Analysis of the Sars-cov-2 virus spike protein in 2D and 3D neuronal models of Alzheimer's disease associated with photobiomodulation treatment
| dc.contributor.advisor | Soares, Cristina Pacheco | |
| dc.contributor.author | Andrade, Erick José Nogueira de | |
| dc.contributor.event2 | São José dos Campos | |
| dc.contributor.referee | Sant'Anna, Luciana Barros | |
| dc.contributor.referee | Ito, Cristiane Yumi Koga | |
| dc.date.accessioned | 2026-05-15T19:16:48Z | |
| dc.date.available | 2026-05-15T19:16:48Z | |
| dc.date.issued | 2026-04-17 | |
| dc.description.abstract | Alzheimer's disease (AD) is the leading cause of dementia worldwide, characterized by a complex pathophysiological scenario involving neuroinflammation and intense oxidative stress. At the same time, the COVID-19 pandemic has raised concerns about the neurodegenerative effects of the SARS-CoV-2 spike protein. Considering that oxidative stress is a central mechanism shared by both AD and the sequelae of COVID-19, this work used hydrogen peroxide (H2O2) as an experimental model of oxidative insult. The objective was to investigate how the spike protein enhances cellular damage and to evaluate the neuroprotective potential of photobiomodulation (PBM) with red LED (660 nm) in these contexts. For this, SHSY5Y cells differentiated into two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) neuronal models were used. The cells were exposed to recombinant spike protein (0.5 µg/mL) and H2O2 (200 µM), either individually or in combination, to simulate an aggravated toxicity environment. Cell viability and metabolism were monitored using the Alamar Blue assay and flow cytometry (Live/Dead). Confocal microscopy analyses allowed for the evaluation of nuclear (Hoechst), mitochondrial (MitoTracker), cytoskeletal (rhodamine-phalloidin), and focal adhesion (FAK) integrity. Additionally, a model of neuronal spheroids (3D) was standardized to mimic a more physiologically relevant microenvironment. The results in the 2D model indicated that the spike protein and H2O2 significantly reduced cell viability, with intensified cytotoxic effects upon co-exposure. In contrast, the 3D model exhibited an adaptive response, maintaining viability and increasing metabolic activity, suggesting that tissue architecture modulates neuronal resilience. PBM (3 J/cm²) proved effective in preserving mitochondrial and structural morphology, reducing apoptosis both under basal conditions and oxidative stress, especially in the 3D model. Together, the data reinforce that the Spike protein exerts distinct effects depending on the cellular model and highlight PBM as a promising therapeutic strategy to mitigate oxidative stress and preserve neuronal function in neurodegenerative pathologies and viral sequelae. | |
| dc.description.abstract2 | A doença de Alzheimer (DA) é a principal causa de demência em todo o mundo, caracterizada por um cenário fisiopatológico complexo envolvendo neuroinflamação e intenso estresse oxidativo. Ao mesmo tempo, a pandemia de COVID-19 levantou preocupações sobre os efeitos neurodegenerativos da proteína spike do SARS-CoV-2. Considerando que o estresse oxidativo é um mecanismo central compartilhado tanto pela Doença de Alzheimer (DA) quanto pelas sequelas da COVID-19, este trabalho utilizou peróxido de hidrogênio (H2O2) como um modelo experimental de insulto oxidativo. O objetivo foi investigar como a proteína spike aumenta o dano celular e avaliar o potencial neuroprotetor da fotobiomodulação (PBM) com LED vermelho (660 nm) nesses contextos. Para isso, foram utilizadas células SH-SY5Y diferenciadas em modelos neuronais bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D). As células foram expostas à proteína spike recombinante (0,5 µg/mL) e H2O2 (200 µM), individualmente ou em combinação, para simular um ambiente de toxicidade agravada. A viabilidade celular e o metabolismo foram monitorados usando o ensaio Alamar Blue e citometria de fluxo (Live/Dead). As análises de microscopia confocal permitiram a avaliação da integridade nuclear (Hoechst), mitocondrial (MitoTracker), do citoesqueleto (rhodamina-faloidina) e das adesões focais (FAK). Além disso, um modelo de esferoides neuronais (3D) foi padronizado para imitar um microambiente mais fisiologicamente relevante. Os resultados no modelo 2D indicaram que a proteína spike e o H2O2 reduziram significativamente a viabilidade celular, com efeitos citotóxicos intensificados após a coexposição. Em contraste, o modelo 3D exibiu uma resposta adaptativa, mantendo a viabilidade e aumentando a atividade metabólica, sugerindo que a arquitetura do tecido modula a resiliência neuronal. A PBM (3 J/cm²) provou ser eficaz na preservação da morfologia mitocondrial e estrutural, reduzindo a apoptose tanto em condições basais quanto sob estresse oxidativo, especialmente no modelo 3D. Juntos, os dados reforçam que a proteína Spike exerce efeitos distintos dependendo do modelo celular e destacam a PBM como uma estratégia terapêutica promissora para mitigar o estresse oxidativo e preservar a função neuronal em patologias neurodegenerativas e sequelas virais. | |
| dc.description.physical | 66 p. | |
| dc.format.mimetype | ||
| dc.identifier.affiliation | Universidade do Vale do Paraíba | |
| dc.identifier.affiliation | Universidade do Vale do Paraíba | |
| dc.identifier.affiliation | Universidade do Vale do Paraíba | |
| dc.identifier.affiliation | Universidade Estadual Paulista | |
| dc.identifier.bibliographicCitation2 | ANDRADE, Erick José Nogueira de. Analysis of the Sars-cov-2 virus spike protein in 2D and 3D neuronal models of Alzheimer's disease associated with photobiomodulation treatment. São José dos Campos, SP, 2026. 66 f.; PDF. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) - Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São JOsé dos Campos/SP, 2026 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.univap.br/handle/123456789/1182 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher.country | Brasil | |
| dc.publisher.initials | UNIVAP | |
| dc.publisher.institution | Universidade do Vale do Paraíba | |
| dc.publisher.program | Mestrado em Engenharia Biomédica | |
| dc.publisher.spatial | São José dos Campos | |
| dc.subject.keyword | Engenharia Biomédica | |
| dc.subject.keyword | Doença de Alzheimer | |
| dc.subject.keyword | SARS-CoV-2 | |
| dc.subject.keyword | Proteína spike | |
| dc.subject.keyword | Estresse oxidativo | |
| dc.subject.keyword | Alzheimer's disease | |
| dc.subject.keyword | Spike protein | |
| dc.subject.keyword | Oxidative stress | |
| dc.title | Analysis of the Sars-cov-2 virus spike protein in 2D and 3D neuronal models of Alzheimer's disease associated with photobiomodulation treatment | |
| dc.title.alternative | Análise da proteína Spike do vírus Sars-cov-2 em modelos neuronais 2D e 3D da doença de Alzheimer associada ao tratamento com fotobiomodulação | |
| dc.type | Dissertação | |
| dc.type.masterDegree | Mestrado acadêmico |