Comparação dos cultivos de células hepg2 em monocamada (2D) e tridimensional (3D) na avaliação da hepatotoxicidade induzida pelos contaminantes decametilciclopentasiloxane (D5) e triclopir

Os avanços tecnológicos vêm continuamente melhorando a qualidade de vida, mas também têm contribuído para a liberação de produtos químicos capazes de representar riscos à saúde humana e animal, além de causar impactos ambientais. Tais compostos podem ser classificados como contaminantes de preocupação emergente (CPEs), pois exigem esforços na pesquisa para compreender e mitigar seus impactos, como é o caso do herbicida triclopir e o decametilciclopentasiloxano (D5), presente em produtos de cuidado pessoal. Ensaios com culturas celulares são essenciais para estudar mecanismos de toxicidade, e modelos 3D, incluindo a bioimpressão, proporcionam interações célula-célula e célula-matriz de forma mais realista, aumentando a representatividade fisiológica do tecido e a predição dos ensaios toxicológicos. Assim, este estudo buscou elucidar os principais eventos envolvidos na toxicidade de dois contaminantes ambientais específicos, o triclopir e o D5, utilizando culturas de células hepáticas (HepG2) em modelos 2D, 3D e de bioimpressão, nos quais o triclopir foi avaliado em todos os sistemas, enquanto o D5 foi investigado nos modelos 2D e bioimpresso. Ademais, foi explorada a concepção de uma biotinta para o modelo de bioimpressão 3D, a fim de comparar os resultados de toxicidade. Após a exposição aos produtos químicos, as células apresentaram alterações relacionadas à morte celular, apoptose e dano mitocondrial na maior concentração do triclopir estudada, 500 μmol/L, indicando ação nociva do herbicida sobre a função mitocondrial e possível iniciadora de um processo sequencial que desencadeia a citotoxicidade. O D5 não induziu efeitos citotóxicos detectáveis nos modelos avaliados, indicando um perfil de baixa citotoxicidade nas condições experimentais testadas e reforçando a necessidade de investigações adicionais em sistemas mais complexos. Na comparação entre os modelos 2D e 3D, a matriz 3D CellFate® mostrou maior sensibilidade ao triclopir, com alterações mitocondriais e nucleares já a partir de 5 μmol/L, enquanto o hidrogel 3D bioimpresso não apresentou efeitos significativos. Em adição, os dados sobre a biotinta elaborada com uma mistura de gomas gelanas forneceram informações positivas sobre seu potencial no mimetismo mecânico em um modelo de fígado in vitro, mas demonstraram que se trata de um ambiente inadequado para a proliferação celular com alta degradação da matriz. Sugerindo que a biotinta apresenta potencial como scaffold, embora ainda demande aprimoramentos em sua formulação.

Resumo (inglês)

Technological advances have continuously improved quality of life, however, they have also contributed to the release of chemical substances that may pose risks to human and animal health, in addition to causing environmental impacts. Such compounds can be classified as contaminants of emerging concern (CECs), because they require research efforts to understand and mitigate their impacts, as exemplified by the herbicide triclopyr and decamethylcyclopentasiloxane (D5), found in personal care products. Cell culture assays are essential for studying toxicity mechanisms, and three-dimensional (3D) models, including bioprinting, provide more realistic cell-cell and cell-matrix interactions, thereby enhancing the physiological relevance of the tissue and the predictive power of toxicological assays. Thus, this study aimed to elucidate the main events involved in the toxicity of two specific environmental contaminants, triclopyr and D5, using human liver cell cultures (HepG2) in 2D, 3D, and bioprinted models, in which triclopyr was evaluated across all systems, whereas D5 was investigated in the 2D and bioprinted models. In addition, the development of a bioink for the 3D bioprinting model was explored in order to support toxicity comparisons. Following chemical exposure, cells exhibited alterations related to cell death, apoptosis, and mitochondrial damage at the highest triclopyr concentration tested (500 μM), indicating a harmful effect of the herbicide on mitochondrial function and a possible initiation of a sequential process leading to cytotoxicity. No detectable cytotoxic effects were observed for D5 under the experimental conditions, indicating a low cytotoxic profile and reinforcing the need for further investigations in more complex systems. In the comparison between 2D and 3D models, the CellFate® 3D matrix showed greater sensitivity to triclopyr than the 2D model, with mitochondrial and nuclear alterations starting at 5 μM, whereas the bioprinted 3D hydrogel did not exhibit significant effects. Additionally, data obtained from the bioink formulated with a mixture of gellan gums provided positive evidence of its mechanical mimicry in an in vitro liver model but demonstrated that it represents an unsuitable environment for cell proliferation due to high matrix degradation, suggesting that the bioink has potential as a scaffold, although further improvements in its formulation are still required.

Palavras-chave

Toxicologia, Citotoxicidade, Cultura de células, Células hepáticas, Herbicidas

Idioma

Português

Citação

KOHORI, N. A. Comparação dos cultivos de células HepG2 em monocamada (2D) e tridimensional (3D) na avaliação da hepatotoxicidade induzida pelos contaminantes decametilciclopentasiloxane (D5) e triclopir. 2026. Tese (Doutorado em Patologia) – Faculdade de Medicina, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2025.