p Das roupas e maquiagem que usamos aos dispositivos eletrônicos que usamos todos os dias, a nanotecnologia está se tornando onipresente. Mas embora a indústria tenha dominado a produção de tais materiais, pouco se sabe sobre seu destino quando sua vida útil chega ao fim. O projeto NANO-ECOTOXICIDADE analisou seu impacto nos organismos do solo. p Crescimento econômico, populações crescentes e escassez de recursos são três elementos principais do que é provavelmente uma das equações mais difíceis para a humanidade compreender. Muitos cientistas concordam que parte da solução está na nanotecnologia:menor, mais rápido, mais leve, Dispositivos mais inteligentes e baratos que também usam menos matérias-primas e consomem menos energia.

p Contudo, Ainda há um longo caminho a percorrer antes que a nanotecnologia possa ser considerada o Santo Graal do desenvolvimento científico. Seu impacto na saúde e no meio ambiente ainda é relativamente desconhecido e atualmente é o assunto de um acalorado debate entre cientistas, indústria, formuladores de políticas e organizações ambientais.

p NANO-ECOTOXICIDADE é um dos vários projetos da UE que tentam consertar as coisas. Olhando em nanopartículas de metal (NPs), baseia-se nas observações de que essas partículas vão cada vez mais acabar nos solos e que faltam dados confiáveis ​​sobre sua absorção por, e efeitos potenciais sobre, organismos do solo. A equipe coordenada pelo Dr. Claus Svendsen realizou testes de toxicidade para avaliar o efeito dos NPs de óxido de zinco (ZnO) e prata (Ag) em minhocas (Eisenia andrei e Lumbricus rubellus), com o objetivo de lançar luz sobre as principais rotas de captação de NPs metálicos nesses organismos.

p Dra. Maria Diez-Ortiz, líder de pesquisa do projeto NANO-ECOTOXICIDADE, nos fala sobre os resultados de sua pesquisa e como ela espera que eles ajudem a aumentar o conhecimento e moldar ferramentas que permitem o risco ambiental padrão e metodologias de avaliação de risco.

p Qual é o pano de fundo do projeto NANO-ECOTOXICIDADE?

p A nanotecnologia é baseada na ideia de que, projetando o tamanho e a forma dos materiais na escala dos átomos, ou seja, nanômetros (nm), óptica distinta, eletrônico, ou propriedades magnéticas podem ser ajustadas para produzir novas propriedades de valor comercial. Contudo, há uma preocupação óbvia de que essas novas propriedades também podem levar a um novo comportamento ao interagir com organismos biológicos, e, portanto, a efeitos tóxicos potencialmente novos.

p Uma vez que as nanopartículas (NPs) são semelhantes em tamanho aos vírus, sua captação e transporte através dos tecidos são baseados em mecanismos distintos daqueles de captação e transporte molecular. Portanto, existe a preocupação de que os testes toxicológicos padrão possam não ser aplicáveis ​​ou confiáveis ​​em relação aos NPs, portanto, comprometendo os procedimentos atuais de avaliação de risco.

p A maioria das pesquisas sobre nano-segurança no meio ambiente, até agora, enfocou o meio ambiente aquático. Pesquisa atual sobre o destino ambiental, Contudo, indica que os solos se tornarão o maior sumidouro ambiental de nanopartículas. Após sua entrada em fluxos de resíduos líquidos, as nanopartículas passarão pelo tratamento de águas residuais. processos, terminando em lamas residuais que podem acumular-se nas terras agrícolas onde estas lamas são frequentemente aplicadas.

p Quais são os principais objetivos do projeto?

p Este projeto trata da toxicocinética - isto é, a taxa com que uma substância química entra em um corpo e o afeta - de nanopartículas de metal que entram em contato com organismos que vivem no solo. O objetivo é determinar o destino e os efeitos das NPs nos ecossistemas terrestres por meio de estudos de caso com óxido de zinco e NPs de prata, que representam diferentes cinéticas de destino.

p Os principais objetivos do projeto são avaliar a toxicidade das nanopartículas metálicas em solos a curto e longo prazo; a principal via de exposição das minhocas e se ela difere das dos metais iônicos; e, finalmente, a influência dos meios de exposição na toxicidade das nanopartículas metálicas.

p O que há de novo ou inovador no projeto e a maneira como ele aborda essas questões?

p Temos realizado um estudo de longo prazo onde os solos com AgNP foram armazenados e deixados para envelhecer por até um ano; sua toxicidade foi testada no início e após três, sete e 12 meses de envelhecimento. Os resultados mostraram que a toxicidade da prata aumentou ao longo do tempo, o que significa que os testes de toxicidade padrão de curto prazo podem subestimar o risco ambiental das nanopartículas de prata.

p Em paralelo, descobrimos que organismos expostos a nanopartículas de prata em estudos de curto prazo acumularam concentrações de prata mais altas do que organismos que foram expostos à mesma concentração de massa de prata iônica. Contudo, esses organismos expostos a NP na verdade sofreram efeitos tóxicos menores. Esta observação contradiz a suposição prevalecente em toxicologia de que a concentração internalizada está diretamente relacionada à concentração química no local alvo e, portanto, à sua toxicidade. Essa observação cria um novo paradigma para a nanoecotoxicologia.

p O que ainda não se sabe é se o NP metálico acumulado pode, a longo prazo, tornar-se tóxico (por exemplo, através da dissolução e liberação de íons) em células e tecidos onde os AgNPs podem ser armazenados. Se isso ocorrer, as altas concentrações acumuladas podem resultar em maior toxicidade a longo prazo para NPs do que para formas iônicas. Isso pode revelar esses NPs acumulados como 'bombas-relógio' internalizadas, relevantes para efeitos e toxicidade de longo prazo.

p Contudo, deve-se ter em mente que as concentrações ambientais reduzidas resultantes do uso atual de nanopartículas (por exemplo, resultados de projetos da UE como NANOFATE2) são muitas vezes menores do que aquelas usadas nesses estudos, o que significa que tais acúmulos de prata relacionada às nanopartículas são improváveis ​​de ocorrer no ambiente ou, em última análise, em humanos.

p Que dificuldades você encontrou e como as resolveu?

p Os principais problemas encontrados referem-se ao rastreamento de nanopartículas dentro dos tecidos e solos, como ambos são matrizes complexas. A análise das partículas é um desafio em si, mesmo quando na água, mas para obter informações sobre seu estado nessas matrizes, muitas vezes requer concentrações de exposição irrealistas (devido aos baixos limites de detecção das técnicas altamente especializadas usadas para análise) ou extração das partículas das matrizes, o que poderia alterar potencialmente o estado das partículas.

p Neste projeto, Eu viajei para a Universidade de Kentucky para trabalhar com Jason Unrine e usei extrações suaves à base de água de amostras de solo imediatamente antes de analisá-las usando 'fracionamento de fluxo de campo' e 'espectrometria de massa de plasma indutivamente acoplado' para identificar o estado das nanopartículas em meus solos envelhecidos .

p Para ver que forma (especiação) de prata e zinco a partir das exposições de nanopartículas poderia ser encontrada dentro de vermes, colaborei com pesquisadores da NANOFATE na Universidade de Cardiff que fixaram e seccionaram finamente os tecidos do verme. Tive a sorte de ter tempo de usar instalações especializadas, como o síncrotron Diamond Light Source do Reino Unido, para investigar onde e de que forma os metais e as nanopartículas em potencial podem ser encontrados nesses tecidos.

p O principal desafio é que, assim que você tira as nanopartículas da garrafa do fabricante, elas começam a mudar, particularmente quando colocado em ambientes como solos e águas naturais, ou mesmo organismos. Portanto, é necessária muita caracterização durante a exposição para estabelecer o estado das nanopartículas às quais os organismos foram expostos e a rapidez com que mudam de partículas puras para íons dissolvidos, ou partículas com superfícies completamente diferentes.

p Soluções técnicas para caracterização foram encontradas durante este breve projeto, mas isso continuará sendo um desafio logístico por muitos anos, pois o equipamento de análise ainda é muito especializado e caro e, portanto, geralmente não está disponível.

p Quais são os resultados concretos da pesquisa até agora?

p O projeto nos ajudou a tirar várias conclusões sobre o impacto dos NPs no meio ambiente e como avaliá-los. Primeiro, agora sabemos que a acidez do solo, ou pH, influencia a dissolução e toxicidade das nanopartículas de ZnO.

p Então, descobrimos que a toxicidade das nanopartículas de prata aumenta com o tempo e que o revestimento das partículas afeta sua toxicidade para os invertebrados do solo.

p Como mencionado anteriormente, minhocas expostas a nanopartículas de prata por 28 dias acumularam maiores concentrações de prata do que minhocas expostas a íons de prata, sem que o excesso de prata das nanopartículas tenha um efeito tóxico. Além disso, a ingestão do solo foi identificada como a principal via de exposição ao AgNP e ZnONP nas minhocas.

p Como a indústria e os tomadores de decisão podem garantir que os nanomateriais não afetem nosso meio ambiente?

p Esperamos que este projeto, e o projeto maior da UE, NANOFATE, ao qual está vinculado, fornecerá conhecimentos e ferramentas que possibilitem a aplicação de metodologias padrão de avaliação de risco e risco ambiental a nanopartículas projetadas (ENPs) com apenas algumas modificações criteriosas. Os sistemas e protocolos atuais para avaliação de risco químico foram desenvolvidos ao longo de décadas, e onde não existem novos mecanismos tóxicos, nossos resultados tendem a dizer que o nano se encaixa, contanto que medamos as coisas certas e caracterizemos as exposições realistas de maneira adequada.

p Nossa pesquisa visa determinar os ajustes metodológicos mínimos necessários. Até agora, tudo indica que os benefícios potenciais da nanotecnologia podem ser realizados e gerenciados com segurança junto com outros produtos químicos. Embora estejamos bastante confiantes neste estágio de que os ENPs não impõem efeitos agudos maiores em parâmetros biológicos importantes - como a reprodução - do que suas formas iônicas, os resultados da NANO-ECOTOXICIDADE demonstram que temos um caminho a percorrer antes de podermos afirmar em alto e bom som que não acreditamos na existência de qualquer novo efeito de baixo nível ou de longo prazo.

p Quanto a todos os produtos químicos, provar tal negativa é impossível usando testes de curto prazo. Achamos que as conclusões finais da indústria e dos reguladores sobre o uso seguro de nanopartículas devem e terão que ser feitas de acordo com uma abordagem de 'peso da evidência' - provando que há uma lacuna entre os níveis prováveis ​​de exposição previstos e aqueles níveis vistos como causadores de quaisquer efeitos ou acumulações dentro das espécies do ecossistema.

p Quais são os próximos tópicos de sua pesquisa?

p Este projeto foi concluído, mas a próxima etapa para qualquer outra oportunidade de financiamento seria abordar cenários de exposição cada vez mais relevantes para o meio ambiente, analisando como as nanopartículas se modificam no ambiente e interagem com tecidos vivos e organismos em diferentes níveis tróficos. Eu gostaria de investigar a transformação e as interações das nanopartículas em tecidos vivos. A data, os estudos que identificaram esse acúmulo "excessivo" de cargas metálicas não tóxicas em organismos expostos a nanopartículas foram de curto prazo.

p Além do potencial obviamente aumentado de transferência da cadeia alimentar, também não se sabe se, a longo prazo, o metal derivado de NP acumulado acaba se tornando tóxico quando presente em tecidos e células. Essa transformação e liberação de íons metálicos dentro dos tecidos pode resultar em maior toxicidade de longo prazo para NPs do que para formas iônicas.

p Além disso, Quero testar exposições em um modelo de ecossistema funcional, incluindo interações interespecíficas e transferência trófica. Uma vez que as interações entre biota e nanopartículas são relevantes em sistemas naturais do solo, é necessário cautela ao tentar prever as consequências ecológicas das nanopartículas com base em ensaios de laboratório realizados com apenas uma única espécie. Na presença de todo o complemento de componentes biológicos dos sistemas de solo, NPs complexos podem seguir uma série de caminhos nos quais os revestimentos podem ser removidos e substituídos por materiais de exsudado. Estudos para quantificar a natureza dessas interações são, portanto, necessários para identificar o destino, biodisponibilidade e toxicidade de formas 'não puras' realistas de NPs presentes em ambientes reais de solo.

p O projeto foi coordenado pelo Natural Environment Research Council do Reino Unido.