Estratégias de bioengenharia e Novas Abordagens Metodológicas (NAMs) aplicadas à avaliação do potencial de sensibilização pulmonar de toxicantes inalados

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dc.contributor.advisor1Valadares, Marize Campos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6157755243167018pt_BR
dc.contributor.referee1Valadares, Marize Campos
dc.contributor.referee2Cunha, Luiz Carlos da
dc.contributor.referee3Fonseca, Simone Gonçalves da
dc.contributor.referee4Leite, Jacqueline Alves
dc.contributor.referee5Bakuzis, Andris Figueiroa
dc.creatorSilva, Artur Christian Garcia da
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0149412510195356pt_BR
dc.date.accessioned2022-12-15T15:18:35Z
dc.date.available2022-12-15T15:18:35Z
dc.date.issued2022-11-10
dc.description.abstractIntroduction: Respiratory sensitization encompasses a group of inflammatory diseases that manifest through airway hyperresponsiveness and airflow limitation. Although the chemical respiratory allergy (CRA) induced by Low Molecular Weight (LMW) sensitizers is a major concern, especially in terms of the regulatory framework, to date there are no methods available for preclinically addressing this toxicological outcome, as its mechanistic background is not fully understood at molecular or cellular levels. Objectives: The objective of this work is to apply several in vitro and in chemico approaches in order to address physiologically relevant aspects of human response to LMW respiratory allergens, aiming to contribute to the elucidation of this toxicant class mode of action and further evaluation regarding the preclinical stage. Methodology: First, we evaluated the interaction between LMW sensitizers and lung mucus by employing the mucin spectroscopic profile assessment in the presence and absence of seven chemical respiratory allergens. Then, we performed the evaluation of inflammatory and functional parameters in different respiratory tract cell types, including bronchial epithelial (BEAS-2B), lung fibroblasts (MRC-5), endothelial (EA.hy926) and monocytic cells (THP-1), after exposure to sub-cytotoxic concentrations of each sensitizer. Following the monolayer cell-based studies, we integrated the four mentioned cell tupes in a 3D bronchial co-culture model and exposed it to maleic anhydride aerosols in an air-liquid interface (ALI) for further evaluating inflammatory and functional tissue parameters. Finally, we also proposed the development of a bronchial epithelial model using the porcine descellularized bronchial wall as a bioscaffold, for which we evaluated different obtention methods, as well as the cell behavior when cultivated upon the obtained matrix. Results/Discussion: The results showed that some of the sensitizers evaluated interact with mucin, the main protein mucus component, but the toxicant-mucin complex formation does not seem to be a common feature of different chemical classes of allergens. At a cellular level, sensitizers promoted an increase in IL-8, IL-6, and IL-1β production in terms of the different evaluated cell types. It also impaired the MUC1 expression by bronchial cells BEAS-2B and activated endothelial cells (EA.hy926), thereby increasing the ICAM-1 surface detection. It has been also demonstrated an increased expression of dendritic cell activation/maturation surface biomarkers (CD86, HLA-DR and CD11b) in THP-1 monocytic cells after exposure to chemical allergens. In parallel, the 3D bronchial co-culture model was successfully reconstructed using by cultivating the four aforementioned cell types at an ALI, and maleic anhydride aerosols exposure increased the inflammatory biomarkers production, as well as the apoptosis in epithelial layer and THP-1 dendritic cell activation. Besides, the decellularized porcine bronchial matrix allowed the cultivation of Calu-3 cells, which regularly expressed the airway epithelium biomarkers after 7 and 14 days of cultivation in ALI. Conclusion: Taken together, our results showed that these aforementioned cell types participate in the CRA Adverse Outcome Pathway and must be considered when developing testing strategies. The integration of different cell types in an unique co-culture model allowed the obtention of a global toxicant response, enabling the aerosol exposure, which emulates more realistically the airway contact with external aggressors. Finally, the 3D bronchial bioscaffold yielded the obtention of an epithelial model that morphologically and phenotypically resembles human airway epithelium, being a useful alternative for addressing lung response to inhaled toxicants. Thus, the work subsidizes the employment of inflammatory and functional biomarkers, as well as of bioengineering-derived in vitro models for addressing the respiratory sensitization potential of LMW allergens at a preclinical stage.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2022-12-13T22:55:49Z No. of bitstreams: 2 Tese - Artur Christian Garcia da Silva - 2022.pdf: 3570085 bytes, checksum: 9eea7e6169403e1242c3ade4818fad32 (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
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dc.description.resumoIntrodução: A sensibilização respiratória abrange um conjunto de doenças inflamatórias que se manifestam por meio de hiperresponsividade e limitações do fluxo de ar nas vias aéreas inferiores. Apesar da alergia química respiratória (CRA) induzida por sensibilizantes de baixo peso molecular (LMW) ser uma grande preocupação do ponto de vista de classificação e rotulagem de produtos químicos, até o momento não existem métodos disponíveis para avaliação pré-clínica desse desfecho toxicológico, uma vez que os mecanismos de toxicidade destes não estão totalmente compreendidos em níveis celular e molecular. Objetivos: Aplicar diferentes abordagens in vitro e in chemico para determinar aspectos fisiologicamente relevantes da resposta humana à exposição a alérgenos respiratórios de baixo peso molecular, visando contribuir para a elucidação do modo de ação dessa classe de toxicantes e posterior avaliação considerando o contexto pré-clínico. Metodologia: Primeiramente, foi verificado o potencial de interação de sete sensibilizantes respiratórios por meio da avaliação do perfil espectroscópico da proteína mucina na presença e ausência das substâncias avaliadas. Foram também conduzidas avaliações de parâmetros inflamatórios e funcionais de diferentes tipos celulares do trato respiratório, os quais incluíram células epiteliais brônquicas (BEAS-2B), fibroblastos pulmonares (MRC-5), células endoteliais (EA.hy926) e monocíticas (THP-1), após exposição a concentrações sub-citotóxicas de cada sensibilizante. Posteriormente, as linhagens supracitadas foram reunidas para a construção de um modelo 3D bronquial de co-cultura e expostas a aerossóis do sensibilizante anidrido maleico em interface ar-líquido (ALI), para posterior avaliação conjunta de parâmetros inflamatórios e funcionais do tecido. Por fim, foi proposta a construção de um modelo epitelial brônquico utilizando como scaffold a parede brônquica suína descelularizada, para o qual foram estudadas diferentes técnicas de obtenção da matriz, bem como o comportamento das células epiteliais na mesma. Resultados/Discussão: Os resultados demonstraram que apesar de alguns sensibilizantes interagirem com a mucina, a formação do complexo toxicante-mucina não demonstrou ser uma característica comum às diferentes classes químicas de alérgenos. Em nível celular, os sensibilizantes químicos promoveram um aumento significativo na produção de IL-8, IL-6 e IL-1β considerando os diferentes tipos celulares avaliados. Os compostos também reduziram a expressão de MUC1 pelas células epiteliais brônquicas BEAS-2B e promoveram ativação das células endoteliais EA.hy926, demonstrado por meio do aumento na detecção de ICAM-1 na superfície celular. Tal exposição também promoveu um aumento na expressão dos marcadores de ativação/maturação de células dendríticas pela linhagem THP-1. Paralelamente, o modelo epitelial 3D de co-cultura foi reconstruído em ALI agregando os quatro tipos celulares, para o qual a exposição aos aerossóis de anidrido maleico desencadeou aumento da produção de biomarcadores inflamatórios, bem como apoptose no compartimento epitelial e ativação das células monocíticas THP-1. Por fim, o uso da matriz brônquica suína descelularizada permitiu a reconstrução do modelo epitelial utilizando as células Calu-3, as quais expressaram biomarcadores característicos das vias aéreas após 7 e 14 dias de cultivo em ALI. Conclusão: Os resultados demonstraram que os tipos celulares acima referidos estão certamente envolvidos na via de efeito adverso da alergia química respiratória, devendo ser considerados mediante o desenvolvimento de estratégias de avaliação de sensibilizantes de baixo peso molecular. Ademais, a integração dos diferentes tipos celulares envolvidos em um único modelo de co-cultura permitiu a obtenção de uma resposta tecidual global, bem como possibilitou a exposição a aerossóis de sensibilizantes mimetizando de forma mais fidedigna o contato do trato respiratório com agressores externos. Por fim, o uso da matriz brônquica descelularizada como bioscaffold para cultura 3D permitiu a obtenção de um modelo epitelial que apresentou características morfológicas e fenotípicas do epitélio brônquico humano, representando uma alternativa útil para avaliação da resposta pulmonar a toxicantes inalados. Portanto, trabalho fornece subsídio para a aplicação de biomarcadores inflamatórios e funcionais em nível celular, bem como de modelos oriundos de estratégias de bioengenharia para avaliação da sensibilização respiratória em âmbito pré-clínico.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.description.sponsorshipOutropt_BR
dc.identifier.citationSILVA, A. C. G. Estratégias de bioengenharia e Novas Abordagens Metodológicas (NAMs) aplicadas à avaliação do potencial de sensibilização pulmonar de toxicantes inalados. 2022. 117 f. Tese (Doutorado em Ciências Farmacêuticas) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/12510
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentFaculdade de Farmácia - FF (RMG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Ciências Farmacêuticas (FF)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectSensibilização respiratóriapor
dc.subjectAlergia química respiratóriapor
dc.subjectNovas abordagens metodológicaspor
dc.subjectToxicidade pulmonarpor
dc.subjectBioengenhariapor
dc.subjectRespiratory sensitizationeng
dc.subjectChemical respiratory allergyeng
dc.subjectNew approach methodologieseng
dc.subjectPulmonary toxicityeng
dc.subjectBioengineeringeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::FARMACOLOGIA::FARMACOLOGIA GERALpt_BR
dc.titleEstratégias de bioengenharia e Novas Abordagens Metodológicas (NAMs) aplicadas à avaliação do potencial de sensibilização pulmonar de toxicantes inaladospt_BR
dc.title.alternativeBioengineering strategies and New Approach Methodologies (NAMs) applied to the respiratory sensitization potential assessment of inhaled toxicantseng
dc.typeTesept_BR

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