Identificação e quantificação dos produtos de eletrólises efectuadas em condições fisiológicas e estudo da sua atividade toxicológica utilizando leveduras como modelos celulares

Abstract

O tratamento eletroquímico (EChT) é uma modalidade alternativa para o tratamento de tumores com base na aplicação de uma corrente elétrica contínua no tecido tumoral, por meio de dois ou mais elétrodos colocados na zona do tumor ou nas áreas circundantes. Há relato de resultados promissores em ensaios clínicos realizados na China que mostram a regressão dos tumores, e em alguns casos a própria remissão total. Apesar destes resultados, tem havido muita relutância no mundo ocidental em aceitar este tratamento. A falta de evidências de natureza científica acerca do funcionamento destes tratamentos é uma das causas que pode justificar a falta de interesse pela medicina ocidental. Como resultado direto das eletrólises galvanostáticas que resultam da passagem de corrente elétrica nos tecidos, há referência à evolução de O2 no ânodo e de H2 no cátodo, provenientes da eletrólise da água. A maioria dos estudos in vitro reporta os efeitos relacionados com a acidificação na região do ânodo e da alcalinização na região do cátodo. Apesar de na presença de Cl- ser referida a evolução de Cl2 no ânodo, a sua deteção é normalmente realizada de uma forma qualitativa através do cheiro. A dissolução do Cl2 dá origem à formação do HOCl, que é por sua vez um potente agente oxidante com capacidade para reagir com diferentes componentes celulares. Este trabalho visa contribuir para o esclarecimento do papel do HOCl na eficiência do EChT. De modo a quantificar o HOCl produzido durante as eletrólises foi otimizado um método espectrofotométrico, baseado na reação com a curcumina. Este método permitiu a quantificação de quantidades muito reduzidas de HOCl em meio fisiológico (PBS) tendo sido utilizado posteriormente para quantificar esta espécie em diferentes condições experimentais relevantes na aplicação do EChT. Os ensaios realizados mostraram que a produção de HOCl depende fortemente das condições experimentais da eletrólise. Dos efeitos estudados, o pH do meio mostrou ser o mais importante na medida em que pode limitar a produção de HOCl mesmo em condições em que a dose aplicada é elevada (tempo longos e intensidade de corrente altas). A acidificação junto ao ânodo, que tende a aumentar com a dose do tratamento, reduz a extensão de formação do HOCl, tornando o processo menos eficiente. Quando existe comunicação entre os produtos formados no ânodo e no cátodo ocorre um efeito de alcalinização do meio. Este aumento de pH demonstrou ser efetivo na solubilização do Cl2 produzido no ânodo contribuindo para a formação de quantidades superiores de HOCl tanto por aumento da intensidade de corrente como do tempo de eletrólise. O efeito em células vivas do HOCl produzido nas eletrólises foi testado utilizando culturas da levedura S. Cerevisiae como modelo. Observou-se que baixas concentrações de HOCl afetam drasticamente a viabilidade celular. Esta espécie demonstrou ter efeitos citotóxicos provocando a oxidação intracelular.

The electrochemical treatment (EChT) is an alternative approach for the treatment of tumours by applying a continuous electric current to the tumour by means of two or more electrodes placed in the tumour area or at its surroundings. There are reports on positive results in clinical trials conducted in China, showing the regression, and in some cases the complete remission of tumours. Despite these results, the Western world is reluctant to accept this treatment. The lack of scientific evidence on the mechanism of action of this treatment is one of the causes that may justify lack of interest for this treatment by Western medicine. As result of electric current, galvanostatic electrolysis of the extracellular medium occurs, taking place the O2 evolution at the anode and the H2 evolution at the cathode. The majority of the in vitro studies report the effect of acidification in the anode region and of alkalinization at the cathode region. Although in the presence of Cl-, Cl2 evolution is known to take place at the anode its production is reported following its odour detection. This work aims to contribute to the clarification of the role of HOCl in EChT efficiency. The dissolution of Cl2 gives rise to the formation of HOCl, which in turn is a potent oxidizing agent capable of reacting with different cellular material. In order to quantify the HOCl produced during electrolysis a spectrophometric method based on reaction with curcumin has been optimized. This method allowed the quantitation of small amounts of HOCl at the physiological medium (PBS) and was used to quantify this species formed in different experimental conditions that are relevant for EChT. Results show that the amount of HOCl produced depends strongly on the experimental conditions of the electrolysis. The pH demonstrated to be the most important variable that can limit the production of HOCl, even for a high dose (long time and high current intensity). The medium acidification that increases during the treatment reduces the extent of HOCl formation and makes the process less effective. When the electrolysis is carried out in conditions that enable the mixture between the products formed at the anode and at the cathode, the medium alkalinizing is noticed. The pH increase, which takes place with increasing current intensity and electrolysis time, is effective for solubilisation of the Cl2 produced at the anode and contributes to formation of higher amounts of HOCl. The effect in living cells of the HOCl produced by electrolysis was evaluated using culture of the yeast S. cerevisiae as model. It was observed that low concentrations of HOCl dramatically affect cell viability. This species was shown to have cytotoxic effects by causing intracellular oxidation.