Nanoecotoxicity effects of engineered silver and gold

nanoparticles in aquatic organisms.

Ferna A, Blasco J. (2012)

Nome: Fúvia de Oliveira BiazottoProfª Drª. Regina Teresa Rosim Monteiro

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULOCENTRO DE ENERGIA NUCLEAR NA AGRICULTURA - CENA

Disciplina CEN5738: Ecotoxicologia

•Nanotecnologia – estuda a manipulação da matéria em escala atômica e ou molecular

•Partícula é um pequeno objeto que se comporta como uma unidade inteira em termos de transporte e propriedades

•Classificadas segundo o seu tamanho em termos de diâmetro

•Nanopartículas (NPs) 10-9m

Introdução

•Apesar dos diversos benefícios que as Nps podem oferecer a sociedade;

•Seu uso pode ocasionar danos ao meio ambiente;

•Deste modo, a avaliação da segurança ambiental desses partículas tornou-se problema mundial.

Introdução

• Ag e Au - Técnicas médicas e de biologia molecular

• Au não são tóxicas – sem dados de corroborem com essa asserção

• Ag – mais atenção dos pesquisadores quanto a toxicidade

• Levantamento dos dados ecotoxicológicos sobre as Nps de prata e ouro sobre os animais aquáticos

Objetivo

•Estresse oxidativo- danos ao DNA, lipídios, proteínas e certas atividades metabólicas

•Os efeitos tóxicos dependem de vários fatores chave:

Nanopartículas

Natureza

Intrínseca

Capacidade de

formar agregados

de maiores

dimensões

Resposta dose

Via de exposiçã

o aparente

Tempo de

exposição

Diversas fontes de dispersão:

• A água naturalmente percorre o ecossistema via solo e ou subsolo até atingir estuários ou o oceano.

• Neste percurso a água atravessa diferentes condições de:salinidadeconcentração iônicapHs

• Nps podem ser: degradados transformados, carregados, acumulados em diversas formas;

• Durante este processo é normal que haja formação de suspensões coloidais através de associações a outras substâncias de origem orgânica ou inorgânica

• Formação de coloides também é promovida por perturbações químicas e físicas como:

Força iónica e pH Temperatura

• Em água de estuários e na água salgada - maior tendência de formação de coloides sedimentação

“Agregados podem ser ingeridos por

animais”

• Em solos pode ser degradada por processos: Bióticos Abióticos Transportada para corpos d'água (lixiviação/ drenagem)

Logo conhecer as propriedades coloidais é aspectos-chave para compreender o comportamento das Nps no ambiente

Características do ambiente

Substâncias nele presentes

• O impacto ambiental possível precisa ser avaliado para cada tipo de nanomaterial- propriedade distintas

• Reatividade das partículas diminui:área de superfície das partículas individuais energia livre ácidos húmicos

Nanopartículas

Agregação das NPs importante, pois influencia na toxicidade, seja atenuando ou aumentando.

Um dos fatores mais importantes relacionado a toxicidade das nanopartículas é seu potencial em gerar:

Espécies reativas de Oxigênio- ROS

Danos ao DNA

Interação das nanopartículas com a membrana celular

Desestabilizar a membrana

•Danos aos componentes subcelulares e as membranas:

Disfunções nas atividade celulares e ou ROS;

•Íons Ag desestabilizam a membrana devido a interação com a bicamada fosfolipídica via presença de grupos tiols :

Interrupções no efluxo de íonsAumento da permeabilidade celular

Homeostase Celular

Compreendendo a toxicidade de nanopartículas de prata

“Em todo o estudo do impacto ambiental da NPs, o ponto mais importante a salientar é que as características do meio que circunda a NPs deve ser objeto de estudo muito cuidadoso”.

No caso de AgNPs a biodisponibilidade pode aumentar radicalmente:

Presunção de inocência I: nanopartículas de prata são .... Culpado!

Do que têm no Meio

Condições do Meio Ambiente

• Agregação e deposição de AgNPs:

Ambientes que são ácidos( e/ou)

Força iónica elevada (Cátions bivalentes)

Meio:

Ag0 (sólido);Ag+ (livre)Complexada: Ag+ (colides simples), Cl ou S e N orgânico

pH

Diferentes tipos de anomalia em embriões :Deformidades da medula espinal

Arritmia cardíaca Taxa de sobrevivência

AgNPs: Cérebro Redução da eclosão dos ovosGema Aparência da notocorda anormalCoração Doenças coronarianasSangue Curvatura da cauda

Espessura -filamentos branquiais

0,19 nM

RL

Exemplos

Através da expressão gênica distinguiram os efeitos de

AgNPsAgNPs de AgAg++

Disfunção celular e ROSDisfunção celular e ROSResposta inflamatóriaResposta inflamatória

Intoxicação por metais Intoxicação por metais

Oryzias latipesPerca fluviatilis

Oncorhynchus mykiss

Problemas respiratórios:

TrutaTrutaBrânquias disfunção dos

íons Na e K e da atividade da ATPase

PercaPerca

Redução na capacidade de extração do oxigênio

A toxicidade de AGNPs é atribuída não apenas ao cátion dissolvido Ag +, mas também para as NPs . Estas atuam não só como

portadoras de Ag +, mas também através da criação de interações com a membrana celular.

AuNPs :Interação com a membrana celular Estresse oxidativo – processo citotóxicosEstresse oxidativo – processo citotóxicosInibição da atividade metabólica (dano mitocondrial) Danos ao DNA

Compreendendo a toxicidade de nanopartículas de Ouro

No soro do sangue, AuNPs catalisa a produção de óxido nítrico (NO) que reage com O2 a peroxinitrito

Lipídios, DNA, e proteínas

Mitocondrias

Compreendendo a toxicidade de nanopartículas de Ouro

• Enzimas mitocondriais são afetadas- peroxinitrito

• Alterar o potencial de membrana da mitocôndriaInterferências no fluxo de elétrons Formação de ATP

Ruptura da membrana

• Permite a entrada na célula de moléculas pró-apoptóticas Indução de morte celular e inflamação dos tecidos

Concentrações subletais de AuNPs

1 ,6, 12 ou 24 h exposição

Boca e intestino

Au e Ag

Poucos dados disponíveis sobre a ecotoxicidade de AuNPs.

HepatócitosToxicidade – dose dependente

Redução atividade de membranaAg- citotoxicidade mas sem ROSAg- citotoxicidade mas sem ROS

Au- não citotóxico mas gerou Au- não citotóxico mas gerou ROSROS

4 [ ] por 24 h Taxas mortalidade 20% e 50%

Bioacumulação na parede celular efluxo de íons

Não foram encontradas NPs no interior das células

750 ppb AuNPs – 24h[ ] glândulas digestivas

Peroxidação lipídica- ROSDesestabilização da

MembranaMytilus edulis

Scenedesmus subspicatus

“O aumento das concentrações de nanopatículas na água, e a consequente exposição dos ecossistemas aquáticos as NPs deve reforçar a necessidade de se estudar os efeitos proporcionados tanto pelas partículas como por seus derivados aos organismos

aquáticos”.

“Um requisito futuro a ecotoxicologia seria realizar pesquisas mais específicas, mais sistemáticas para esclarecer o comportamento

das NPs em suas diferentes formas”.

Considerações Finais

Ferna A, Blasco J. Nanoecotoxicity effects of engineered silver and gold nanoparticles in aquatic organisms. Regulation. 2012;32(797).

Referência