Avaliação ecotoxicológica de nanopartículas de óxido de zinco não-dopadas e dopadas com níquel (Ni) em Rhamdia quelen

Abstract

Resumo: Nanomateriais e nanopartículas incorporam o grupo de contaminantes emergentes, os quais não se encontram regulados por agências nacionais de monitoramento e qualidade ambiental. As nanopartículas de óxido de zinco (NPs ZnO) apresentam aplicação em diversos setores da indústria como optoeletrônica, cosmética, farmacêutica e têxtil. Destaca-se o potencial de uso das NPs ZnO em especial no campo biomédico, como maneira de otimizar o combate à resistência bacteriana. A dopagem tem sido testada como solução para ampliar o potencial de uso das nanopartículas como agentes antimicrobianos, dado o aprimoramento de suas propriedades catalíticas. Entretanto, as nanopartículas manufaturadas representam um potencial risco ao ecossistema, uma vez que a magnitude do impacto ambiental associado à sua contaminação é desconhecida. Nesse cenário, a compreensão do perfil ecotoxicológico dessas nanopartículas é prioritária, como forma de prevenir e mitigar potenciais riscos. Visto esta problemática, o presente trabalho tem por objetivo avaliar os efeitos ecotoxicológicos das NPs ZnO dopadas com níquel e não-dopadas em peixe nativo Rhamdia quelen. Para tal, foi realizado bioensaio com exposição semi-estática e aguda, nas concentrações de 0,4, 4 e 40 µg/mL e um grupo de controle negativo. Ao final das 96 horas, os animais foram anestesiados e após a eutanásia, o fígado, as brânquias, o cérebro e o músculo foram coletados para análises bioquímicas. A atividade das colinesterases (ChE) foi analisada como parâmetro de neurotoxicidade e as atividades da catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa S-transferase (GST), foram quantificadas como parâmetros de estresse oxidativo. Foram observadas diferenças significativas (p < 0,05) na atividade das ChE em peixes expostos à 40 µg/mL, indicando possível efeito neurotóxico na presente concentração. A atividade da SOD e GST no fígado apresentaram aumento significativo (p < 0,05) quando exposta às concentrações 0,4 e 4 µg/mL de NPs ZnO, como reação ao estresse oxidativo. A exposição à 40 µg/mL de nanopartículas dopadas causou redução significativa (p < 0,0001) na atividade da GST no fígado, destacando o papel do sistema GSH/GST no processo de desintoxicação. Esses resultados demonstram que estes biomarcadores foram apropriados para monitorar o estado de estresse oxidativo dos peixes após exposição às NPs ZnO. As brânquias e o fígado se mostraram sensíveis às variações de concentração e podem ser considerados tecidos-alvos para essa nanopartícula. Em suma, não é cabível desprezar os efeitos tóxicos das NPs ZnO dopadas e não-dopadas, sendo imprescindível aprofundar a investigação acerca dos mecanismos de toxicidade desse nanomaterial

Abstract: Nanomaterials and nanoparticles incorporate a group of emerging contaminants, which are not regulated by national monitoring and environmental quality agencies. Zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) are used in various industry sectors such as optoelectronics, cosmetics, pharmaceuticals and textiles. ZnO NPs potential applications stands out, especially, in the biomedical field, as a way to optimize combat against bacterial resistance. Doping has been tested as a solution to expand the potential use of nanoparticles as antimicrobial agents, given the improvement of their catalytic properties. However, manufactured nanoparticles represent a potential risk to the ecosystem, since the magnitude of the environmental impact associated with their contamination is unknown. In this scenario, understanding the ecotoxicological profile of these nanoparticles is a priority as a way to prevent and mitigate potential risks. Given this problem, the present work aims to evaluate the ecotoxicological effects of nickel-doped and undoped ZnO NPs on native fish Rhamdia quelen. For this purpose, a bioassay was carried out with semi-static and acute exposure, at concentrations of 0.4, 4 and 40 µg/mL and a negative control. At the end of 96 hours, the animals were anesthetized and after euthanasia, liver, gills, brain and muscle were collected for biochemical analysis. The activity of cholinesterases (ChE) was proven as a parameter of neurotoxicity and the activities of catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and glutathione S-transferase (GST) were quantified as parameters of oxidative stress. Significant differences (p < 0.05) were observed in ChE activity in fish exposed to 40 µg/mL, indicating a possible neurotoxic effect at the present concentration. The activity of SOD and GST in the liver showed a significant increase (p < 0.05) when exposed to concentrations of 0.4 and 4 µg/mL of ZnO NPs, as a result of oxidative stress. Exposure to 40 µg/mL of doped nanoparticles caused a significant reduction (p < 0.0001) in GST activity in the liver, highlighting the role of the GSH/GST system in the detoxification process. These results demonstrate that these biomarkers were protected to monitor the oxidative stress status of fish after exposure to ZnO NPs. The gills and liver were sensitive to concentration variations and can be considered target tissues for this nanoparticle. In short, it is not possible to ignore the toxic effects of doped and undoped ZnO NPs, and it is necessary to further investigate the toxicity mechanisms of this nanomaterial