosmetici, tessuti, gomme, batterie, catalizzatore per il trattamento del gas coda di automobili e applicazioni biomediche^1,2,3.

Tuttavia, le fiorenti applicazioni dei prodotti basati su NP di NO, che hanno portato ad una maggiore esposizione umana alle NP di NO, hanno sollevato preoccupazioni sui loro potenziali effetti negativi sulla salute umana. Una serie di studi cellulari in vitro hanno dimostrato che nO NP può indurre stress ossidativo, citobilsia autofagia, infiammazione, e genotossicità^4,5,6,7 . In particolare, si presume che la tossicità degli NP di NP sia causata dalla dissoluzione di n^{2 o} 2 o più ioni, nonché dalla reattività superficiale di inibizione del trasporto iosilio^4,7,9,10. È importante sottolineare che gli studi hanno dimostrato che la generazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) è uno dei meccanismi primari alla base della tossicità associata a NPs. È stato dimostrato che un’insufficiente attività antiossidante a seguito di un insulto AL ROS è stato dimostrato di essere responsabile di suscitare la citotossicità e il danno al DNA⁹. Gli effetti tossici delle NP di NO sono stati riportati anche in modelli animali, tra cui roditore¹, pesce zebra^11,12, così come l’invertebrato Drosophila¹³.

La Drosophila funge da modello animale alternativo consolidato per lo screening della tossicità di entità chimiche e nanomateriali (MN)^14,15. È importante sottolineare che esistono alti livelli di somiglianza genetica e fisiologica tra l’uomo e la Drosophila che giustifica l’uso della Drosophila come modello in vivo per valutare le risposte biologiche ai contaminanti ambientali come le MMM ¹⁶. Inoltre, ci sono molti vantaggi dell’uso della Drosophila a causa delle sue piccole dimensioni, della sua breve durata, dell’amenabilità genetica e del mantenimento facile ed economico. Inoltre, la Drosophila è stata ampiamente adottata per lo studio della genetica, della biologia molecolare e dello sviluppo, sin da quando il suo genoma completo è stato completamente sequenziato anni fa nel 2000, rendendolo quindi adatto per una varietà di screening ad alto valore e per affrontare questioni biologiche irrisolte^{17,18,19,20,21}. Negli ultimi anni, una serie di studi relativi all’immunotossicità utilizzando diversi tipi di NP in Drosophila sono stati segnalati^15,22,23,24. Queste nuove conoscenze fondamentali ottenute dagli studi che utilizzano la Drosophila hanno contribuito a fornire maggiori informazioni sulla nostra comprensione della nanotossicologia.

ROS è un noto colpevole di citotossicità e genotossicità causata da NP, in particolare, NP a base metallica²⁵. I ROS sono specie chimiche contenenti ossigeno con proprietà reattive più elevate rispetto all’ossigeno molecolare. I radicali liberi come il superossido radicale (O₂^–) e anche molecole non radicali come il perossido di idrogeno (H₂O₂₎possono agire come ROS. In condizioni fisiologiche normali, sono tenuti a mantenere l’omeostasi cellulare²⁶, tuttavia, un ROS eccessivo a causa della sovrapproduzione o della disregolazione del sistema di difesa antiossidante può causare stress ossidativo, che porta a danni alle proteine, lipidi e acido deossiribonucleico (DNA)²⁷. Ad esempio, con l’aumento dei livelli di ROS e l’aumento del livello di glutathione (GSH) concomitante, l’interruzione della sintesi del triposfato di adenosina (ATP) avviene e il livello di dehydrogenasi in lattato (LDH) aumenta nel mezzo, culminando nella morte cellulare²⁷.

Qui, forniamo protocolli per l’esecuzione di analisi cellulari e genetiche utilizzando cellule di mammiferi coltivati e Drosophila per determinare i potenziali effetti negativi delle NP nO. Nella figura 1è riportata una panoramica del metodo utilizzato per lo studio di tossicità degli NP nO.