Nanotossicologia dei quantum dot di CdS in linee cellulari umane

Abstract

Le nanotecnologie sono un settore emergente in rapida crescita, come dimostra l'esplosione del mercato dei prodotti ad esso collegati. I quantum dot di cadmio solfuro (CdS QD) sono ampiamente utilizzati per la produzione di materiali semiconduttori e dispositivi optoelettronici; tuttavia, non sono ancora completamente chiari gli effetti di questi nanomateriali sulla salute umana. Questo lavoro di dottorato si pone l'obbiettivo di definire il potenziale citotossico e genotossico dei CdS QD in linee cellulari umane e definirne il meccanismo implicato. A questo scopo, essendo il fegato uno dei principali organi di accumulo del cadmio e dei nanomateriali a base di cadmio, è stata utilizzata la linea cellulare HepG2 derivante da un epatocarcinoma umano. È stato evidenziato, in seguito all'assorbimento, da parte delle cellule, dei CdS QD, un effetto citotossico, con conseguente modulazione dell'espressione genica di una serie di geni coinvolti sia nei processi di rescue (autofagia, risposta allo stress) sia in quelli di morte cellulare programmata. È stato, inoltre, dimostrata l'assenza di un rilevante effetto genotossico dipendente da questi nanomateriali. Infine, è stato osservato che cellule esposte ai CdS QD presentano mitocondri con un potenziale di membrana alterato, con conseguente alterazione della funzionalità di tale organello, pur conservando l'integrità del DNA mitocondriale.

Nanotechnology is a rapidly growing field with many products manufactured and distributed in a wide and diverse range of industrial and technological applications. Cadmium sulfide quantum dots (CdS QDs) are widely used in the electric and electronic industries to produce semiconductor structures, solar energy and optoelectronic devices. However, the mechanism of interactions of these nanomaterials with living organisms have not been thoroughly evaluated. This study, on the effects of CdS QDs in HepG2 cells, has produced precious novel information regarding their potential action including their toxicity. CdS QDs internalization in HepG2 cells was led to a decrease in cell viability. The uptake was followed by the modulation of several key genes involved in the programmed cell death (PCD) pathways and in rescue pathways (i.e. autophagy, ROS clearance, oxidative stress response) leading to hypothesize a dual role for CdS QDs interaction. At low toxic dose, CdS QDs may trigger a cellular response which leads to a damage rescue and an early establishment of the apoptotic-like PCD pathway. This study demonstrated also that CdS QDs induced loss of mitochondrial function, but without a substantial damage of mitochondrial DNA.