Avaliação dos efeitos tóxicos de nanopartículas de prata (NPAg) sobre macrófitas Landoltia punctata

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2020.

No decorrer dos últimos anos é crescente a aplicação de nanoestruturas principalmente nas áreas da ciência e indústria. Dentre as nanopartículas (NP) existentes, uma das que tem se destacado pela alta demanda é a nanopartícula de prata (NPAg), visto que suas propriedades específicas, em principal a biocida, favorecem seu uso em diversos produtos de consumo. Apesar de a NPAg apresentar aplicabilidades e benefícios relevantes, o número de estudos toxicológicos para prever seus potenciais riscos à saúde humana e ao meio ambiente ainda são pouco expressivos. Ademais, a propagação do uso dessas NP pode ampliar a sua dispersão em ambientes naturais, principalmente no ambiente aquático, o que reforça a importância do monitoramento dos seus efeitos adversos. Nesse sentido, a nanotoxicologia surge como uma alternativa para avaliar os efeitos tóxicos das NPAg sobre os ecossistemas e sugerir modelos toxicológicos apropriados. Um exemplo são as plantas, que têm sua representatividade no meio ambiente por serem produtores na teia trófica, participarem de diversas interações biológicas, além de serem essenciais no ciclo biogeoquímico. Neste contexto, o organismo-teste utilizado no presente estudo foi a macrófita Landoltia punctata (L. punctata), haja vista que estudos demonstram que os efeitos deletérios oriundos da exposição a NPAg, podem vir a causar mudanças significativas no ecossistema decorrente da bioamplificação desses efeitos para outros níveis tróficos. Com base na premissa, essa pesquisa tem como intuito avaliar os efeitos tóxicos globais das NPAg sobre as macrófitas L. punctata. Para tanto a metodologia de teste agudo seguiu a normatização ISO/DIS 20079 com algumas adaptações. Caracterizou-se as suspensões de NPAg pelos métodos qualitativos e quantitativos de análise de estabilidade, tamanho e forma utilizando as avaliações de potencial Zeta, diâmetro efetivo e microscopia eletrônica de transmissão. Para os ensaios toxicológicos, o organismo foi cultivado em ambiente laboratorial e exposto a concentrações de 0 (controle); 0,16; 0,32; 0,64; 1,28; 2,56; 5,12 e 10,24 mg.L-1 de suspensões de NPAg. Cada tratamento conteve um total de seis réplicas e o tempo de exposição ao xenobiótico correspondeu a sete dias. A inibição da taxa de crescimento foi medida com base na CE50 (6,84 mg.L-1) e foram avaliadas alterações na morfologia, estruturas celulares e pigmentos fotossintéticos juntamente com a incorporação de NPAg e íons de prata (Ag+) na planta. Embora os resultados tenham mostrado baixa inibição do crescimento, quando comparados com outros estudos, danos significativos à ultraestrutura, redução dos pigmentos fotossintéticos e grão de amido, aumento dos compostos fenólicos e alterações fisiológicas, como perda de cor foram observados. Ainda, observou-se o acúmulo de íons de prata nas amostras expostas, o que pode proporcionar riscos em termos de bioamplificação, uma vez que as lemnas pertencem ao primeiro nível da cadeia alimentar. Portanto, o presente demonstrou que a acumulação de NPAg no meio ambiente pode representar riscos em termos de toxicidade, haja vista que essas partículas acumulam no organismo podendo bioamplificar seus efeitos a nível de ecossistema.

Abstract: Over the past few years, the application of nanostructures has increased, mainly in the areas of science and industry. Among the existing nanoparticles (NP), one of which has been highlighted by the high demand is the silver nanoparticle (NPAg), since its specific properties, mainly the biocide, favor its use in various consumer products. Although NPAg has relevant applicability and benefits, the number of toxicological studies to predict its potential risks to human health and the environment are still not very significant. In addition, the increase of the use of these NP can increase their dispersion in natural environments, especially in the aquatic environment, which reinforces the importance of monitoring their adverse effects. In this sense, nanotoxicology emerges as an alternative to assess the toxic effects of NPAg on ecosystems and to suggest appropriate toxicological models. An example is the plants, which have representativeness in the environment because they are producers in the trophic web, to participate in several biological interactions, in addition to being essential in the biogeochemical cycle. In this context, the test organism used in the present study was the macrophyte Landoltia punctata, given that studies demonstrate that the harmful effects arising from exposure to NPAg, may cause significant changes in the ecosystem due to the bioamplification of these effects to other trophic levels. Based on the premise, this research aims to evaluate the global toxic effects of NPAg on the macrophytes Landoltia punctata. For this purpose, the acute test methodology followed the ISO / DIS 20079 standard with some adaptations. The NPAg were characterized by qualitative and quantitative methods of analyzing stability, size and shape using the Zeta potential, effective diameter and transmission electronic microscopy assessments. For toxicological tests, the organism was cultured in a laboratory environment and exposed to concentrations of 0 (control); 0.16; 0.32; 0.64; 1.28; 2.56; 5.12 and 10.24 mg.L-1 of NPAg suspensions. Each treatment contained six replicates and the exposure time to xenobiotics corresponded to seven days. Growth rate inhibition was measured based on the EC50 (6.84 mg.L-1) and changes in morphology, cell structures and photosynthetic pigments were evaluated together with the incorporation of NPAg and silver ions (Ag+) in the plant. Although the results showed low growth inhibition, when compared to other studies, significant damage to the ultrastructure, reduction of photosynthetic pigments and starch grain, increase phenolic compounds and physiological changes, such as color loss, were observed. In addition, the accumulation of silver ions in the exposed samples was observed, which could provide risks in terms of bioamplification, since the lemnas belong to the first level of the food chain. Therefore, the present study demonstrated that the accumulation of NPAg in the environment could represent risks in terms of toxicity, since these particles accumulate in the organism and can biamplify their effects at the level of the ecosystem.