Genotoxicity in vitro of organic and soluble water fractions of airborne particulate matter in three sites of São Paulo State

O aumento na poluição ambiental é na atualidade uma das grandes preocupações em nível mundial. Especificamente, a poluição atmosférica por material particulado tem demostrado ser um fator determinante no desenvolvimento de doenças cardiopulmonares e câncer de pulmão nas populações expostas. O material particulado é constituído por uma mistura complexa de compostos orgânicos e inorgânicos, muitos dos quais possuem potencial mutagênico e genotóxico. As características destes compostos variam em função da suas propriedades físicas, químicas e em razão das condições meteorológicas prevalecentes. A maior parte dos estudos tem se focado em avaliar o potencial genotóxico da fração orgânica do material particulado e poucos estudos têm explorado a fração solúvel em água e a contribuição diferencial das diversas espécies químicas presentes nesta fração para o dano genotóxico. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos mutagênicos e genotóxicos in vitro da fração orgânica e da fração solúvel em água de material particulado (MP10) coletado em três locais diferentes do estado de São Paulo e estabelecer a relação entre a composição química e o efeito biológico observado. Para isto, realizou­-se a extração orgânica e solúvel em água de 12 amostras de MP10. A mutagenicidade e genotoxicidade foram avaliadas usando o ensaio de Salmonella/microssoma e o teste de micronúcleos (MN) em células A549 e 16 hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) e 15 metais hidrossolúveis presentes nas amostras foram determinados quimicamente. Adicionalmente, foi determinada a metodologia de extração da fracção solúvel em água e se avaliou a estabilidade química e biológica desta fração. Os resultados indicam que a extração assistida por micro-ondas é um método eficiente para a extração da fração solúvel em agua do MP e que um tempo superior a 60 dias de armazenamento e congelamento deste tipo de extrato tem um efeito significativo sobre os resultados analíticos e a resposta biológica. Foi demonstrado ainda que as duas frações de MP estudadas são responsáveis pela indução do dano ao DNA e que não existe uma relação direta entre a concentração de MP e o efeito genotóxico observado, confirmando a importância do uso de bioensaios na avaliação da genotoxicidade de misturas complexas como o MP. Os HPAs prevalecentes nas amostras de PM10 foram fluorantene e benzo(ghi)perileno. Nos extratos solúveis em água, as maiores concentrações de metais foram determinadas para zinco, ferro e cobre. Confirmou-se que a indução de MN e o ensaio de Salmonella/microssoma representam uma poderosa ferramenta na avaliação da polução atmosférica e que as análises químicas por si só não são suficientes para a proteção e predição dos efeitos biológicos em populações expostas. The increase of environmental pollution is today one a major concern worldwide. Specifically, air pollution by particulate matter has been shown to be a determining factor in the development of cardiopulmonary disease and lung cancer in exposed populations. The particulate material consists of a complex mixture of organic and inorganic compounds, many of which have mutagenic and genotoxic activity. The characteristics of these compounds vary according to their physical and chemical properties and also to the prevailing weather conditions. Most studies have focused on evaluating the genotoxic potential of the organic fraction of particulate material, but few studies have explored the water­-soluble fraction, and the differential contributions of different chemical species present in this fraction to genotoxic damage. The aim of this study was to evaluate the in vitro mutagenic and genotoxic effects of organic and water-soluble fractions of 12 samples of particulate matter (PM10) collected at three different sites in the state of São Paulo and establish the relationship between the chemical composition and the biological effect observed. The mutagenicity and genotoxicity were evaluated using the Salmonella/microssome test and the micronucleus assay (MN) in A549 cells and 16 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and 15 water-soluble metals present in the samples were chemically determined. Additionally, the extraction method of water- soluble fraction was determined and the chemical and biological stability of this fraction evaluated. The results indicate that the microwave­-assisted extraction is an efficient method for the extraction of the water-soluble compounds of PM and that the freezing and storage of the extract over 60 days has a significant effect on the mutagenic and analytical results of PM samples. It was demonstrated that the two PM fractions studied are responsible for the induction of DNA damage and that there is no direct relationship between the MP concentration and the genotoxic effect observed, confirming the importance of using bioassays in the genotoxicity evaluation of complex mixtures as PM. The PAHs prevailing in our samples were fluoranthene and benzo(ghi)perylene. In the water-soluble extracts, highest concentrations of the elements studied were found for zinc, iron, and copper in the three places of sampling. We confirmed that MN induction and Salmonella/microsome assay represents a powerful tool to evaluate the atmospheric air pollution and that the total concentration of PM and the chemical analyses alone would not be sufficient for the prognosis of biological effects in exposed populations