Desde la ropa y el maquillaje que usamos hasta los dispositivos electrónicos que usamos todos los días, la nanotecnología se está volviendo omnipresente. Pero si bien la industria ha dominado la producción de tales materiales, poco se sabe sobre su destino una vez que su vida útil llega a su fin. El proyecto NANO-ECOTOXICITY analizó su impacto en los organismos del suelo.

Crecimiento económico, El aumento de la población y la escasez de recursos son tres elementos principales de lo que probablemente sea una de las ecuaciones más difíciles de comprender para la humanidad. Muchos científicos coinciden en que parte de la solución está en la nanotecnología:más pequeña, más rápido, encendedor, Dispositivos más inteligentes y económicos que también utilizan menos materias primas y consumen menos energía.

Sin embargo, Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que la nanotecnología pueda considerarse el Santo Grial del desarrollo científico. Su impacto en la salud y el medio ambiente aún es relativamente desconocido y actualmente es objeto de un acalorado debate entre científicos. industria, formuladores de políticas y organizaciones ambientales.

NANO-ECOTOXICITY es uno de varios proyectos de la UE que intentan aclarar las cosas. Analizando nanopartículas metálicas (NP), se basa en observaciones de que estas partículas terminarán cada vez más en el suelo y que faltan datos fiables sobre su absorción por, y efectos potenciales sobre, organismos del suelo. El equipo coordinado por el Dr. Claus Svendsen ha realizado pruebas de toxicidad para evaluar el efecto de los NP de óxido de zinc (ZnO) y plata (Ag) en las lombrices de tierra (Eisenia andrei y Lumbricus rubellus), con el objetivo de arrojar luz sobre las principales rutas de captación de NP de metales en estos organismos.

Dra. Maria Diez-Ortiz, líder de investigación del proyecto NANO-ECOTOXICITY, nos cuenta sobre los hallazgos de su investigación y cómo espera que ayuden a aumentar el conocimiento y dar forma a las herramientas que permitan metodologías estándar de evaluación de riesgos y peligros ambientales.

¿Cuáles son los antecedentes del proyecto NANO-ECOTOXICITY?

La nanotecnología se basa en la idea de que, mediante la ingeniería del tamaño y la forma de los materiales a la escala de los átomos, es decir, nanómetros (nm), óptica distinta, electrónico, o las propiedades magnéticas se pueden ajustar para producir nuevas propiedades de valor comercial. Sin embargo, Existe una preocupación obvia de que tales propiedades novedosas también puedan conducir a un comportamiento novedoso al interactuar con organismos biológicos, y por tanto a efectos tóxicos potencialmente nuevos.

Dado que las nanopartículas (NP) son similares en tamaño a los virus, su captación y transporte a través de los tejidos se basan en mecanismos distintos de los de captación y transporte molecular. Por lo tanto, Existe la preocupación de que las pruebas toxicológicas estándar no sean aplicables o confiables en relación con los NP, por lo tanto, compromete los procedimientos actuales de evaluación de riesgos.

La mayor parte de la investigación sobre nano-seguridad en el medio ambiente se ha centrado hasta ahora en el medio acuático. Investigación actual sobre el destino ambiental, sin embargo, indica que los suelos se convertirán en el mayor sumidero ambiental de nanopartículas. Después de su entrada en corrientes de desechos líquidos, las nanopartículas pasarán por el tratamiento de aguas residuales. procesos, terminando en lodos residuales que pueden acumularse en las tierras agrícolas donde a menudo se aplican estos lodos.

¿Cuáles son los principales objetivos del proyecto?

Este proyecto se ocupa de la toxicocinética, es decir, la velocidad a la que una sustancia química entra en un cuerpo y lo afecta:las nanopartículas metálicas que entran en contacto con organismos que viven en el suelo. El objetivo es determinar el destino y los efectos de las NP en los ecosistemas terrestres mediante estudios de caso con NP de óxido de zinc y plata, que representan diferentes cinéticas del destino.

Los principales objetivos del proyecto son evaluar la toxicidad de las nanopartículas metálicas en los suelos a corto y largo plazo; la principal vía de exposición de las lombrices de tierra y si difiere de las de los metales iónicos; y, finalmente, la influencia de los medios de exposición en la toxicidad de las nanopartículas metálicas.

¿Qué tiene de nuevo o innovador el proyecto y la forma en que aborda estos problemas?

Hemos estado realizando un estudio a largo plazo en el que se almacenaron suelos con AgNP y se dejaron envejecer hasta por un año; su toxicidad fue probada al principio y después de tres, siete y 12 meses de crianza. Los resultados mostraron que la toxicidad de la plata aumentó con el tiempo, lo que significa que las pruebas de toxicidad estándar a corto plazo pueden subestimar el riesgo ambiental de las nanopartículas de plata.

En paralelo, Descubrimos que los organismos expuestos a nanopartículas de plata en estudios a corto plazo acumulaban concentraciones de plata más altas que los organismos que estaban expuestos a la misma concentración de masa de plata iónica. Sin embargo, estos organismos expuestos a NP en realidad sufrieron efectos tóxicos menores. Esta observación contradice la suposición predominante en toxicología de que la concentración internalizada está directamente relacionada con la concentración química en el sitio objetivo y, por lo tanto, con su toxicidad. Esta observación crea un nuevo paradigma para la nanoecotoxicología.

Lo que aún no se sabe es si el metal NP acumulado puede, a largo plazo, volverse tóxico en última instancia (por ejemplo, a través de la disolución y liberación de iones) en las células y tejidos donde se pueden almacenar los AgNP. Si esto ocurriera, las altas concentraciones acumuladas pueden resultar en última instancia en una mayor toxicidad a largo plazo para las NP que para las formas iónicas. Esto puede revelar estos NP acumulados como 'bombas de tiempo' internalizadas relevantes para los efectos a largo plazo y la toxicidad.

Sin embargo, Debe tenerse en cuenta que las concentraciones ambientales prohibidas resultantes del uso actual de nanopartículas (por ejemplo, los resultados de proyectos de la UE como NANOFATE2) son muchas veces menores que las utilizadas en estos estudios. lo que significa que es poco probable que tales acumulaciones de plata relacionada con nanopartículas se produzcan en el medio ambiente o, por último, Inhumanos.

¿Qué dificultades encontraste y cómo las resolviste?

Los principales problemas encontrados se relacionan con el rastreo de nanopartículas dentro de los tejidos y suelos, ya que ambos son matrices complejas. El análisis de las partículas es un desafío en sí mismo, incluso cuando está en el agua, pero para obtener información sobre su estado en estas matrices a menudo se requieren concentraciones de exposición poco realistas (debido a los bajos límites de detección de las técnicas altamente especializadas utilizadas para el análisis) o la extracción de las partículas de las matrices, lo que potencialmente podría cambiar el estado de las partículas.

En este proyecto, Viajé a la Universidad de Kentucky para trabajar con Jason Unrine y utilicé extracciones suaves a base de agua de muestras de suelo inmediatamente antes de analizarlas usando 'Fraccionamiento de flujo de campo' y 'Espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente' para identificar el estado de las nanopartículas en mis suelos envejecidos. .

Para ver qué forma (especiación) de plata y zinc de las exposiciones de nanopartículas se pueden encontrar dentro de los gusanos, colaboré con los investigadores de NANOFATE en la Universidad de Cardiff, quienes fijaron y seccionaron finamente los tejidos del gusano. Tuve la suerte de tener tiempo para utilizar instalaciones especializadas como el sincrotrón Diamond Light Source del Reino Unido para investigar dónde y en qué forma se pueden encontrar los metales y las posibles nanopartículas en estos tejidos.

El principal desafío es que tan pronto como sacas las nanopartículas de la botella de los fabricantes, comienzan a cambiar, particularmente cuando se coloca en ambientes como suelos y aguas naturales, o incluso organismos. Por lo tanto, se necesita mucha caracterización durante la exposición para establecer el estado de las nanopartículas a las que los organismos han estado expuestos y qué tan rápido están cambiando de partículas prístinas a iones disueltos. o partículas con superficies completamente diferentes.

Durante este breve proyecto se han encontrado soluciones técnicas para la caracterización, pero esto seguirá siendo un desafío logístico durante muchos años, ya que el equipo de análisis todavía es muy especializado y costoso y, por lo tanto, no está disponible en general.

¿Cuáles son los resultados concretos de la investigación hasta ahora?

El proyecto nos ha ayudado a sacar varias conclusiones sobre el impacto de los PN en el medio ambiente y cómo evaluarlos. Primero, ahora sabemos que la acidez del suelo, o pH, influye en la disolución y toxicidad de las nanopartículas de ZnO.

Luego, Descubrimos que la toxicidad de las nanopartículas de plata aumenta con el tiempo y que el recubrimiento de las partículas afecta su toxicidad para los invertebrados del suelo.

Como se menciono antes, Las lombrices de tierra expuestas a nanopartículas de plata durante 28 días acumularon concentraciones de plata más altas que las lombrices de tierra expuestas a iones de plata. sin que el exceso de plata de las nanopartículas tenga un efecto tóxico. Es más, La ingestión del suelo se identificó como la principal vía de exposición a AgNP y ZnONP en las lombrices de tierra.

¿Cómo pueden la industria y los responsables de la toma de decisiones garantizar que los nanomateriales no afecten nuestro medio ambiente?

Esperamos que este proyecto, y el proyecto más grande de la UE NANOFATE al que está vinculado, proporcionará conocimientos y herramientas que permitan aplicar metodologías estándar de evaluación de riesgos y peligros ambientales a las nanopartículas diseñadas (PEV) con solo unas pocas modificaciones juiciosas. Los sistemas y protocolos actuales para la evaluación de riesgos químicos se han desarrollado durante décadas, y donde no existan nuevos mecanismos tóxicos, Nuestros resultados tienden a decir que nano encaja siempre que midamos las cosas correctas y caractericemos las exposiciones realistas correctamente.

Nuestra investigación tiene como objetivo determinar los ajustes metodológicos mínimos necesarios. Hasta ahora, todo indica que los beneficios potenciales de la nanotecnología se pueden realizar y gestionar de forma segura junto con otros productos químicos. Si bien estamos bastante seguros en esta etapa de que los ENP no imponen mayores efectos agudos sobre parámetros biológicos importantes, como la reproducción, que sus formas iónicas, Los resultados de NANO-ECOTOXICIDAD demuestran que nos queda mucho camino por recorrer antes de poder afirmar alto y claro que no creemos que haya ningún efecto novedoso de bajo nivel o de largo plazo.

En cuanto a todos los productos químicos, probar tal negativo es imposible usando pruebas a corto plazo. Creemos que las conclusiones finales de la industria y los reguladores sobre el uso seguro de nanopartículas deben y deberán hacerse de acuerdo con un enfoque de `` ponderación de la evidencia '', lo que demuestra que existe una brecha entre los niveles de exposición probables pronosticados y los niveles que se considera que causan algún efecto o acumulaciones dentro de las especies del ecosistema.

¿Cuáles son los próximos temas de su investigación?

Este proyecto ha finalizado, pero el siguiente paso para cualquier otra oportunidad de financiación sería abordar escenarios de exposición cada vez más relevantes para el medio ambiente mediante el análisis de cómo las nanopartículas se modifican en el medio ambiente e interactúan con los tejidos y organismos vivos en diferentes niveles tróficos. Me gustaría investigar la transformación e interacciones de nanopartículas en tejidos vivos. Hasta la fecha, Los estudios que han identificado esta acumulación 'excesiva' de cargas metálicas no tóxicas en organismos expuestos a nanopartículas han sido de corta duración.

Aparte del evidente aumento del potencial de transferencia de la cadena alimentaria, tampoco se sabe si, a largo plazo, el metal derivado de NP acumulado finalmente se vuelve tóxico cuando está presente en tejidos y células. Tal transformación y liberación de iones metálicos dentro de los tejidos puede resultar en última instancia en una mayor toxicidad a largo plazo para las NP que para las formas iónicas.

Es más, Quiero probar las exposiciones en un ecosistema modelo en funcionamiento, incluidas las interacciones interespecíficas y la transferencia trófica. Dado que las interacciones entre la biota y las nanopartículas son relevantes en los sistemas de suelos naturales, Se necesita precaución al intentar predecir las consecuencias ecológicas de las nanopartículas basándose en ensayos de laboratorio realizados con una sola especie. En presencia del complemento completo de componentes biológicos de los sistemas del suelo, Los NP complejos pueden seguir una variedad de vías en las que los recubrimientos pueden eliminarse y reemplazarse con materiales exudados. Por lo tanto, se necesitan estudios para cuantificar la naturaleza de estas interacciones para identificar el destino, biodisponibilidad y toxicidad de formas realistas 'no prístinas' de NP presentes en entornos de suelo reales.

El proyecto fue coordinado por el Natural Environment Research Council del Reino Unido.