Los científicos tienen, por primera vez, rastreó las nanopartículas captadas del suelo por las plantas de cultivo y analizó los estados químicos de sus elementos metálicos. Se demostró que el zinc se disuelve y se acumula en las plantas, mientras que el elemento cerio no se disolvió en el tejido vegetal. Los resultados contribuyen al polémico debate sobre la toxicidad vegetal de las nanopartículas y si las nanopartículas modificadas pueden entrar en la cadena alimentaria. El estudio fue publicado el 6 de febrero de 2013 en la revista ACS Nano .

El equipo de investigación internacional fue dirigido por Jorge Gardea-Torresdey de la Universidad de Texas en El Paso y también estuvo compuesto por científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara. el SLAC National Accelerator Laboratory en Stanford (California), y la instalación europea de radiación sincrotrón en Grenoble (Francia).

Las nanopartículas están presentes en todas partes, por ejemplo, en el polvo fino de los fuegos de leña. Incluso un compuesto químico simple se comporta de manera diferente como una nanopartícula, principalmente debido al aumento de la superficie específica y la reactividad. Estas atractivas propiedades son la razón por la que las denominadas nanopartículas de ingeniería (ENP) se utilizan ahora ampliamente en el procesamiento industrial y en los bienes de consumo. Al mismo tiempo, su alta reactividad ha generado preocupaciones sobre su destino, transporte y toxicidad en el medio ambiente. "Un número creciente de productos que contienen ENP están en el mercado y eventualmente llegarán al suelo, agua y aire. Por eso es muy importante estudiar las interacciones de los cultivos con las nanopartículas, ya que aquí comienza su posible translocación en la cadena alimentaria ", dice Jorge Gardea-Torresdey, profesor y presidente del Departamento de Química de la Universidad de Texas en El Paso.

Los científicos se centraron en las plantas de soja (glycine max), el quinto cultivo más grande en la producción agrícola mundial, y el segundo en los EE. UU. El suelo en el que se cultivaron las plantas se mezcló con óxido de zinc (ZnO) y dióxido de cerio (CeO2, nanoceria) nanopartículas, que se encuentran entre los más utilizados en la industria. El ZnO se usa ampliamente en productos de protección solar, como sensores de gas, agentes antibacterianos, dispositivos ópticos y eléctricos, y como pigmentos. Nanoceria es un excelente catalizador para procesos de combustión interna y craqueo de aceite y también se utiliza en sensores de gas, productos de protección solar y cremas cosméticas.

Después de que las plantas de soja hubieran crecido hasta su madurez en invernaderos, Se estudió la distribución de zinc y cerio en las plantas. El uso de haces de rayos X microscópicos de sincrotrón en la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón (ESRF) y la Fuente de Luz de Radiación de Sincrotrón de Stanford (SSRL), permitió a los científicos determinar la forma química de estos metales, es decir, si todavía estaban unidas a nanopartículas o se habían disuelto y unido con tejido vegetal. "Usamos rayos X 1000 veces más delgados que un cabello humano, y la forma en que se absorben nos dice si, en el punto microscópico que golpearon, estaban presentes zinc y cerio, y si formaron parte de una nanopartícula en la planta o no ", dice Hiram Castillo, científico de la ESRF en Grenoble.

Se demostró que el cerio estaba presente no solo en los nódulos cercanos al suelo, sino que también había llegado a las vainas de las plantas. Un análisis espectral detallado de las señales de rayos X mostró que el cerio en los nódulos y las vainas se encontraba en el mismo estado químico que en las nanopartículas. Sin embargo, parte del cerio había cambiado su estado de oxidación de Ce (IV) a Ce (III), lo que puede alterar la reactividad química de las nanopartículas.

Se detectó zinc en nódulos, tallos y vainas en concentraciones más altas que en un grupo de control de plantas. El análisis espectral no mostró la presencia de zinc en las plantas enlazadas como nanopartículas de ZnO, lo que significa que el zinc en las nanopartículas se había biotransformado. Los espectros sugieren que los ácidos orgánicos presentes en las plantas, como el citrato, son los ligandos probables del zinc.

"Como el zinc está presente en la mayoría de las plantas, No fue una sorpresa que el zinc de las nanopartículas del suelo pueda entrar en el tejido de la planta. Pero las plantas también pueden asimilar elementos más peligrosos como el cadmio o el arsénico que, cuando se usa en nanopartículas, podría representar una amenaza real ", dice Hiram Castillo." Nuestros resultados también han demostrado que las nanopartículas de CeO2 pueden ser absorbidas por los cultivos alimentarios cuando están presentes en el suelo. El cerio no tiene un socio químico en el tejido vegetal y no se biotransforma en la soja, pero aún llega a la cadena alimentaria y a la próxima generación de plantas de soja ”, agrega Jorge Gardea-Torresdey.

"Hay que tener en cuenta que una vez que las nanopartículas diseñadas entran en la cadena alimentaria, este es un proceso acumulativo. Los niveles tolerables de hoy pueden volverse peligrosos mañana. Por eso es importante estudiar no solo si las nanopartículas artificiales pueden ser captadas del suelo sino también cómo se biotransforman en las plantas ”, concluye Jorge Gardea-Torresdey.

Arturo A. Keller de la Universidad de California en Santa Bárbara y codirector del Centro UC para las Implicaciones Ambientales de la Nanotecnología, que no participó en esta investigación, comentarios:

"Es un artículo fascinante con algunas preocupaciones genuinas en términos de posibles implicaciones para la salud. Si bien no podemos atribuir directamente la ingestión de nanopartículas a ninguna enfermedad o síntoma en particular, Sabemos por los últimos estudios de laboratorio la potencia que tienen algunos en términos de infiltrar nuestras células y tejidos y causar daño. El hecho de que estas partículas potencialmente peligrosas estén siendo absorbidas por un cultivo tan común sugiere la necesidad de revisar qué materiales se utilizan en la agricultura en todo el mundo. En particular, genera preocupación sobre el uso de aguas residuales tratadas para regar cultivos en todo el mundo, lo que puede proporcionar una ruta para que estas partículas potencialmente peligrosas entren en nuestros cuerpos si el contenido del agua no se maneja de manera más estricta ".