PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GENÉTICA Natalia Maria Candido Estudo da ação de nanopartículas magnéticas de ferro no câncer oral São José Do Rio Preto - SP 2013 Natalia Maria Candido Estudo da ação de nanopartículas magnéticas de ferro no câncer oral Dissertação apresentada para obtenção do título de Mestre em Genética, área de Biologia Celular e Molecular junto ao Programa de Pós-Graduação em Genética do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de São José do Rio Preto. Orientadora: Profª. Drª. Paula Rahal Co-orientadora: Drª. Marília de Freitas Calmon São José do Rio Preto - SP 2013 Candido, Natalia Maria. Estudo da ação de nanopartículas magnéticas de ferro no câncer oral / Natalia Maria Candido. - São José do Rio Preto : [s.n.], 2013. 112 f. : il. ; 30 cm. Orientadora: Paula Rahal Co-orientadora: Marília de Freitas Calmon Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas 1. Câncer. 2. Boca - Câncer. 3. Carcinoma de células escamosas. 4. Hamster sírio. 5. Nanopartículas. 6. Ferromagnetismo. I. Rahal, Paula. II. Calmon, Marília de Freitas. III. Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas. IV. Título CDU - 616.31-002-4 Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca do IBILCE Campus de São José do Rio Preto - UNESP Natalia Maria Candido Estudo da ação de nanopartículas magnéticas de ferro no câncer oral Dissertação apresentada para obtenção do título de Mestre em Genética, área de Biologia Celular e Molecular junto ao Programa de Pós-Graduação em Genética do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de São José do Rio Preto. BANCA EXAMINADORA Profª. Drª. Paula Rahal Professora Livre Docente Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP/IBILCE Drª. Patrícia Simone Leite Vilamaior Assistente de Suporte Acadêmico e docente colaborador do Progama de Pós-Graduação em Biologia Animal da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP/IBILCE Dr. Fernando Lucas Primo Pós-Doutorado em Nanotecnologia, Engenharia Tecidual e Fototerapia na Universidade de São Paulo – USP Ribeirão Preto e Pesquisador da empresa Nanophoton São José do Rio Preto, 21 de fevereiro de 2013. Este trabalho foi realizado no Laboratório de Estudos Genômicos, do Departamento de Biologia, do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, UNESP de São José do Rio Preto, com auxílio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Dedico este trabalho aos meus pais, Amaury e Neucir, a quem agradeço pelo amor que incondicionalmente dedicam a mim, por todos os ensinamentos que proporcionaram meu crescimento pessoal e por todo o apoio às minhas decisões e à minha vida acadêmica. AGRADECIMENTOS À minha orientadora, Profª. Drª. Paula Rahal, pela oportunidade de realizar este trabalho, pela amizade, por todos os ensinamentos, por confiar na minha capacidade e, desta forma, fazer com que eu buscasse pelo melhor em mim. Algumas palavras aqui escritas não poderiam estimar a gratidão que sinto. Você realmente é um exemplo a ser seguido! "A melhor coisa que você pode fazer por uma pessoa é inspirá-la." À minha co-orientadora, Drª. Marília de Freitas Calmon, pelas risadas, por ter acreditado no meu trabalho desde o início e por todo esforço para que se fizesse possível a implantação de uma nova linha de pesquisa dentro do laboratório. Muito obrigada por me tratar de igual para igual, mesmo sabendo que tenho um longo caminho a percorrer até chegar próxima ao conhecimento que você possui. “Se você tratar as pessoas como irmãs, elas respondem de acordo.” Aos meus amigos do Laboratório de Estudos Genômicos, Ana Beatriz, André, Bruna, Bruno, Carol Bonfim, Carol Jardim, Cintia, Guilherme, Henrique, Jaqueline, Lucas, Mariana, Marina, Miyuki, Paola, Renata e Tasso pela companhia, por todos os auxílios prestados e por se empenharem em fazer do ambiente de trabalho um lugar confortável e repleto de momentos de diversão. Sem dúvida nenhuma, o sucesso de nossos projetos deve-se à colaboração de todos do laboratório, que pensam e agem como uma verdadeira equipe. "Seja a mudança que você deseja ver no mundo." À secretária do Laboratório, Lenira Bueno, pela eficiência e pelo tempo que sempre dedica à resolução de nossos problemas, sempre disposta a nos ajudar. Muito obrigada! “Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota de água do mar. Mas o mar seria menor se lhe faltasse uma gota.” Ao Prof. Dr. Sebastião Roberto Taboga (Sebaca) por ser extremamente atencioso e minucioso, principalmente quando se trata de auxiliar quem lhe pede. Obrigada por ter aberto as portas de seu laboratório, por ter me dado ótimos conselhos e por passar adiante sua maneira única de enxergar grandes possibilidades. “A mente que se abre a uma nova ideia jamais volta ao seu tamanho original." Ao Luiz Roberto Falleiros Jr., técnico do Laboratório de Microscopia e Microanálise, por todo auxílio prestado – que não foi pouco – e pela incrível capacidade de nos fazer rir de tudo. Muito obrigada por não me deixar abalar quando as coisas não saíam como o esperado e por sempre procurar uma alternativa para os obstáculos ao longo da trajetória. “Não importa quanta seriedade a vida exija de você, cada um de nós precisa de um amigo brincalhão para se divertir junto” Gostaria de deixar registrado o meu muito obrigada àqueles do Laboratório de Microscopia e Microanálise que não mediram esforços para que meu trabalho fosse finalizado e que aliaram isso à ótima convivência diária. Muitos que nem me conheciam, mas que realmente me mostraram o significado de “fazer o bem sem olhar a quem”. Agradeço, em especial, Ana Paula, Bianca, Carol Christante, Carol Frandsen, Carol Negrin, Cássia, Cintia, Diego, Elô, Fabi, Maê, Manoel, Mari Marcielo, Mari Pulegio, Mari Zanatelli, Marina, Ricardinho, Silvana, Thiago, Tião e Vanessinha. A mesma gratidão se aplica a todos do Laboratório de Imunomorfologia, principalmente a Analice, Ayla, Kallyne, Laila, Nathy e Rubens. A vida uniu as pessoas certas no momento certo. Sinto-me em casa na presença de vocês. “As pessoas entram em nossa vida por acaso, mas não é por acaso que elas permanecem.” À Profª. Drª. Zulmira Guerrero Marques Lacava por ter me acolhido tão prontamente. Sinto como se já nos conhecêssemos há tempos. Sua simpatia e disposição em ajudar o próximo são incomparáveis. Tenho muita sorte de tê-la encontrado durante o percurso e sei que somente bons frutos surgirão de nossa parceria. “Seja gentil quando for possível...Sempre é possível.” À Profª. Drª. Emília Celma de Oliveira Lima, por ter gentilmente cedido a amostra de fluido ferromagnético e por sempre ser tão solícita. "No meio da dificuldade encontra-se a oportunidade.” À Drª. Jane Lopes Bonilha, pela prontidão em analisar todas as amostras necessárias e sempre me receber com um sorriso em seu laboratório. “Supor é bom, descobrir é melhor.” A todos os professores do curso de Ciências Biológicas pela formação e pelos ensinamentos que, com certeza, colaboraram muito para a elaboração deste trabalho e para meu crescimento pessoal. “Professores há milhares. Mas professor como profissão, não é algo que se define por dentro, por amor. Educador, ao contrário, não é profissão, é vocação. E toda vocação nasce de um grande amor, de uma grande esperança.” Ao Programa de Pós-Graduação em Genética e aos seus docentes, por estimularem nossa busca pelo conhecimento e serem exemplos admiráveis de profissionais. “Ninguém educa ninguém. Ninguém se educa a si mesmo. Os homens se educam entre si, mediatizados pelo mundo." Aos membros da pré-banca e banca examinadora, Dr. Fernando Lucas Primo, Dr. José Geraldo Nery e Drª. Patrícia Simone Leite Vilamaior, pela disponibilidade em participar do enriquecimento e finalização deste trabalho. “Não devemos permitir que alguém saia da nossa presença sem se sentir melhor consigo mesmo.” A todos os amigos da faculdade que, de alguma forma, fizeram parte desta etapa da minha vida. Obrigada pela ajuda sempre imediata e por todo o carinho e companheirismo. Um agradecimento especial a Mari Franco, Mari Sabbag, Mari Zanatelli, Pablo, Val, Vanessa e Yuri pelo grande afeto que se faz presente mesmo com a distância. Obrigada pela amizade tão valiosa que descobri em vocês. Significam muito para mim. “O valor das coisas não está no tempo que elas duram, mas na intensidade com que acontecem. Por isso existem momentos inesquecíveis, coisas inexplicáveis e pessoas incomparáveis.” Às minhas companheiras do “apê 24”, Ana e Bia, que compreendem a pressão e os dias de cansaço que se tornam presentes algumas vezes durante a pós-graduação. Obrigada por tornarem o convívio tão fácil e por passarem comigo o período de maior ganho em conhecimento e experiências que tive. Foram meu lar em Rio Preto. “A única amizade que vale é a que nasceu sem razão.” Aos meus amigos, Amanda, Arthur, Bruno, Caio, Camila, Cintia, Fábio, Fer, Gabo, Léo, Lívia, Mário, Mayara, Naty, Nayara, Pinceta, Renato e Thá. Nada resume melhor a importância de vocês do que dizer que são a família que escolhi. Sempre presente, mesmo com a distância. A alegria que a companhia de vocês me traz é indiscutível e inigualável. Conservar os velhos amigos é realmente melhor do que fazer novos. Tenho a certeza de que é amizade inabalável e que cada detalhe que nos une se torna mais forte a cada dia. “A gente não faz amigos, reconhece-os.” Mais uma vez e para sempre serei grata aos meus pais, Amaury e Neucir, por terem me ensinado que dar sempre o melhor de si vale a pena. Vocês continuam sendo os principais responsáveis pelas minhas conquistas e pelas minhas escolhas acertadas. Espero que um dia se orgulhem tanto de serem meus pais quanto me orgulho de ser sua filha. É imensurável o tamanho do meu amor por vocês! “Há pais que gostam de dar presentes. Há pais que gostam de estar presentes. Há pais que investem para os filhos. Há pais que investem nos filhos. Há pais que deixam de herança valores em reais. Há pais que deixam de herança valores reais.” Às minhas irmãs, Fer e Bru, pela torcida, pelas palavras de incentivo e pelo carinho que sempre recebi. Cada uma com seu jeito especial, incondicionalmente ao meu lado. Estarão eternamente em meus melhores pensamentos. Vocês são meu passado, presente e futuro. Amo vocês. “O que é um irmão? Uma única alma habitando dois corpos.” À minha avó Yolanda, porque sem ela meu mundo ficaria tão vazio e cinzento. Sempre acreditando em mim, independente dos meus deslizes. Meu porto seguro. A melhor pessoa que conheço e de uma bondade infinita. Sou extremamente abençoada por ser sua neta. Você é incomparável e eu te amo muito. Você nem imagina o quanto! “Não acrescente dias à sua vida, mas vida aos seus dias.” Aos meus tios, “Dica” e Rita, pelo incentivo e por estarem sempre presentes em minha vida. Tenho um grande respeito e amor por vocês. “Só tios podem abraçar como pais, guardar segredos como irmãos, dar conselhos como amigos e permitir travessuras como avós.” Ao Evandro, meu sempre amigo, o melhor de todos! O amor da minha vida e a pessoa com quem mais gosto de conversar. Esta é mais uma etapa que completo ao seu lado. Obrigada por me fazer acreditar que você é a pessoa certa que estará junto a mim nos momentos incertos. Você me faz feliz, muitas vezes sem motivo óbvio. Em minha opinião, esse tipo de felicidade é a forma mais autêntica de todas e a que você, e só você, me proporciona! Te amo demais! "O amor só é lindo quando encontramos alguém que nos transforma no melhor que podemos ser." À FAPESP, pelo suporte financeiro concedido nas formas de bolsa de Mestrado e reserva técnica (processo nº 2010/14001-0). “Jamais considere seus estudos como uma obrigação, mas como uma oportunidade invejável para aprender a conhecer a influência libertadora e a beleza do reino do espírito, para seu próprio prazer pessoal e para proveito da comunidade à qual seu futuro trabalho pertencer.” E, por fim, a Deus, por iluminar meus passos e pelas graças recebidas diariamente. “Se eu creio em Deus e Deus existe, eu ganhei tudo. Se eu creio em Deus e Deus não existe, eu não perdi nada. Se eu não creio em Deus e Deus não existe, eu não ganhei nada. Se eu não creio em Deus e Deus existe, então eu perdi tudo.” “Conta certa lenda, que estavam duas crianças patinando num lago congelado. Era uma tarde nublada e fria, e as crianças brincavam despreocupadas. De repente, o gelo quebrou e uma delas caiu, ficando presa na fenda que se formou. A outra, vendo seu amiguinho preso, e se congelando, tirou um dos patins e começou a golpear o gelo com todas as suas forças, conseguindo por fim, quebrá-lo e libertar o amigo. Quando os bombeiros chegaram e viram o que havia acontecido, perguntaram ao menino: - Como você conseguiu fazer isso? É impossível que tenha conseguido quebrar o gelo, sendo tão pequeno e com mãos tão frágeis! Nesse instante, um ancião que passava pelo local, comentou: - Eu sei como ele conseguiu. Todos perguntaram: - Pode nos dizer como? - É simples - respondeu o velho. - Não havia ninguém ao seu redor para lhe dizer que não seria capaz.” Albert Einstein RESUMO O carcinoma oral epidermóide é a neoplasia mais frequente da cavidade bucal, representando, aproximadamente, 90% dos cânceres orais. A maioria das pessoas com câncer bucal realiza diagnóstico em estádios avançados quando o prognóstico é ruim e, consequentemente, a terapia é incerta com possibilidades de cura reduzidas. Sendo assim, o tratamento deste câncer envolve a utilização de recursos terapêuticos complexos, com resultados estéticos e fisiológicos pouco promissores. Portanto, outras terapias são almejadas a fim de reverter o quadro insatisfatório de qualidade de vida, amenizando os efeitos colaterais. Para isso, a nanoterapia aplicada ao tratamento do câncer tem-se desenvolvido rapidamente e nanopartículas, como as de óxidos de ferro, vem demonstrando vantagens sobre outros carreadores, sendo o tratamento do câncer por meio de hipertermia uma aplicação bastante visada. Portanto, o objetivo do trabalho foi investigar a citotoxicidade das nanopartículas magnéticas de ferro revestidas por polifosfato em linhagem celular de câncer de assoalho de boca (UM-SCC14A) e sua ação em carcinoma oral in vivo. As células foram incubadas com nanopartículas em diferentes concentrações (0,35; 0,7 e 1,4x1015 partículas/mL) e, em seguida, foram realizadas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão, microsopia de luz, microscopia de fluorescência e ensaio de viabilidade celular. Os diferentes ensaios mostraram que apenas a incubação com 1,4 x1015 partículas desencadeou processo apoptótico significativo, refletindo alterações morfológicas e menor viabilidade celular. Sendo assim, a concentração de 0,7x1015 partículas foi escolhida para os experimentos in vivo, já que não demonstrou caráter tóxico expressivo. Após os experimentos in vitro, trinta hamsters sírios foram divididos igualmente em cinco grupos, sendo um grupo controle normal no qual não foi induzido tumor. No restante dos animais foi feita a indução de câncer oral por meio da aplicação do carcinógeno DMBA na bochecha direita dos hamsters, resultando no desenvolvimento de carcinoma espinocelular oral. Os demais grupos com tumor foram tratados com nanopartículas. Dentre estes animais, um grupo foi tratado exclusivamente desta forma e outros dois grupos foram separados para combinar a terapia de nanopartículas à exposição a um campo magnético capaz de gerar hipertermia. Um grupo foi eutanasiado um dia pós-tratamento e outro grupo após sete dias. Os tecidos da cavidade oral foram corados com Hematoxilina-Eosina e Azul da Prússia, bem como seus corações, pulmões, fígados, rins e baços. Foram feitas imunocitoquímicas do tecido oral para os anticorpos PCNA e caspase-3 ativada, marcadores de proliferação celular e apoptose, respectivamente; e o sangue dos animais foi retirado, para análise dos leucogramas. O grupo não tratado e os animais tratados somente com nanopartículas apresentaram carcinoma espinocelular oral in situ com diversas mitoses atípicas e presença de infiltrado mononuclear. Entretanto, os animais tratados com nanopartículas associadas à hipertermia como terapia demonstraram regressão do câncer, atestada pelas análises histopatológicas, imunocitoquímicas e pela quantidade normalizada de leucócitos. Dessa forma, a hipertermia mediada por tais nanopartículas é bastante encorajadora, sendo necessários mais estudos que visem à melhoria das abordagens terapêuticas atuais e ao entendimento dos mecanismos sistêmicos dessas nanopartículas, aperfeiçoando as técnicas disponíveis, especialmente em cânceres que carecem maior atenção, como o carcinoma oral. Palavras-chave: Carcinoma oral, UM-SCC14A, Hamster sírio, Nanopartículas magnéticas de ferro revestidas por polifosfato, Magneto-hipertemia. ABSTRACT Oral squamous cell carcinoma is the most common neoplasm of the oral cavity, representing, approximately, 90% of oral cancers. Most people affected by oral cancer performs the diagnosis in advanced stages when the prognosis is poor and, therefore, therapy is uncertain with reduced chances of healing. Thus, treatment of this cancer involves the use of complex therapeutic resources, with hardly promising aesthetic and physiological results. Therefore, other therapies are desired to reverse the unsatisfactory quality of life, minimizing side effects. For this, nanotherapy applied to the treatment of cancer has developed rapidly and nanoparticles, such as iron oxides, have shown advantages over other carriers, being cancer treatment by hyperthermia quite an application newsworthy. So, the aim of this study was to investigate the cytotoxicity of iron magnetic nanoparticles coated with polyphosphate in cancer cell line from the floor of mouth (UM-SCC14A) and its action on oral carcinoma in vivo. Cells were incubated with nanoparticles at different concentrations (0.35, 0.7 and 1.4x1015 particles/mL) and, then, were performed transmission electron microscopy, light microscopy, fluorescence microscopy and viability assay. Different tests have shown that only incubation with 1.4x1015 particles triggered significative apoptotic process reflecting morphological changes and reduced cell viability. Thereby, the concentration of 0.7x1015 particles has been chosen for the experiments in vivo, as demonstrated no expressive toxic character. After the in vitro experiments, thirty Syrian hamsters were divided into five groups, with a normal control group in which no tumor was induced. In the remaining animals was induced oral cancer by applying the carcinogen DMBA on the hamsters’ right cheek, resulting in the development of oral squamous cell carcinoma. The other groups with tumor were treated with nanoparticles. Among these animals, one group was treated solely in this way and two other groups were separated to combine therapy nanoparticles exposure to a magnetic field capable of generate hyperthermia. One group was euthanized one day post-treatment and another group after seven days. The tissues of the oral cavity were stained with Hematoxylin- Eosin and Prussian blue, as well as their hearts, lungs, livers, kidneys and spleens. Were performed immunocytochemistry for PCNA and activated caspase-3 antibodies, markers of cell proliferation and apoptosis, respectively; and the animals' blood was withdrawn and analyzed their white cell counts. The untreated group and the animals treated with nanoparticles showed oral squamous cell carcinoma in situ with several atypical mitosis and presence of mononuclear cell infiltrates. However, animals treated with nanoparticles associated with hyperthermia demonstrated cancer regression, confirmed by histopathologic and immunocytochemistry analysis and the normalized amount of total leukocytes. As a result, this nanoparticle-mediated hyperthermia is quite encouraging, however more studies are needed in order to advance the current therapeutic approaches and understand the systemic mechanisms of these nanoparticles, improving the available methodologies, especially in cancers that reflect the greater need of attention, as the oral carcinoma. Keywords: Oral squamous cell carcinoma, UM-SCC14A, Syrian hamster, Iron magnetic nanoparticles coated with polyphosphate, Magnetohyperthermia. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1. Hamsters sírios representando os grupos experimentais do estudo ........................ 37 Figura 2. Campo magnético de frequência alternada e metodologia utilizada ...................... 37 Figura 3. Caracterização das nanopartículas de maguemita revestidas por polifosfato provenientes do fluido ferromagnético ................................................................................... 43 Figura 4. Análise morfológica da linhagem celular UM-SCC14A ........................................ 46 Figura 5. Análise ultraestrutural da linhagem celular UM-SCC14A ..................................... 48 Figura 6. Ensaio de apoptose da linhagem celular UM-SCC14A ......................................... 50 Figura 7. Percentual de viabilidade celular na linhagem UM-SCC14A avaliada por ensaio MTT ........................................................................................................................................ 52 Figura 8. Análise biométrica dos hamsters sírios .................................................................. 53 Figura 9. Histopatologia dos cortes dos tecidos da cavidade oral direita dos hamsters ........ 56 Figura 10. Fotomicrografias de tecido da cavidade oral esquerda dos hamsters ................... 58 Figura 11. Fotomicrografias do fígado dos hamsters ............................................................. 59 Figura 12. Fotomicrografias do coração dos hamsters .......................................................... 60 Figura 13. Fotomicrografias do pulmão dos hamsters ........................................................... 61 Figura 14. Fotomicrografias dos rins dos hamsters ............................................................... 62 Figura 15. Fotomicrografias do baço dos hamsters ............................................................... 63 Figura 16. Análise morfométrica do epitélio da cavidade oral direita dos hamsters ............. 64 Figura 17. Análise morfométrica da queratina da cavidade oral direita dos hamsters........... 65 Figura 18. Imunocitoquímica para marcação de proliferação celular (PCNA) ..................... 67 Figura 19. Imunocitoquímica para marcação de apoptose (caspase-3 ativada) ..................... 69 Figura 20. Contagem de leucócitos totais do sangue dos hamsters ....................................... 71 Figura 21. Contagem de linfócitos do sangue dos hamsters .................................................. 72 Figura 22. Contagem de neutrófilos do sangue dos hamsters ................................................ 73 Figura 23. Contagem de eosinófilos do sangue dos hamsters ............................................... 74 Figura 24. Contagem de monócitos do sangue dos hamsters ................................................ 75 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS cm: Centímetro cm2: Centímetro quadrado cm3: Centímetro cúbico CO2: Dióxido de carbono DAB: Diaminobenzidina DMBA: 7,12-dimetilbenz(a)antraceno DMSO: Dimetilsulfóxido et al.: e outros Fe: Ferro Fe3O4: Magnetita FFM: Fluido ferromagnético à base de nanopartículas magnéticas de maguemita recobertas com polifostato de sódio HCl: Ácido clorídrico HE: Hematoxilina-eosina HPV: Human papillomavirus (papilomavírus humano) INCA: Instituto Nacional do Câncer MCL: Magnetic cationic liposomes (lipossomos catiônicos magnéticos) MEM: Meio essencial mínimo MET: Microscopia eletrônica de transmissão mL: Mililitro mm3: Milímetro cúbico mS: Milissegundo MTT: 3[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5difeniltetrazolium bromídeo mV: Milivolt nm: Nanômetro PBS: Phosphate buffered saline (tampão salino de fosfato) PCNA: Proliferating cell nuclear antigen (antígeno nuclear de proliferação celular) PdI: Polydispersity index (índice de polidispersão) pH: Potencial de hidrogênio rpm: Rotações por minuto s: Segundo SFB: Soro fetal bovino U: Unidades UM-SCC14A: Linhagem celular de câncer de assoalho de boca (carcinoma escamoso oral) UV: Ultravioleta V: Volt γ-Fe2O3: Maguemita µcm: Microcentímetro µg: Micrograma µL: Microlitro ºC: Grau Celsius SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 20 1.1 Câncer oral ................................................................................................................. 20 1.2 Experimentação in vitro ligada ao estudo do câncer oral .......................................... 21 1.3 Modelo animal para tratamento de câncer oral .......................................................... 23 1.4 Nanobiotecnologia e tratamento do câncer ................................................................ 24 1.5 Tratamento do câncer envolvendo hipertermia mediada por nanopartículas magnéticas ........................................................................................................................ 26 2. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 28 3. MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................. 29 3.1 Caracterização das nanopartículas magnéticas de ferro ............................................. 29 3.2 Linhagem celular de câncer UM-SCC14A ................................................................ 30 3.3 Incubação das nanopartículas na linhagem celular de câncer UM-SCC14A ............. 31 3.4 Métodos de avaliação da internalização e citotoxicidade das nanopartículas magnéticas de ferro in vitro ............................................................................................. 32 3.4.1 Análise da morfologia da linhagem celular UM-SCC14A pós-incubação com o FFM ............................................................................................................................. 32 3.4.2 Análise da ultraestrutura da linhagem UM-SCC14A e verificação da internalização das nanopartículas por microscopia eletrônica de transmissão ........... 33 3.4.3 Ensaio de apoptose ............................................................................................. 34 3.4.4 Ensaio MTT ....................................................................................................... 34 3.5 Experimentação in vivo ................................................................................................ 35 3.5.1 Animais .............................................................................................................. 35 3.5.2 Delineamento experimental e tratamento in vivo combinando nanopartículas à hipertermia .................................................................................................................. 36 3.5.3 Processamento histológico ................................................................................. 38 3.5.4 Avaliação dos cortes pela coloração Hematoxilina-eosina e por sua combinação ao Azul da Prússia ....................................................................................................... 38 3.5.5 Análise morfométrica populacional ................................................................... 39 3.5.6 Imunocitoquímica para avaliação da proliferação celular (PCNA) ................... 39 3.5.7 Imunocitoquímica para avaliação da apoptose induzida pelo tratamento (caspase- 3 ativada) ..................................................................................................................... 40 3.6 Análise da série branca sanguínea ............................................................................. 41 3.6.1 Avaliação da contagem global de leucócitos ..................................................... 41 3.6.2 Avaliação da contagem diferencial de leucócitos .............................................. 41 3.7 Análises estatísticas ................................................................................................... 42 4. RESULTADOS ................................................................................................................. 42 4.1 Caracterização das nanopartículas magnéticas de ferro in vitro ................................ 42 4.2 Métodos de avaliação da internalização e citotoxicidade das nanopartículas ........... 44 4.2.1 Análise da morfologia da linhagem celular UM-SCC14A pós-incubação com o FFM ............................................................................................................................. 44 4.2.2 Análise da ultraestrutura da linhagem UM-SCC14A e verificação da internalização das nanopartículas por microscopia eletrônica de transmissão ........... 46 4.2.3 Ensaio de apoptose ............................................................................................. 49 4.2.4 Ensaio MTT ........................................................................................................ 51 4.3 Experimentação in vivo ................................................................................................ 52 4.3.1 Avaliação biométrica .......................................................................................... 52 4.3.2 Avaliação dos cortes de tecido oral pela coloração Hematoxilina-eosina ......... 53 4.3.3 Avaliação dos demais tecidos pela coloração Hematoxilina-eosina e por sua combinação ao Azul da Prússia ................................................................................... 57 4.3.4 Análise morfométrica populacional ................................................................... 63 4.3.5 Imunocitoquímica para avaliação da proliferação celular (PCNA) ................... 65 4.3.6 Imunocitoquímica para avaliação da apoptose induzida pelo tratamento (caspase- 3 ativada) ..................................................................................................................... 68 4.4 Análise da série branca sanguínea ............................................................................. 70 4.4.1 Avaliação da contagem global de leucócitos ..................................................... 70 4.4.2 Avaliação da contagem diferencial de leucócitos .............................................. 71 5. DISCUSSÃO ...................................................................................................................... 75 6. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 87 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 89 ANEXO: Certificado da Comissão de Ética no Uso de Animais ......................................... 112 20 1. INTRODUÇÃO 1.1 Câncer oral Os carcinomas de cabeça e pescoço correspondem, mundialmente, a 10% dos tumores malignos, ocupando o sexto lugar entre os mais prevalentes (TOLEDO et al., 2010). Cerca de 40% destes cânceres ocorrem na cavidade oral, sendo que 90% destes últimos são epidermóides (também denominados escamosos) (MARCU; YEOH, 2009; GRIMM et al., 2012) e a porcentagem restante refere-se a sarcomas, melanomas e tumores malignos de glândulas salivares (VASCONCELOS, 2006). Apresenta uma distribuição variável nas diferentes regiões do mundo (GUERRA; MOURA-GALLO; MENDONÇA, 2005; KANETO, 2007), sendo mais recorrente em países desenvolvidos (MARUR; FORASTIERE, 2008; RUBACK et al., 2012). No Brasil, em estudos conduzidos a fim de investigar a ocorrência de câncer de boca na população, verificou-se que a maior taxa de incidência encontrava-se no estado de São Paulo (WUNSCH FILHO, 2002; ALVARENGA et al., 2008). Para o ano de 2012, foram estimados dez mil novos casos deste tipo tumoral em homens e aproximadamente quatro mil novas ocorrências para mulheres (INCA, 2012 a). A maioria das pessoas acometidas pelo câncer oral tem idade superior a 45 anos, porém, ao longo da última década, houve um aumento significativo deste câncer entre indivíduos mais jovens, que está diretamente relacionado à crescente realidade de fumantes e alcoólatras numa faixa etária precoce (GILLISON et al., 2008; HENNESSEY; WESTRA; CALIFANO, 2009). Dessa forma, os dois principais fatores de risco relacionados ao carcinoma oral são o tabagismo e o consumo excessivo de bebidas alcoólicas (BROTHWELL; ARMSTRONG, 2004; CHIN et al., 2004; WARNAKULASURIYA; SUTHERLAND; SCULLY, 2005; BUNNELL et al., 2010), existindo um efeito sinérgico entre esses fatores etiológicos e uma relação diretamente proporcional da quantidade e tempo de exposição com o grau patológico (KERR; CRUZ, 2002; FIOCRUZ, 2011; IBCC, 2012). Entretanto, outros fatores também têm sido associados ao desenvolvimento do câncer oral, incluindo agentes biológicos, como o papilomavírus humano (HPV), fator que vem aumentando sua significância exponencialmente (VIDAL et al., 2006; THOMISON; THOMAS; SHROYER, 2008; CHUANG et al., 2012; INCA, 2012 b), além da higiene oral precária, dieta pobre em vegetais e frutas, história pregressa de neoplasia do trato digestivo e exposição excessiva à luz ultravioleta (PAVIA et al., 2006; MARTINS et al., 2008; PETERS et al., 2008; REZENDE et al., 2008; PRADO; PASSARELLI, 2009). 21 A maioria dos casos é diagnosticada em estágios clínicos avançados, quando o prognóstico é ruim e, consequentemente, a terapia é mais complexa e as possibilidades de cura são reduzidas (MACPHERSON et al., 2003; LEÃO et al., 2005; ZYGOGIANNI et al., 2011), sendo que o carcinoma oral possui uma das mais baixas taxas de sobrevida em cinco anos dentre os principais tipos de câncer, incluindo pele, mama, próstata e colo de útero (RAJENDRAN; SIVAPATHASUNDHARAM, 2006; BYAKODI et al., 2012). O diagnóstico precoce é crucial para a melhoria das taxas de sobrevida, possibilitando uma abordagem terapêutica conservadora, de recuperação mais rápida e prognóstico favorável. No entanto, esse caráter preventivo não é verificado na grande maioria dos casos (KUJAN et al., 2006; MAURICIO et al., 2009; DEVADIGA; PRASAD, 2010; SOUZA et al., 2012). Portanto, o tratamento do câncer oral envolve a utilização de recursos terapêuticos complexos e de alto custo, com resultados estéticos pouco satisfatórios que implicam, consequentemente, no comprometimento social do paciente. Esse fato é devido às ressecções cirúrgicas combinadas aos tratamentos radioterápicos e quimioterápicos que originam mutilações na região de cabeça e pescoço (CANTO; HOROWITZ; CHILD, 2002; ARGIRIS et al., 2008; GANLY et al., 2012). Sendo assim, outras terapias são almejadas a fim de reverter o quadro insatisfatório de qualidade de vida, amenizando os efeitos colaterais e aperfeiçoando as técnicas já existentes (FALCÃO et al., 2010). 1.2 Experimentação in vitro ligada ao estudo do câncer oral De acordo com o exposto acima, estudos que visem averiguar o padrão envolvido na carcinogênese deste tipo tumoral por meio de avaliações in vitro e in vivo são importantes para o desenvolvimento de estratégias eficientes de combate a esta doença. Devido à grande quantidade de estudos toxicológicos que a situação atual exige, o novo quadro legal apóia o desenvolvimento de métodos alternativos à experimentação animal, segundo a filosofia dos 3 R’s (reduzir, reutilizar e reciclar). Esta circunstância representa uma oportunidade excepcional para a melhoria e a concepção de novas estratégias metodológicas para a avaliação toxicológica de nanocompostos, livres das variações sistêmicas que ocorrem dentro do organismo durante a homeostase normal, com destaque para estudos envolvendo o câncer (HENGSTELER et al., 2006; REINA, 2006). Neste contexto, as culturas de células revelam-se um interessante campo, considerando o amplo espectro de metodologias disponíveis para avaliação toxicológica. Supondo que os efeitos tóxicos vistos em um organismo inteiro sejam devidos a falhas prévias das funções celulares básicas (EISENBRAND et al., 2002), estudos da citotoxicidade oferecem um bom 22 consenso entre o uso de métodos alternativos e a elucidação de mecanismos de ação tóxica, mesmo que estas abordagens sejam reducionistas da toxicidade aguda in vivo (FREIRE et al. 2009). Dessa forma, as células de carcinoma escamoso oral, UM-SCC14A, que embora sejam um clássico exemplo de linhagem celular imortalizada decorrente de atividade alterada da telomerase, sendo utilizada em diferentes tipos de experimentos que investigam a biologia do câncer oral (LOTEMPIO et al., 2005; CALMON et al., 2009; COHEN et al., 2009; SUBRAMANYA et al., 2010), nunca foi avaliada na presença de nanopartículas semelhantes às sintetizadas e analisadas pelo presente estudo. Tais células crescem e se dividem de modo indefinido in vitro enquanto as condições ideais de manutenção são sustentadas. Além disso, tratam-se de células aderentes que perderam o caráter de inibição por contato, tendo a capacidade característica de desenvolvimento de células oncogênicas, acumulando-se em densidades superiores à da monocamada normal (CREE, 2011). Portanto, essas características das linhagens celulares que mimetizam fielmente um ambiente comprometido por processo carcinogênico e que remetem às suas células tumorais de origem são as melhores opções para estudos iniciais (LANGDON, 2003) como, por exemplo, os que visem à verificação de caráter citotóxico de nanocompostos. Assim, as células que hoje são estudadas in vitro, servem de parâmetro e comparação ao tecido do qual foram retiradas, facilitando a visualização da resposta aos tratamentos aos quais são submetidas e tornando-se de grande valia já que esses testes são mais simples, rápidos, rentáveis e não levantam problemas éticos quando comparados a estudos in vivo (MAHMOUDI et al., 2010 a; 2010 b). Não obstante, é de nítida imperatividade e não pode ser descartada a enorme importância da experimentação de novas abordagens terapêuticas em modelos animais por meio de testes prévios aos testes pré-clínicos e clínicos em humanos (HOGENESCH; NIKITIN, 2012). A fim de obter resultados confiáveis sobre a citotoxicidade das nanopartículas magnéticas de ferro revestidas por polifosfato de sódio, estudos sobre seus efeitos devem ser realizados em diferentes modelos experimentais, tanto in vitro quanto in vivo. 23 1.3 Modelo animal para tratamento de câncer oral Não existe uma única linhagem de células ou modelo in vivo de câncer que fielmente prediz a eficácia de fármacos anticancerígenos em ensaios clínicos humanos. Abordagens de cultura de células oferecem a vantagem de que as linhagens podem ser derivadas de origem humana ou fragmentos de tecido de tumores primários, mas não é capaz de imitar a complexidade da interação mútua entre o crescimento do tumor e o microambiente co- evoluindo (BARABASI; GULBAHCE; LOSCALZO, 2011). Já um modelo animal experimental ideal de câncer humano apresenta mecanismos moleculares comuns ao tipo tumoral humano, tem patologia semelhante à neoplasia de interesse e mostra a progressão cancerosa, incluindo suas alterações metastáticas e respostas terapêuticas e imunes que se assemelham às dos pacientes (FRESE; TUVESON, 2007). Sendo assim, como alternativa às limitações significativas do estudo do câncer por meio de xenoenxertos, estão as linhagens de hamsters nas quais os cânceres são desenvolvidos espontaneamente (HARDISTY, 1985) ou por meio de indução, que pode ser decorrente de agentes químicos (BALMAIN; PRAGNELL, 1983), radiação (VAN KRANEN, 1995), vírus patogênicos (CARDIFF; KENNEY, 2007), outros microorganismos (ENNO et al., 1995) ou abordagens envolvendo manipulações genéticas (JONKERS; BERNS, 2002). Um dos exemplos clássicos de carcinogênese química é a indução de tumores orais em hamsters sírios (Mesocriterus auratus) por um protocolo de tratamento com aplicação tópica de 7,12-dimetilbenz[a]antraceno (DMBA) (HSUE; CHEN; LIN, 2008; CHEON; ORSULIC, 2011). Neste caso, os tumores originados na mucosa progridem para carcinomas in situ de células escamosas (WANG et al., 2008). Apesar de variações anatômicas e histológicas entre a mucosa da cavidade oral dos hamsters e o tecido bucal humano, os protocolos de carcinogênese experimental para induzir as mudanças pré-malignas e carcinomas assemelham-se aos que ocorrem durante o desenvolvimento análogo na mucosa oral humana (CHEN; HSUE; LIN, 2005). Então, espera-se que os dados de indução de câncer e de tratamento do mesmo possam simular o regime experimental em humanos, traduzindo um imenso potencial para avanços futuros na medicina. Portanto, se o modelo animal for bem sucedido quando estabelecido, pode demonstrar como o organismo reagiria a diferentes estímulos positivos ou negativos, o que seria impossível de se visualizar em pacientes antes de testes pré-clínicos e clínicos (FRESE; TUVESON, 2007). Uma abordagem de experimentação envolvendo cultivo celular de uma variedade de linhagens de células humanas combinada a testes in vivo em um modelo experimental que se 24 aproxime do tumor humano alvo apresenta uma maior chance de sucesso em prever a eficácia de novos tratamentos de câncer em humanos (TALMADGE et al., 2007; BONO, ASHWORTH, 2010). Portanto, a junção do estudo in vitro a este modelo de hamster sírio demonstra-se particularmente interessante para realização de testes envolvendo indução de câncer oral e verificação da resposta a diferentes tratamentos, já que este modelo animal apresenta características fenotípicas desejadas para a pesquisa em questão. 1.4 Nanobiotecnologia e tratamento do câncer O conceito de medicina personalizada tem sido defendida como a próxima fronteira em desenvolvimento de tratamento de tumores sólidos (MAITLAND; SCHILSKY, 2011). Tradicionalmente, o tratamento de tumores orais tem-se baseado na combinação de redução cirúrgica e radioterapia ou quimioterapia citotóxicas para melhorar os resultados em pacientes com malignidades na região bucal. Ao contrário de muitas outras subespecialidades oncológicas, no entanto, as taxas de recidiva e sobrevida global melhoraram apenas modestamente ao longo das últimas décadas, apesar da contínua procura por novos regimes terapêuticos (CROZIER; SUMER, 2010; RUBACK et al., 2012). Dessa forma, espera-se que a identificação e utilização de agentes direcionadores levem a um tratamento individualizado que, por sua vez, conduzirá a resultados significativamente melhores, manifestados por mais curas e melhor qualidade de vida por meio de amenização da toxicidade (ROBERTS et al., 2011). Com este intuito, a aplicação da nanotecnologia na área biológica, também denominada nanobiotecnologia, tem-se mostrado bastante promissora (JAIN, 2012) e vem contribuindo para a superação das limitações no tratamento de diferentes doenças, principalmente do câncer (PANKHURST et al., 2003). No que concerne ao tratamento do câncer, alguns problemas como o fato de muitos fármacos serem lipossolúveis e apresentarem baixa biodisponibilidade podem ser resolvidos com o uso de carreadores nanoestruturados (WANG; CHUI; HO, 2011; YANG et al., 2012). Nanopartículas magnéticas recobertas com monooleato de glicerol, por exemplo, ao serem associadas ao paclitaxel, aumentaram a meia vida do fármaco de cinco horas para mais de 15 horas (SINGH et al., 2011). Aumentando a biodisponibilidade do fármaco e o acúmulo no tumor, a nanotecnologia se destaca por propiciar um aumento na eficácia terapêutica e uma redução da toxicidade da terapia em tecidos saudáveis (WERNER et al., 2012). Existem vários tipos de nanocarreadores que podem ser utilizados para se alcançar esses objetivos, tais como os lipossomos (CARNEIRO et al., 2011; SERWER et al., 2011), dendrímeros (WARD et al., 25 2011), nanotubos de carbono (JI et al., 2012) e nanocompostos metálicos, como as nanopartículas magnéticas (JAIN et al., 2012). Características interessantes podem ser encontradas nas nanopartículas de ferro. Além de serem importantes agentes de contraste na ressonância magnética, podem se apresentar como agentes de imagem multifatoriais ou responsáveis por terapia combinada a diagnóstico (CHUNFU et al., 2004; LACAVA; MORAIS, 2004; HEATH; DAVIS, 2008). Estes nanocompostos magnéticos podem ser constituídos de diferentes ferritas, como as de ferro, manganês, zinco e cobalto, sendo as mais comuns as de óxido de ferro magnetita (Fe3O4) e maguemita (γ-Fe2O3). Devido ao tamanho em escala nanométrica, as nanopartículas de ferro exibem propriedades magnéticas diferentes dos materiais em escala micro ou macroscópicas (PISON et al., 2006). Em tamanhos variando entre 10 e 20nm, cada nanopartícula se torna um domínio único carregado eletricamente que apresenta características superparamagnéticas, comportando-se como um átomo gigante paramagnético que responde rapidamente a um campo magnético, mas com coercividade e magnetismo residual quase nulos (MOGHIMI; HUNTER, MURRAY, 2005). As nanopartículas de ferro utilizadas na nanobiotecnologia e nanomedicina recebem uma cobertura biocompatível que tem o objetivo de estabilizá-las, propiciando uma funcionalização dependendo da aplicação desejada que proteja contra a degradação em um ambiente fisiológico (GUPTA; GUPTA, 2005; LU; SALABAS; SCHUTH, 2007). Várias moléculas têm proporcionado essas características, como o ácido dimercapto-succínico (DMSA) (VALOIS et al., 2010) e diferentes polímeros (ARSALANI et al., 2012; AZBARZADETH et al., 2012) que permitem ainda a ligação química de moléculas direcionadoras como, por exemplo, anticorpos monoclonais (ACHARYA; DILNAWAZ; SAHOO, 2009). Nanopartículas de magnetita recobertas com dextran (LACAVA, 2004) ou ácido poliaspártico (SADEGHIANI, 2004) e maguemitas revestidas por polifosfato (PORTILHO- CORRÊA, 2007) ou citrato (BRUGIN, 2007) mostraram resultados promissores quanto ao seu potencial biomédico. No entanto, nem sempre os revestimentos apresentam uma resposta favorável, como no caso das nanopartículas magnéticas iônicas de ferrita de manganês recobertas com citrato (LACAVA et al., 1999 a) e com tartarato (LACAVA et al., 1999 b), que injetadas intraperitonealmente em camundongos, provocaram alta toxicidade e mutagenicidade, não sendo consideradas biocompatíveis. 26 No entanto, uma vez biocompatíveis, as nanopartículas magnéticas demonstram um vasto campo de aplicação biomédica e vem sendo amplamente utilizadas no tratamento do câncer, como carreadores de quimioterápicos (TEDESCO, 2006; CARNEIRO et al., 2011; ESTEVANATO et al., 2011) e em terapia fotodinâmica (PRIMO et al., 2008). Além disso, devido ao núcleo de ferro, as nanopartículas magnéticas são adequadas para o tratamento por magneto-hipertermia (GUEDES et al., 2004; BALIVADA et al., 2010; PORTILHO et al., 2010). Diante do exposto, pode-se perceber que o direcionamento de agentes terapêuticos é viável, mesmo que de forma passiva, já que as nanopartículas podem se acumular normalmente no tumor devido à maior permeabilidade e retenção, características do tecido canceroso (BRIGGER; DUBERNET; COUVREUR, 2002). Isso ocorre porque o rápido crescimento do câncer requer grandes quantidades de nutrientes que não é suportado pelos vasos sanguíneos adjacentes, fazendo com que a formação de novos vasos seja induzida. Do mesmo modo, devido à ausência de vasos linfáticos, a saída de moléculas do tumor é diminuída, fazendo com que as nanopartículas permaneçam por mais tempo no local (PARVEEN; SAHOO, 2006; SAHOO; PARVEEN; PANDA, 2007). Pelas razões descritas acima, o tratamento do câncer por meio de nanopartículas magnéticas é uma alternativa que se torna cada vez mais possível, especialmente quando combinada à hipertermia. 1.5 Tratamento do câncer envolvendo hipertermia mediada por nanopartículas magnéticas Para a maioria dos pacientes, a cirurgia ainda é a metodologia mais recomendada como tratamento para diversos tipos de câncer (PURUSHOTHAM; LEWISON; SULLIVAN, 2012; WEI; HARARI, 2012), porém, a fim de aumentar a eficiência dos procedimentos cirúrgicos, utilizam-se atualmente terapias adjuvantes como a radioterapia (DELANEY et al., 2005) e a quimioterapia (BASKAR et al., 2012). No delineamento do tratamento para o câncer oral não é diferente; no entanto, o tipo de abordagem terapêutica depende, em sua grande maioria, do estadiamento da doença, tamanho do tumor e fatores pessoais, como idade e comprometimento social decorrente de mutilações na área da cabeça e pescoço do indivíduo (INCA, 2012 b). Contudo, a eficiência destas metodologias terapêuticas não depende apenas dos agentes antineoplásicos utilizados, mas também da maneira como são entregues aos tecidos e células cancerígenas alvos (ALEXIOU et al., 2000; 2003), já que ambas terapias podem danificar consideravelmente os tecidos normais (TSENG et al., 2007). O surgimento de 27 efeitos adversos, como o fato de acarretar toxicidade sistêmica que se torna mais evidente à medida que o tratamento aumenta, é a confirmação do caráter generalizado que essas terapias desempenham (NIE et al., 2007; RIBEIRO et al., 2012). Por essas razões, métodos alternativos que apresentam maior especificidade para os tecidos neoplásicos e/ou possam ser utilizados como adjuvantes às terapias convencionais têm sido, nas últimas décadas, um importante foco dos estudos científicos, como, por exemplo, o uso da hipertermia (MORNET et al., 2004). A lógica subjacente à hipertermia é o fato de que as temperaturas entre 40 e 44ºC são citotóxicas e menos toleradas pelas células tumorais do que pelas células saudáveis (JORDAN et al., 2001; RIEHEMANN et al., 2009), especialmente em ambientes com condições de hipóxia e valores de pH baixos que normalmente são encontrados nos tecidos tumorais devido à perfusão sanguínea insuficiente e pela incapacidade de expelir apropriadamente os produtos derivados do metabolismo anaeróbico (VAN DER ZEE, 2002). O aumento da temperatura ataca principalmente as células ácidas uma vez que essas apresentam membrana plasmática mais frágil que as células normais, bem como apresentam alterações de permeabilidade (GUFFY et al., 1982). Além disso, a hipertermia interfere diretamente na vida das células malignas provocando necrose por efeito físico interferindo na membrana plasmática, no núcleo e no citoesqueleto. A oxidação sistêmica interfere em várias vias de transdução de sinais aumentando a apoptose, diminuindo a proliferação celular maligna e provocando antiangiogênese. Da maior relevância é que todos esses resultados podem aparecer nos mais variados tipos de tumores, isto é, independente de sua classificação. Seus benefícios sobre as terapias clássicas são, principalmente, a acessibilidade a diferentes tipos de tumores, especificidade induzida e redução dos efeitos colaterais (MILLERON; BRATTON, 2007; CHERUKURI; GLAZER; CURLEY, 2010). A hipertermia combinada à nanotecnologia, também chamada de magneto- hipertermia, baseia-se no princípio de que uma nanopartícula magnética seja direcionada ao local de interesse e gere calor por meio de um campo magnético alternado, liberando energia térmica e eliminando, consequentemente, as células tumorais devido às elevadas temperaturas (ITO; HONDA; KOBAYASHI, 2006). Em contrapartida, o aquecimento convencional dos tecidos por microondas ou laser resulta também na destruição das células normais próximas ao tumor, sendo muitas vezes maléfico ao tratamento (FORTINA et al., 2007; JOHANNSEN et al., 2007). 28 Estudos em modelos animais com diferentes nanopartículas magnéticas já comprovaram a completa regressão de câncer de cólon usando hidroxiapatitas (HOU et al., 2009), tumores de próstata (KAWAI et al., 2006) e mama (ITO et al., 2003) com MCLs (lipossomos catiônicos magnéticos), sendo que neste último tipo tumoral também foi observada aquisição de imunidade antitumoral após exposições à hipertermia mesmo em tumores maiores que 15mm. Diversos outros estudos têm visado o uso da hipertermia associada às nanopartículas (GUEDES et al., 2004; LACAVA, 2006), mas há muito o que se explorar neste vasto e relativamente novo campo da nanobiotecnologia. Portanto, pode-se afirmar que as nanopartículas apresentam capacidade tanto de auxiliar na busca de tratamentos eficientes quanto podem causar reações adversas, dependendo da concentração e do modo que são empregadas (MAHMOUDI et al., 2009 a; 2009 b; 2011). Logo, estudos como o presente são de grande valia a fim de caracterizar os efeitos benéficos, indiferentes ou prejudiciais do uso de nanopartículas magnéticas de ferro, recobertas ou desprovidas de revestimento, in vitro e in vivo. 2. OBJETIVOS O presente trabalho teve como objetivo geral verificar a ação de nanopartículas magnéticas de ferro revestidas por polifosfato de sódio em linhagem celular de carcinoma escamoso oral (UM-SCC14A), sua capacidade de internalização celular e sua citotoxicidade. Além disso, propôs-se analisar o padrão de resposta destas nanopartículas in vivo a fim de investigar esta nova terapia alvo contra o câncer oral. Para isso, foram realizados experimentos no Laboratório de Estudos Genômicos localizado no IBILCE/UNESP - São José do Rio Preto, procurando atender os seguintes objetivos específicos:  Avaliar a eficiência de transfecção das nanopartículas magnéticas de óxido de ferro revestidas por polifosfato de sódio na linhagem celular de câncer de assoalho de boca UM-SCC14A.  Analisar a taxa de morte desencadeada pela linhagem celular quando exposta às diferentes concentrações de nanopartículas.  Aferir a viabilidade celular e o crescimento das células expostas a diferentes concentrações de nanopartículas.  Registrar as diferenças morfológicas entre as células cancerosas incubadas ou não com as diferentes concentrações de nanopartículas magnéticas. 29  Observar o efeito do fluido ferromagnético nos tumores orais dos animais inoculados com nanopartículas magnéticas de ferro e induzidos ao tratamento magneto- hipertérmico por meio de um campo magnético de frequência alternada.  Quantificar e classificar as diferenças entre os grupos tratados e não tratados com hipertermia, atestando a eficiência deste procedimento terapêutico por meio de análises histopatológicas, morfológicas e imunocitoquímicas, avaliando os resultados estatisticamente e destacando os pontos ímpares deste estudo.  Verificar a existência de comprometimento histopatológico em outros órgãos e a biodistribuição das nanopartículas nos mesmos, constatando o tempo necessário para eliminação do fluido ferromagnético pelo modelo animal. 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Caracterização das nanopartículas magnéticas de ferro A síntese e a caracterização do fluido ferromagnético (FFM) utilizado neste estudo foram realizadas no Instituto de Química da Universidade Federal de Goiás (UFG, Goiânia), sendo que as nanopartículas foram gentilmente cedidas pela Profª. Drª. Emília Celma de Oliveira Lima. O fluido utilizado foi desenvolvido à base de nanopartículas de maguemita (γ-Fe2O3), funcionalizadas com polifosfato de sódio. A concentração original da amostra de FFM empregada neste trabalho foi de 3,7x1015 partículas/mL de FFM e a concentração de ferro de 3,3mg Fe/mL, determinada por colorimetria (método da ortofenantrolina). A partir daí, a amostra foi diluída em água milliQ imediatamente antes de cada experimento até atingir as concentrações utilizadas de 0,35, 0,7 e 1,4x1015 partículas/mL de FFM. As amostras permaneceram estáveis e com o mesmo valor de pH 7,2 durante todo o período experimental, sendo armazenadas ao abrigo de luz. A caracterização física e a avaliação da ultraestrutura das amostras foram feitas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e, antes da análise, a amostra de FFM ainda sem revestimento foi diluída 1000 vezes em soro fisiológico e colocada sobre telas de microscopia eletrônica recobertas com Formvar. Após secarem por duas horas, as telas foram analisadas e fotomicrografadas em microscópio eletrônico JEOL 100CXII. Os diâmetros das partículas magnéticas foram obtidos por análise em computador, utilizando-se o programa ImagePro 4.0. A distribuição das partículas foi conseguida utilizando-se o melhor ajuste 30 lognormal. Além disso, o diâmetro modal médio de cada nanopartícula foi obtido por difração de raio-X. Após a funcionalização das nanopartículas com polifosfato, o FFM foi sonicado à temperatura ambiente por dez minutos no sonicador Ultrasonic cleaner 2840 D e foram realizadas as medições do índice de polidispersão (PdI), potencial zeta, mobilidade elétrica e condutividade por espalhamento dinâmico de luz utilizando-se o equipamento Zetasizer Nono series Z590 (Malvern). A técnica envolve direcionar um feixe de laser para uma amostra altamente diluída e contabilizar a luz espalhada em um fotomultiplicador posicionado em um determinado ângulo. Dessa forma, a intensidade de luz espalhada que atinge o detector é determinada pela interferência mútua das ondas de luz espalhadas pelas partículas individuais na suspensão. Este método também pode ser utilizado na determinação de diâmetro de partículas de 5nm a 5µm, porém para evitar imprecisões devidas ao espalhamento múltiplo e a interações que influenciam a difusão, as medidas devem ser feitas em diluições no intervalo de 10 -5 a 10-2%, como o realizado no presente estudo. 3.2 Linhagem celular de câncer UM-SCC14A Para a realização da incubação das nanopartículas magnéticas de ferro, foi cultivada a linhagem celular contínua proveniente de câncer de assoalho de boca (UM-SCC14A) em meio essencial mínimo de Eagle modificado, MEM alfa 1x (GIBCO-BRL, Life Technologies, Nova Zelândia), suplementado com 100U de penicilina por mL, 100μg de estreptomicina por mL, 1% (v/v) de aminoácidos não essenciais e 10% (v/v) de soro fetal bovino inativado (SFB) (GIBCO-BRL, Life Technologies, EUA). O cultivo foi realizado em garrafa de poliestireno de 75cm2 com dispositivo de aeração acoplado à tampa com filtro (TPP, Suíça), sendo que as células foram repicadas segundo a necessidade. Com essa finalidade, o meio de cultura da garrafa foi descartado e o tapete celular lavado com PBS (GIBCO-BRL, Life Technologies, EUA). Em seguida, foram adicionados aproximadamente 2mL de tripsina (GIBCO-BRL, Life Technologies, Canadá) e a cultura foi mantida por alguns minutos em estufa a 37ºC na presença de 5% CO2. A monocamada foi monitorada no microscópio invertido de luz para verificar o desprendimento das células. Posteriormente, a solução de tripsina foi inativada com meio de cultura e a suspensão foi homogeneizada. Parte da solução resultante foi devolvida à garrafa e o volume foi completado com meio de cultura fresco. Finalmente, a garrafa foi incubada em estufa e utilizada nos experimentos até atingir cerca de 20 passagens. 31 3.3 Incubação das nanopartículas na linhagem celular de câncer UM-SCC14A No caso dos experimentos de coloração com Azul da Prússia e no ensaio de apoptose, foi inserida nas placas de microtitulação de seis poços (TPP, Suíça) uma lamínula por poço, lavada em etanol 70% e água milliQ, seca e esterilizada em luz UV a fim de evitar qualquer tipo de contaminante que pudesse interferir nos experimentos. Nestes experimentos, a linhagem foi semeada com densidade de 5x105 células por poço. Para o experimento envolvendo a análise por microscopia eletrônica de transmissão, as células foram semeadas diretamente na placa, sem lamínulas aderidas, com a mesma densidade dos experimentos anteriores. E, por fim, para o ensaio MTT, as células foram semeadas em placas de microtitulação de 96 poços (TPP, Suíça), com densidade de 104 células por poço. Para o semeio das células, foi necessário retirar o meio de cultura da garrafa contendo a linhagem celular, com posterior lavagem utilizando-se PBS e incubação em estufa de CO2 a 37ºC por alguns minutos com tripsina, semelhante ao procedimento de repique descrito anteriormente. Após desprendimento das células da garrafa, adicionou-se meio de cultura suplementado com 10% de SFB e esta solução foi transferida para um tubo de polipropileno de 15mL. Seguiu-se a centrifugação da solução, a fim de separar o meio contendo tripsina das células, foi retirado o sobrenadante, adicionado meio de cultura fresco e feita homogeneização. Separou-se em um tubo do tipo eppendorf cerca de 50µL do conteúdo do tubo e foram acrescentados outros 50µL de Azul de Tripan (Vetec, Brasil) diluído em PBS, já que se pretendia conhecer a taxa de viabilidade dessa cultura a fim de não contabilizar para posterior transferência para a placa de microtitulação de células inviáveis ou em processo apoptótico. Posteriormente à incubação em temperatura ambiente por cerca de quatro minutos, parte do conteúdo foi transferido para a câmara de Neubauer (Boeco, Alemanha) para efetuar a contagem das células. No microscópio de luz (Leica CTR 4000), foi focalizada a área demarcada da câmara de Neubauer com a objetiva de 10x. O volume total desejado da câmara com a lamínula colocada corresponde a 0,1mm3; sendo assim, a contagem das células nas quatro áreas de um lado da câmara foi realizada e a média foi obtida. Como a suspensão foi inicialmente diluída a 1/2, o número de células contadas foi igual à média multiplicada pelo fator de diluição, no caso 2. Para se obter o número de células/mL, multiplicou-se o valor obtido por 10000 para correção, já que: 1mL = 1cm3. Desta forma: 1cm3 = 10 x 10 x 10mm = 1000mm3 32 Na câmara de Neubauer obtemos o número de células por 0,1mm 3 , então devemos multiplicar por 10, portanto 10 x 1000 = 10000. Finalmente, o volume desejado foi obtido pelo seguinte resultado: Média da câmara de Neubauer x Fator de diluição x 104 → 1 mL de solução 5x105 (ou 104, dependendo do experimento) → X mL Após transferir o volume X referido para os poços da placa de microtitulação, completou-se com meio específico MEM alfa até o volume final desejado de cada placa. A placa foi então incubada em estufa de CO2 a 37ºC, 24 horas antes da incubação. Finalizada essa etapa, quando as células atingiram cerca de 60% de confluência, foi realizada a incubação do fluido ferromagnético, adicionando-se meio de cultura com as diferentes concentrações de nanopartículas (0,35; 0,7 e 1,4x1015 partículas/mL de FFM) em cada poço da placa, também deixando poços sem nanopartículas para controle da reação e para verificar a ação das mesmas nas células. Seguiu-se incubação na estufa de CO2 a 37ºC e os testes foram realizados após 24 horas (ou, no caso do ensaio MTT, que foi realizado após 12 e 24 horas de incubação). Todos os experimentos foram realizados em triplicatas e, posteriormente, repetidos. 3.4 Métodos de avaliação da internalização e citotoxicidade das nanopartículas magnéticas de ferro in vitro 3.4.1 Análise da morfologia da linhagem celular UM-SCC14A pós-incubação com o FFM A linhagem celular foi semeada nas placas de microtitulação sobre lamínulas esterilizadas e, após a incubação das nanopartículas descrita anteriormente no item 3.3, as células foram fixadas em solução Karnovisky (partes iguais de paraformaldeído 4% e glutaraldeído 4%, Sigma, Alemanha) por cerca de uma hora. Após lavagens com água destilada, realizou-se contraste com Hematoxilina-eosina, no qual foi adicionada aos poços hematoxilina de Harris (Sigma, Alemanha) por dez minutos. Seguiu-se lavagem com água corrente e etanol 80%, sendo posteriormente retirado e adicionada eosina (Merck, Alemanha) por cerca de quatro minutos. O material foi desidratado em série crescente de etanol e as lamínulas foram removidas dos poços com auxílio de uma pinça, secas em papel-filtro à temperatura ambiente e, para a montagem da lâmina, foi utilizado meio de entellan (Merck, Alemanha). 33 Para a captura de imagens e verificação qualitativa das alterações morfológicas nas células, utilizou-se o analisador de imagens Image ProPlus Media Cybernetics acoplado ao microscópio Olympus BX60, do Centro de Microscopia “Prof. Dr. Celso Abbade Mourão”. 3.4.2 Análise da ultraestrutura da linhagem UM-SCC14A e verificação da internalização das nanopartículas por microscopia eletrônica de transmissão As células foram semeadas de acordo com o item 3.3 e tratadas com nanopartículas como descrito anteriormente, na concentração de 0,7x1015 partículas/mL. Após 24 horas, as células foram tripsinizadas, adicionou-se meio de cultura para inativar a tripsina e a solução foi repassada a um tubo de polipropileno. Este procedimento foi feito em todos os poços do mesmo grupo e o conteúdo foi transferido para o mesmo tubo. As células foram centrifugadas a 1000rpm, 4ºC por 20 minutos para a retirada do sobrenadante e foi adicionado PBS, ressuspendida a solução para lavar as células e foi feita nova centrifugação. Esta lavagem com PBS foi repetida e o conteúdo foi repassado para um tubo eppendorf. Para a fixação do material, foi utilizado o fixador paraformaldeído a 4% e glutaraldeído a 0,5% a 4ºC, seguido de uma solução 10% fixador e 90% tampão cacodilato de sódio (pH 7,4). Em seguida, as amostras foram lavadas em tampão cacodilato e a desidratação foi feita em série crescente de metanol (J. T. Baker, México). Por fim, as amostras foram pré- incluídas em mistura de partes iguais de LR gold (London Resin Co., Reading, Berkshire, Reino Unido) e metanol 100%, durante 24 horas a -20ºC. Os conteúdos dos eppendorfs foram transferidos para cápsulas, foi feita uma centrifugação de 1500rpm a 4ºC por 20 minutos e a polimerização foi realizada utilizando-se 200µL de LR gold puro por cápsula. Finalmente, foi adicionado LR gold e ativador (solução fresca 0,25%) nas cápsulas expostas à luz UV por cerca de 24 horas a -20ºC (OLIANI et al., 2001). As cápsulas foram retiradas, os blocos contendo as amostras foram trimados e deles obtidos cortes semifinos de 500nm e, posteriormente, ultrafinos de 50nm, cortados no ultramicrótomo Leica Ultracut UCT, sendo cada corte depositado em tela de cobre. Após esta etapa, as telas foram contrastadas em acetato de uranila por 20 minutos, seguindo lavagens em água destilada e, por fim, foram expostas ao citrato de chumbo por seis minutos, lavadas e secas. Finalmente, as grides foram analisadas qualitativamente quanto à morfologia da linhagem celular e presença de FFM internalizado, sendo fotodocumentadas no microscópio eletrônico de transmissão Leo-Zeiss 906 EXII, do Centro de Microscopia “Prof. Dr. Celso Abbade Mourão”, IBILCE/UNESP. 34 3.4.3 Ensaio de apoptose O Laranja de acridina é um corante metacromático seletivo para ácidos nucléicos útil para a determinação do ciclo celular. O corante pode penetrar e identificar células apoptóticas ligando-se ao DNA, enquanto as células viáveis não são permeáveis, possibilitando tal diferenciação (KASTEN, 1967). Sendo assim, o procedimento inicial de fixação das células nas lamínulas seguiu o protocolo descrito para a coloração por HE (item 3.4.1). A metodologia baseou-se em adicionar a cada poço Alumen férrico 4% (Carlo Erba, Itália) por cerca de quatro minutos e, depois de retirada a solução e as lamínulas bem lavadas com água destilada, foi empregado Laranja de acridina (Sigma, EUA) por dez minutos. O corante foi removido, as lamínulas lavadas com água destilada e colocadas para secar. A montagem da lâmina foi realizada com glicerina (Synth, Brasil) somente antes da visualização no analisador de imagens (Image ProPlus Media Cybernetis acoplado ao microscópio Olympus BX60, do Centro de Microscopia “Prof. Dr. Celso Abbade Mourão”, IBILCE/UNESP) para captura de fotomicrografias, análise da morfologia e verificação de morte celular. Após a visualização das fotomicrografias, foram contados 15 campos diferentes, sob o mesmo aumento no microscópio (400x), nos quais foram quantificadas as células nas quais havia ocorrido apoptose e as quais não foram afetadas, a fim de encontrar a taxa relativa de morte desencadeada pelas diferentes concentrações de FFM. 3.4.4 Ensaio MTT O MTT amarelo é reduzido a formazan roxo nas mitocôndrias das células e essa redução ocorre somente quando enzimas redutases mitocondriais estão ativas e, portanto, a conversão pode ser diretamente relacionada ao número de células viáveis (SLADOWSKI et al., 1993). Então, a citotoxicidade foi analisada por meio do ensaio colorimétrico MTT (3[4,5- dimetiltiazol-2-il]-2,5difeniltetrazolium bromídeo, Sigma, Brasil) após a incubação da cultura celular juntamente às nanopartículas em placas de microtitulação de 96 poços, durante 12 e 24 horas. O teste abrangeu tais períodos de tempo já que é sabido que as nanopartículas são internalizadas pelas células em até 24 horas, tornando desnecessário um acompanhamento, neste caso, durante outros períodos de tempo ou a longo prazo (CALMON et al., 2012). Também foram reservados poços para células UM-SCC14A, servindo de controle negativo em solução de meio de cultura sem FFM e células expostas a meio de cultura em conjunto 35 com dimetilsulfóxido 100% (DMSO) (Sigma, Reino Unido), para controle positivo no qual era sabido que desencadearia morte celular. Sendo assim, as células foram semeadas e foi feita a incubação das nanopartículas como descrito anteriormente no item 3.3. Nos tempos indicados de cada experimento (12 e 24 horas pós-incubação com FFM), o meio de cultura foi removido dos poços e trocado pela solução previamente preparada de MTT, em concentração de 1mg/mL em 100µL (por orifício) de meio de cultura suplementado com antibióticos, sem SFB. Posteriormente, a placa envolta em papel alumínio foi incubada em estufa de CO2 a 37°C por 30 minutos. Após a formação dos cristais de formazan, a solução MTT foi removida e foram adicionados 100µL de DMSO por orifício, sendo a placa incubada sob agitação de 60rpm, à temperatura ambiente por cinco minutos. A absorbância foi determinada pelo espectrofotômetro Spectra Max Plus 384 sob comprimento de onda de 570nm, sendo que os valores brutos obtidos de cada grupo foram comparados aos valores referentes às células não tratadas, tomadas como controle com 100% de viabilidade, e a viabilidade celular relativa (%) em relação ao controle foi então calculada. 3.5 Experimentação in vivo 3.5.1 Animais Foram utilizados trinta hamsters Sírios machos de oito semanas de vida, não isogênicos, adquiridos comercialmente (empresa Anilab Animais de Laboratório, Paulínia, Brasil). Durante a fase experimental, os animais foram mantidos em recintos com dieta balanceada e água ad libitum, além de condições fixas de temperatura e umidade, com ciclo de claro/escuro de 12 horas (KRISHNAKUMAR et al., 2009). Os hamsters foram acondicionados e tratados de acordo com o a lei 11.794/2008 que dita os parâmetros de criação e utilização de animais em atividades de ensino e pesquisa científica. No momento da coleta do material para o estudo, os animais foram anestesiados em câmara de CO2 e, por fim, eutanasiados por decapitação. Este projeto e seu delineamento experimental proposto foram avaliados e aprovados pelo Comitê de Ética no Uso de Animais do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, IBILCE-UNESP (protocolo CEUA nº 029/2010). 36 3.5.2 Delineamento experimental e tratamento in vivo combinando nanopartículas à hipertermia Após os experimentos in vitro para delineamento da concentração biocompatível de FFM a ser inoculada para tratamento in vivo de câncer oral, os trinta hamsters sírios foram divididos igualmente em cinco grupos (n=6), sendo um grupo reservado para se enquadrar como controle normal (Figura 1 A), no qual não foi induzido tumor (Grupo Normal). No restante dos animais foi feita a indução do carcinoma oral, por meio da aplicação de 7,12- dimetilbenz(a)antraceno (DMBA) (Sigma, Reino Unido), um hidrocarboneto aromático policíclico iniciador e promotor de carcinogênese e mutagênese frequentemente utilizado em experimentação animal. No presente estudo, uma solução 0,5% de DMBA em óleo mineral (Nujol, Brasil) foi aplicada na região interna da bochecha direita dos animais por meio de um pincel (Condor 441) durante 16 semanas (três vezes por semana), resultando em mudanças histológicas e finalmente no desenvolvimento de carcinoma espinocelular na cavidade oral (VENGADESAN; ARUNA; GANESAN, 1998; MANOHARAN et al., 2009; PANJAMURTHY et al., 2009). Dessa forma, um grupo foi tomado como controle com câncer (Figura 1 B), no qual foi somente administrado o carcinógeno DMBA diluído em óleo mineral (Grupo C+). Os demais grupos com tumor induzido foram tratados com nanopartículas (Figura 1 C). Estes animais foram anestesiados por meio de solução contendo 40µL de xilasina (Rompum, Bayer, Brasil) e 160µL de quetamina (Dopalen, Vetbrands, Brasil). Enquanto a anestesia surtiu efeito, o FFM foi aplicado sob a concentração de 0,7x1015 partículas/mL, sob um volume total de 40µL para tumores de 3mm. As nanopartículas foram aplicadas subcutaneamente no local do tumor por meio de uma seringa descartável de insulina Injex 1mL (agulha 0,45x13; 2G1/2; BD) e, esta aplicação foi realizada lentamente, a fim de evitar quaisquer complicações decorrentes da rápida injeção contendo a significativa concentração de FFM estranho ao organismo dos animais. 37 Figura 1. Hamsters sírios representando os grupos experimentais (A) normal, (B) com carcinoma escamoso oral in situ e (C) tratados com 0,7x1015 partículas/mL de FFM, aplicado topicamente na região interna da bochecha direita. Dentre estes três grupos de hamsters, um grupo foi tratado exclusivamente com FFM (Grupo Nanos) e outros dois grupos foram separados para combinar a terapia de nanopartículas à exposição a um campo magnético de frequência alternada (desenvolvido pelos alunos do Laboratório de Nanobiotecnologia e gentilmente cedido pela Profª. Drª. Zulmira Guerrero Marques Lacava da Universidade de Brasília) (Figura 2 A). O procedimento de exposição ao campo magnético foi realizado durante 15 minutos por três dias consecutivos, logo após a aplicação do FFM (Figura 2 B) (PORTILHO-CORRÊA, 2007). Um grupo foi eutanasiado após um dia de tratamento (Grupo N+CM1dia) e outro grupo após sete dias (Grupo N+CM7dias), a fim de verificar a resposta à terapia em diferentes períodos de acompanhamento dos animais. Figura 2. (A) Aparato do campo magnético de frequência alternada, cedido pela Profª. Drª. Zulmira Guerrero Marques Lacava. (B) Exposição tópica do hamster sírio ao campo magnético. 38 O procedimento cirúrgico e a coleta dos tecidos das bochechas (direitas – alvo do tratamento – e esquerdas), fígados, corações, pulmões, rins e baços (órgãos retirados para possibilitar a verificação de reações adversas às nanopartículas e ao tratamento) foram realizados seguindo normas gerais e básicas para dissecção de mamíferos. Os animais foram anestesiados via inalação de CO2 em câmara apropriada (modelo GCSCO2G, Beira-mar) e acomodados em decúbito dorsal sobre a placa de dissecção. Além disso, foi realizada pesagem de todos os animais e retirada de sangue para análise de seus leucogramas. Por fim, todos os tecidos de interesse foram corados com Hematoxilina-eosina e Azul da Prússia e foram realizadas imunocitoquímicas dos tecidos da cavidade oral direita para os anticorpos PCNA e caspase-3 ativada, marcadores de proliferação celular e apoptose, respectivamente. 3.5.3 Processamento histológico Os animais foram eutanasiados após os devidos tempos descritos anteriormente e as amostras de tecido normal, canceroso e tratado foram retiradas das bochechas direitas de todos os animais. Além disso, os demais órgãos de interesse do estudo também foram removidos, sendo, em seguida, o material devidamente identificado e processado. Para o processamento em parafina (Histosec, Merck, Alemanha), foi realizada a fixação em Metacarn (razão de 6 metanol: 3 clorofórmio: 1 ácido acético) por quatro horas a 4ºC, desidratação em série crescente de etanol, diafanização em xilol (Sigma, Bélgica) e, finalmente, inclusão em parafina. Dos blocos, foram obtidos cortes de 4µm em micrótomo rotativo (Leica RM2155). Os cortes foram primeiramente depositados em banho-maria (Leica HI 1210) para distendê-los e, por fim, foram arranjados em lâminas de vidro previamente silanizadas e incubados em estufa 37ºC (Odontobrás ECB 1.2) para retirada do excesso de parafina, seguindo para os devidos testes. 3.5.4 Avaliação dos cortes pela coloração Hematoxilina-eosina e por sua combinação ao Azul da Prússia Para início do protocolo de coloração, as lâminas foram desparafinizadas em xilol e hidratadas em série decrescente de etanol, chegando à água. Logo depois, foi feita coloração com Hematoxilina-eosina, primeiramente com hematoxilina, lavagem rápida em água destilada para retirar o excesso do corante, seguido de mergulho em diferenciador (partes 39 iguais de HCl 1% e etanol 70%) (Sigma, EUA; Merck, Alemanha), gotejamento de água corrente, lavagem em etanol 80%, imersão em eosina, desidratação em etanol, clarificação com xilol e montagem da lâmina com bálsamo do Canadá (Synth, Brasil). Após a montagem das lâminas, foi realizada análise histopatológica pela Drª. Jane Lopes Bonilha da Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto (FAMERP) para confirmação do diagnóstico de todos os animais. Foram analisadas variáveis quanto à presença de infiltrado mononuclear, neoangiogênese e aspecto da amostra em geral, verificando o comprometimento tecidual. Para verificação da presença de nanopartículas remanescentes nos diferentes tecidos, foi realizada, em conjunto à coloração HE, a contracoloração com Azul da Prússia (combinação previamente preparada de HCl 20% e ferrocianeto de potássio 10% em proporções iguais) (Sigma, EUA). O protocolo seguiu-se de forma similar, apenas adicionando uma etapa de 20 minutos de contracoloração logo após a hidratação dos cortes. O ferro intracelular foi marcado em azul, possibilitando atestar qualitativamente a presença do FFM nos cortes pela análise em microscópio de luz. Por fim, também foi utilizado o Sistema Analisador de Imagens, com o programa Image ProPlus Media Cybernetics, para a análise morfológica e fotodocumentação das possíveis áreas de comprometimento por metástase ou biodistribuição/acúmulo de FFM nos diferentes tecidos coletados. As figuras obtidas foram avaliadas qualitativamente quanto à presença de características morfológicas de tecidos tumorais e normais. 3.5.5 Análise morfométrica populacional A análise morfométrica foi realizada para que se determinassem as medidas de altura (m) da camada do epitélio e de queratina. Todas as medições foram feitas a partir de imagens capturadas em aumento de 100x de cortes histológicos corados por HE de seis animais por grupo, por meio do Sistema Analisador de Imagens. Isto foi realizado de maneira automatizada pelo programa Image ProPlus Media Cybernetics devidamente calibrado por régua micrométrica. Para esta análise foram utilizadas 200 medidas para cada variável de cada grupo experimental e a determinação da frequência populacional por tecido bucal foi feita a partir da transformação dos valores das medidas por grupo experimental em porcentagem. 3.5.6 Imunocitoquímica para avaliação da proliferação celular (PCNA) Foi realizada desparafinização dos cortes em xilol e hidratação em série decrescente de etanol (absoluto, 95%, 70% e 50%), seguido de lavagem em água destilada. Logo após, foi 40 feita a recuperação antigênica com tampão citrato (pH6,0) em panela (Philips Walita) a 100ºC e resfriado à temperatura ambiente e, bloqueio da peroxidase endógena, pela solução de peróxido de hidrogênio 3% (Merck, Alemanha) em metanol à temperatura ambiente em local escuro. Seguiu-se a inibição de ligações inespecíficas com background sniper em câmara escura à temperatura ambiente, sendo que entre todas as etapas desta imunocitoquímica, foram realizadas lavagens em tampão PBS. A incubação com anticorpo primário PCNA (sc56, clone PC10, IgG mouse monoclonal, Santa Cruz Biotechnology, EUA) foi feita pela diluição de 1µL de anticorpo em 100µL de BSA1%, em câmara úmida por uma hora em estufa a 37°C. Para o controle negativo da reação, o anticorpo primário foi omitido e substituído pelo soro. Posteriormente, o polímero (BioCare Medical, EUA) foi gotejado sobre o material, em câmara escura por 40 minutos à temperatura ambiente, a revelação do material foi feita com DAB cromogênico líquido (Dako, EUA) por 50 segundos e, finalmente, foi realizada a contracoloração com hematoxilina de Harris por 40 segundos. A desidratação foi feita em série crescente de etanol (95% e absolutos), seguida de lavagens em xilol e montagem da lâmina com bálsamo do Canadá. As imunocitoquímicas dos cortes foram fotodocumentadas e a análise da expressão da proteína foi realizada pela demarcação nuclear, quantificada por densitometria óptica pelo programa analisador de imagem AxioVision do Microscópio AxioSkop 2 (Zeiss), do Laboratório de Morfologia, IBILCE-UNESP. A partir das fotomicrografias das imunomarcações, foram avaliados dois campos aleatórios de cada animal, nos quais 15 valores foram obtidos a partir de pontos escolhidos aleatoriamente (unidades arbitrárias de 0 a 255). Estes valores foram expressos como média de cada grupo ± desvio padrão. 3.5.7 Imunocitoquímica para avaliação da apoptose induzida pelo tratamento (caspase-3 ativada) Foi realizada desparafinização, hidratação, recuperação antigênica e bloqueio da peroxidase endógena do material de maneira similar à descrita no item 3.5.6, sendo que o tampão, neste caso, tratou-se do TBS. Seguiu-se para a permeabilização com triton 0,2% em TBS em câmara escura à temperatura ambiente, bloqueio de proteínas inespecíficas com leite 5% em TBS e incubação com o anticorpo primário (ab13847, IgG rabbit polyclonal, ABCam, EUA) por meio da diluição de 1µL de anticorpo em 50µL de BSA1% em TBS, overnight na câmara escura na geladeira. Para o controle negativo, o anticorpo primário foi substituído pelo soro. 41 No dia seguinte, foi realizada incubação com 1µl de anticorpo secundário (sc-2018, Rabbit ABC Staining System ImmunoCruz, Santa Cruz Biotechnology, EUA) em 200µl BSA1% por 45 minutos em câmara escura na estufa 37ºC. Posteriormente, houve incubação com o complexo AB, revelação do material com DAB cromogênico líquido e a contracoloração com hematoxilina. A análise por densitometria foi realizada da mesma forma que no item 3.5.6. 3.6 Análise da série branca sanguínea 3.6.1 Avaliação da contagem global de leucócitos Para a contagem global de leucócitos, foram pipetados 20μL de sangue em tubos ependorff com 400μL de líquido diluidor no qual o material foi homogeneizado por 20 minutos. O líquido diluidor era composto de 2mL de ácido acético glacial, 1mL de azul de metileno em 100mL de água destilada. Após a homogeneização, 10μL da solução foi transferida para a câmara de Neubauer, onde se procedeu a contagem em quatro retículos laterais da câmara em microscópio de luz. Por fim, a soma dos quatro retículos foi multiplicada pelo fator de cálculo para expressar o total de células por microlitro. Os dados foram obtidos em termos de quantidade de leucócitos totais. 3.6.2 Avaliação da contagem diferencial de leucócitos A contagem diferencial ou específica é feita em esfregaço sanguíneo, com a finalidade de contar, em valores percentuais, as várias células da série branca (linfócitos, neutrófilos, eosinófilos e monócitos, principalmente) circulantes no sangue periférico (VALLE, 2001). Para a realização da análise citométrica, esfregaços sanguíneos foram obtidos a partir da coleta do sangue após a eutanásia dos grupos. Depois da secagem, as lâminas foram fixadas em metanol por cinco minutos e coradas com Wright/Giemsa. A análise foi feita em microscopia de luz (aumento de 100x) possibilitando, assim, a distinção do tipo celular sanguíneo (linfócitos, neutrófilos, eosinófilos e monócitos) e suas possíveis alterações. Foram contadas 500 células por animal e os dados foram expressos em porcentagem de cada tipo celular em relação ao total da série leucocitária. 42 3.7 Análises estatísticas A partir das imagens obtidas em microscopia de luz por meio do Sistema Digital de Análise de Imagens, foram efetuadas avaliações quantitativas dos diferentes ensaios. A análise exploratória e tratamento estatístico dos dados foram realizados em planilhas e gráficos do software GraphPad Prism versão 5.01 (Software Inc., 1992-2007). Para a comprovação da significância dos resultados, foram utilizados os testes Anova – análise de variância de fator único, por meio de combinação entre dois fatores – e, quando havia significância, eram seguidos do teste de Tukey para comparações múltiplas. O nível de significância adotado foi de 5% (p  0,05). 4. RESULTADOS 4.1 Caracterização das nanopartículas magnéticas de ferro O fluido utilizado neste trabalho, sintetizado no Instituto de Química da UFG, foi desenvolvido à base de nanopartículas de maguemita (γ-Fe2O3), sendo que a microscopia eletrônica de transmissão (MET) mostrou que as nanopartículas de óxido de ferro sem a camada de revestimento apresentam morfologia esférica, mesmo estando aglomeradas, já que se tratam de nanopartículas magnetizadas. Também se pôde atestar que se apresentam com 10nm de diâmetro nestas condições, corroborando o perfil nanoestrutural das partículas sintetizadas (Figura 3 A). Por difração de raio-X, a distribuição lognormal dos diâmetros mostrou que as nanopartículas da amostra possuem diâmetro modal de aproximadamente 8nm. Como não é possível funcionalizar com polifosfato cada maguemita individualmente, são funcionalizados agregados de nanopartículas e, a partir daí, o diâmetro hidrodinâmico, que representa o diâmetro médio dos agregados, foi obtido apresentando-se em uma distribuição gaussiana com polidispersão de tamanho (Figura 3 B), que girou em torno de 80,58nm (± 4,14). 43 Figura 3. (A) Fotomicrografia eletrônica proveniente de análise de MET, mostrando nanopartículas magnéticas de óxido de ferro da amostra de FFM sem revestimento. Escala: 100nm. (B) Histograma dos diâmetros das nanopartículas revestidas por polifosfato da amostra de FFM, obtidos por espalhamento dinâmico de luz. A polidispersão é um parâmetro calculado a partir da análise da função de autocorrelação em medições por espalhamento de luz. Nesta análise, assume-se que todas as nanopartículas possuem o mesmo tamanho e um ajuste exponencial simples é aplicado a esta função anterior. Então, o índice de polidispersão (PdI) mediu a uniformidade do tamanho das nanopartículas e mostrou o quanto seu tamanho desviou da faixa mais frequente de tamanho, verificando o grau de homo ou heterogeneidade da amostra. A maior uniformidade do fluido ferromagnético depende de um menor PdI. Dessa forma, foi obtido o valor de 0,193 (± 0,01) que se encaixa nos padrões aceitáveis de um lote homogêneo de nanopartículas. Além disso, foi obtido o potencial zeta das amostras em meio aquoso de -43,4mV (± 3,55), valor que é influenciado pelas mudanças na interface com o meio dispersante, em razão da dissociação de grupos funcionais na superfície. Tal valor foi considerado adequado para manter o sistema sem agregação e precipitação das nanoestrutras, devido à repulsão eletrostática que as nanopartículas apresentam resultante da densidade de carga de superfície. Partículas com alto potencial zeta e mesmo sinal de carga, tanto positivo quanto negativo, irão se repelir. Então, quanto maior o valor do potencial zeta em módulo, mais estável se torna a suspensão diminuindo a probabilidade de formação de agregados, que foi o caso do fluido sintetizado. Quando um campo elétrico é aplicado através de eletrodos, as partículas carregadas suspensas no eletrólito são atraídas para o eletrodo de carga oposta. A mobilidade elétrica representa, então, a habilidade de partículas carregadas de mover-se através de um meio em resposta a um campo elétrico que as está puxando. Portanto, quanto maior a capacidade de se 44 mover neste ambiente (expresso por valores próximos a zero), mais magnética a amostra. No presente estudo, foi obtido o valor de -0,4µcm/V.s (±0,05), que se adequa a uma nanopartícula de qualidade. Por fim, foram adquiridos os valores de condutividade, demonstrando que quanto maior carga de superfície, melhor condutividade e menor a resistividade. Sendo assim, o valor de condutância de 0,05mS/cm (± 0,003) reflete a presença de uma boa amostra quanto a estes parâmetros 4.2 Métodos de avaliação da internalização e citotoxicidade das nanopartículas magnéticas de ferro in vitro 4.2.1 Análise da morfologia da linhagem celular UM-SCC14A pós-incubação com o FFM Depois de verificados padrões aceitáveis para utilização destas nanopartículas, tais como tamanho, formato ultraestrutural, natureza, revestimento e carga de superfície, foi iniciada a experimentação in vitro na linhagem celular de câncer UM-SCC14A. As células foram transferidas para as placas de microtitulação e incubadas com o FFM, de acordo com o item 3.3. Posteriormente, foi realizada a coloração HE, descrita no item 3.4.1. No controle do experimento, no qual as células não foram incubadas com nanopartículas, pôde-se observar expansão da linhagem celular de acordo com os padrões de proliferação de células tumorais, fato verificado pela sua morfologia característica inalterada, pelas divisões celulares recorrentes e pelo processo apoptótico verificado principalmente em casos de elevado contato célula-célula, ocorrência bastante comum em células cancerígenas já que as mesmas não respondem aos sinais de regulação para cessar seu crescimento e divisão celular (Figura 4 A, B e C). Nas células incubadas com nanopartículas, nas diferentes concentrações (0,35; 0,7 e 1,4x1015 partículas/mL), foram notadas algumas diferenças morfológicas, principalmente nas células expostas à maior concentração de FFM (Figuras 4 J- L). Nas células incubadas com 0,35x1015 partículas/mL (Figura 4 D, E e F), a maior parte da linhagem permaneceu se dividindo e morrendo de forma semelhante ao controle, apesar da presença das nanopartículas, sendo que algumas células apresentaram alterações morfológicas e de desenvolvimento, como mitoses irregulares e atípicas (Figura 4 D). Neste caso, foi verificada a presença de células multinucleadas e bastante vacuoladas (Figura 4 D e F), que não mantêm um desenvolvimento similar às demais células desta linhagem, tornando-se maiores e apresentando um marcado caráter proliferativo diferente do demonstrado pelas 45 demais. Nas células incubadas com a concentração intermediária de nanopartículas, de 0,7x1015 partículas/mL (Figura 4 G, H e I), observou-se morfologia semelhante àquela apresentada pelas células expostas à menor concentração de FFM. Por fim, nas células incubadas com a concentração de 1,4x1015 partículas/mL, foi averiguada a presença de grandes alterações morfológicas, como vesículas hipercromáticas e membranas plasmáticas com projeções disformes, culminando na formação de corpos apoptóticos (Figura 4 J e K), além de aglomerados de células (Figura 4 L). Esse fato pode ser explicado devido à elevada quantidade de FFM a que as células foram expostas e que, consequentemente, tornaram o meio tóxico e impediram que a maior parte das nanopartículas fosse internalizada, excedendo sua capacidade de absorção e aumentando as alterações que refletem tal toxicidade. Esta análise demonstrou que o aumento da quantidade de nanopartículas disponíveis no meio de cultura foi diretamente proporcional à quantidade de alterações morfológicas observadas. 46 Figura 4. Imagens de microscopia de luz da linhagem celular de carcinoma escamoso oral UM-SCC14A, corada com HE, (A, B e C) na ausência de nanopartículas magnéticas de ferro e incubada na presença de maguemitas na concentração de (D, E e F) 0,35; (G, H e I) 0,7 e (J, K e L) 1,4x1015 partículas/mL de FFM. Escala: 10µm. Setas vermelhas: células em processo de mitose. Setas pretas: células em processo apoptótico. Setas verdes: vesículas hipercromáticas e alterações do contorno celular. 4.2.2 Verificação de alterações ultraestruturais na linhagem UM-SCC14A e análise da internalização das nanopartículas por microscopia eletrônica de transmissão As células UM-SCC14A variaram ligeiramente suas formas, volumes e quantidades de nucléolos (Figura 5 A e D), quando incubadas ou não com FFM na concentração de 0,7x1015 partículas/mL. Uma feição proeminente, observada em muitas células, foram projeções digitiformes da membrana plasmática, como microvilos (Figura 5 B e E). Como a atividade mitótica da linhagem era alta, foi possível identificar células que mostraram no citoplasma extenso complemento de organelas citoplasmáticas, principalmente 47 mitocôndrias e vacúolos. Aliada a essa abundância de organelas, a natureza neoplásica destas células também foi atestada pela grande quantidade de núcleos e de nucléolos. Várias células apresentaram grandes vacúolos digestivos eletrolucentes, de variados tamanhos no citoplasma, redondos ou ovalados. Alguns pareciam cisternas dilatadas do retículo endoplasmático liso (Figura 5 F) na forma de canais tortuosos e de diâmetro irregular. Além disso, o complexo de Golgi (Figura 5 C) foi repetidamente observado, bem como o elevado contato célula-célula, característico do crescimento e alta proliferação da UM- SCC14A. A abundância de citoplasma encontrada em todas as células, riqueza de mitocôndrias e microvilos na superfície dão idéia da intensa atividade metabólica destas células cancerosas e permitem supor que haveria internalização eficiente das nanopartículas magnéticas de óxido de ferro revestidas por polifosfato neste tipo celular (Figura 5 D, E e F), já que poderiam endocitar ou fagocitar diferentes compostos biocompatíveis que estivessem disponíveis no meio de cultura. Dessa forma, foi inferida a presença destas nanopartículas no interior celular em vesículas, provavelmente endocíticas ou mesmo fagolisossomos, as quais possibilitaram a entrada do FFM e que o encaminhava para sua degradação. Tais vesículas eram ora eletrolúcidas (vacúolos autofágicos) ora eletrodensas (endossomos). Isso confirmou que as céluas UM-SCC14A são capazes de internalizar este FFM e que o procedimento foi bem sucedido, não demonstrando diferenças ultraestruturais extremas entre as células incubadas com as nanopartículas quando comparadas ao controle. http://anatpat.unicamp.br/nptglioblastoma8f.html#re 48 Figura 5. Microscopia eletrônica de transmissão da linhagem celular UM-SCC14A, das células controle (A, B e C) na ausência de nanopartículas magnéticas de ferro e quando incubadas na presença de (D, E e F) 0,7x1015 partículas/mL de FFM, sob aumento variando de 6000 a 27800x. Escala: 500nm. Setas pretas: indicam nanopartículas internalizadas em vesículas eletrolúcidas ou eletrodensas no citoplasma. Setas vermelhas: projeções da membrana plasmática. CG: complexo de Golgi. End: endossomo eletrodenso. Mi: mitocôndria. N: núcleo. Nu: nucléolo. V: vacúolo autofágico eletrolúcido. 49 4.2.3 Ensaio de apoptose Depois da transferência das células para as placas de microtitulação e realização da metodologia dos itens 3.3 e 3.4.3, a linhagem foi avaliada quanto ao seu perfil de morte celular quando incubadas com diferentes concentrações de nanopatículas, a fim de distinguir se houve diminuição da atividade metabólica ou no número de células. Por meio desta técnica, foi possível verificar que as células apoptóticas concentram o corante Laranja de acridina e, dessa forma, possibilitam a confirmação dos locais onde ocorreu processo apoptótico. Apesar de não terem sido administradas nanopartículas magnéticas de ferro às células referentes ao controle, também foi observada apoptose neste caso, já que se trata de um processo fisiológico (Figura 6 A, B e C). Além de evidenciarem células em crescimento semelhante ao controle, a linhagem incubada com diferentes concentrações de FFM demonstrou mudanças morfológicas como presença de célul