O material particulado (MP) atmosférico representa um risco à saúde humana por estar associado a doenças respiratórias, cardiovasculares e ao câncer. Dentre os compostos orgânicos presentes no MP, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e seus derivados oxi e nitrogenados têm recebido atenção especial devido seu elevado potencial mutagênico e carcinogênico. Neste trabalho, o MP foi coletado na cidade de Ribeirão Preto-SP (Brasil), localizada numa região canavieira que ainda é particularmente afetada pela queima de biomassa, mesmo com a eliminação da prática da queima da palha da cana-de-açúcar antes da colheita manual. Dada a elevada frequência de incêndios e a elevada densidade populacional da região, o impacto da queima de biomassa na emissão de HPA e derivados e na toxicidade in vitro do MP precisa ser melhor investigado. Para isso, amostras de MP fracionado por tamanho foram coletadas nas estações seca e úmida nos anos de 2020 e 2021. Os anidroaçúcares levoglucosano, manosano e galactosano foram utilizados como marcadores de queima de biomassa. A determinação simultânea de HPA, oxi-HPA, nitro-HPA e dos anidroaçúcares foi realizada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas, após a extração orgânica do MP com acetonitrila por meio de sonicação. O método de extração foi previamente otimizado e satisfatoriamente validado, resultando em um método relativamente simples, que faz uso de pequenas quantidades de solvente orgânico quando comparado a diversos métodos da literatura, e que permitiu a análise das amostras coletadas com amostrador de pequeno volume. A mediana da concentração total dos 15 HPA determinados foi de 2,3 ± 1,8 ng m-3 (n = 19), das quais 63% estavam presentes no MP < 1,0 µm (MP1,0). As concentrações de oxi-HPA e nitro-HPA foram cerca de uma ordem de magnitude inferiores. O MP < 2,5 µm (MP2,5) coletado na estação seca, quando ocorre a maior parte dos incêndios, apresentou concentrações totais de HPA e oxi-HPA três vezes maiores do que na estação úmida, e tiveram correlações positivas com o número de focos de incêndio e concentração dos anidroaçúcares. Esses resultados, somados ao fato de que a queima de biomassa explicou 65% da variância dos dados (análise de fatores principais - PCA), evidenciaram a importância desta prática como fonte de HPA e oxi-HPA para a atmosfera da região. Por outro lado, os resultados indicaram que os nitro-HPA foram emitidos principalmente por veículos movidos a diesel. A concentração equivalente de benzo[a]pireno foi 4 vezes maior na estação seca do que na estação úmida, e aumentou cerca de 23 vezes durante um incêndio local. A citotoxicidade e a genotoxicidade dos extratos orgânicos do MP1,0 foram avaliadas por meio de testes in vitro com células HepG2 de fígado humano. Para ambos os tipos de testes, foi observada toxicidade significativa apenas para amostras coletadas durante a estação seca. Também foram observados danos persistentes no DNA que podem ter prejudicado o sistema de reparo do DNA. Além de trabalhar com o extrato de MP, neste trabalho, os efeitos citotóxicos e genotóxico do HPA reteno em particular, foram investigados utilizando células HepG2. Os dados mostraram que o reteno teve efeito mínimo na viabilidade celular, mas induziu quebras na cadeia de DNA, formação de micronúcleos e formação de espécies reativas de oxigênio (ERO) de maneira dependente da concentração e do tempo. O reteno ativou a fosforilação da quinase checkpoint 1 (Chk1), um indicador de estresse replicativo e instabilidade cromossômica, corroborando com o aumento da formação de micronúcleos. Foi observado um efeito protetor do antioxidante N-acetilcisteína (NAC) na geração de ERO e na sinalização de danos no DNA, sugerindo o estresse oxidativo como um mecanismo chave dos efeitos genotóxicos observados do reteno nas células HepG2. Conclui-se que os resultados deste trabalho contribuem para uma melhor compreensão dos desafios ambientais e de saúde apresentados pela queima de biomassa e a urgência de abordar essa questão no contexto das mudanças climáticas globais atuais.

Particulate Matter (PM) in the atmosphere poses a risk to human health as it was associated with respiratory, cardiovascular, and cancer-related diseases. Among the organic compounds present in PM, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their oxygenated and nitrogenated derivatives have received special attention due to their high mutagenic and carcinogenic potential. In this study, PM was collected in the city of Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil, which is located in a sugarcane-producing region that is still affected by biomass burning, despite the discontinuation of sugarcane leaves burning before manual harvesting. Given the high frequency of fires and the dense population in the region, the impact of biomass burning on the emission of PAHs and derivatives and the in vitro toxicity of PM needs to be further investigated. For this purpose, size-fractionated PM samples were collected in the dry and wet seasons of the years 2020 and 2021. Anhydrosugars levoglucosan, mannosan, and galactosan were used as markers of biomass burning. Simultaneous determination of PAHs, oxy-PAHs, nitro-PAHs, and anhydrosugars was performed using gas chromatography-mass spectrometry after organic extraction of PM with acetonitrile via sonication. The extraction method was previously optimized and satisfactorily validated, resulting in a relatively simple method that uses small amounts of organic solvent when compared to various methods in the literature, allowing for the analysis of samples collected with a low-volume sampler. The median concentration of the total 15 PAHs determined was 2.3 ± 1.8 ng m-3 (n = 19), of which 63% were present in PM < 1.0 µm (PM1.0). Oxy-PAH and nitro-PAH concentrations were about an order of magnitude lower. PM < 2.5 µm (PM2.5) collected in the dry season, when most fires occur, had three times higher total concentrations of PAHs and oxy-PAHs than in the wet season and had positive correlations with the number of fire spots and anhydrosugars concentrations. These results, together with the fact that biomass burning explained 65% of the data variance (principal component analysis - PCA), highlighted the importance of this practice as a source of PAHs and oxy-PAHs in the region's atmosphere. On the other hand, the results indicated that nitro-PAHs were primarily emitted by diesel-powered vehicles. The equivalent concentration of benzo[a]pyrene was four times higher in the dry season than in the wet season and increased by about 23 times during a local fire. The cytotoxicity and genotoxicity of organic extracts of PM1.0 were evaluated through in vitro tests with human liver HepG2 cells. For both types of tests, significant toxicity was observed only for samples collected during the dry season. Persistent DNA damage was also observed, which may have impaired the DNA repair system. In addition to working with the PM extract, this study investigated the cytotoxic and genotoxic effects of the PAH retene using HepG2 cells. Retene had minimal effects on cell viability but induced DNA strand breaks, micronucleus formation, and the formation of reactive oxygen species (ROS) in a concentration and time-dependent manner. Retene activated checkpoint kinase 1 (Chk1) phosphorylation, an indicator of replication stress and chromosomal instability, corroborating the increased formation of micronuclei. An antioxidant, N-acetylcysteine (NAC), was observed to have a protective effect on ROS generation and DNA damage signaling, suggesting oxidative stress as a key mechanism of the observed genotoxic effects of retene in HepG2 cells. In conclusion, the results of this study contribute to a better understanding of the environmental and health challenges posed by biomass burning and the urgency of addressing this issue in the context of current global climate change.