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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - UFSC
CENTRO TECNOLÓGICO - CTC
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL - PPGEA
Disciplina: Toxicologia Ambiental
Trimestre: 2023 - 1
Aluno: Caio Matos Rosa Matrícula: 202301433
Data: 16/05/2023
Resenha Crítica do Artigo: Toxicidade aguda e crônica de nanoestruturas de SiO2
funcionalizadas com amina em Daphnia magna
Introdução
Dióxido de silício (SiO2) estão entre as nanopartículas (NP) mais incorporadas em
produtos do mercado, fato que pode ser explicado pela versatilidade das SiO2NS (nano
estruturas, que, por sua vez, podem ser caracterizadas em diferentes formas, como
nanopartículas (NP), nanorods (NR) e nanotubes (NT). Dentre as principais características
destes materiais, citam-se baixo custo, facilidade na sintetização e controle em nanoescala.
São amplamente usados na industria de alimentos, cosméticos, produtos medicinais,
biotecnologia, agricultura, drogas, perfumes, entre outros. Recentemente, as
nanoestruturas de SiO2 se tornaram um nanomaterial importante para aplicação no
tratamento de água. A morfologia dos poros e a área de superfície facilitam o contato de
SiO2NS com possíveis contaminantes em efluentes, sendo usados em membranas de
filtração.
Alguns estudos indicam a baixa toxicidade aguda para o SiO2NS, porém não
descartam os potenciais tóxicos. Também é importante relacionar o tamanho e o formato
com o fator de toxicidade, inclusive levando em consideração as modificações da superfície,
ou seja, a funcionalização da molécula, conferindo diferentes propriedades dependendo da
sua aplicação.
Estudos com D. magna e Vero cells com SiO2 funcionalizado com diferentes
moléculas, indicando que o tipo de molécula também interfere diretamente na toxicidade e,
portanto, demandando estudos direcionados.
Portanto, para diferenciar a toxicidade das diferentes apresentações de SiO2, sem
revestimento ou amino-funcionalizados, foram amino-funcionalizados com APTMS (amina
primária) - SiO2NS@1 - ou com AEAEAPTMS (tri-amina) - SiO2NS@3, e então testada a
toxicidade aguda e crônica em D. magna.
Metodologia
As versões funcionalizadas do SiO2NS foram preparadas conforme metodologia,
utilizando-se móleculas adquiridas APTMS e AEAEAPTMS com comprimentos de
aproximadamente 0,9 nm e 1,7 nm. A morfologia e outros parâmetros físicos foram medidos
e caracterizados através de TEM. Foram utilizados diferentes meios de cultura, como água
ultrapura, meio ISO (usado nos testes de toxicidade aguda) e meio M4 (usado nos testes de
toxicidade crônica).
A avaliação toxicológica dos SiO2NS foi realizada com Daphnia magna, cultivadas de
acordo com as diretrizes publicadas pela ISO 6341 e NBR 12713. Os testes foram conduzidos
tanto para avaliação de toxicidade aguda quanto crônica. Para a toxicidade aguda foi
considerada a partir da imobilidade dos organismos após 48h e com os SiO2NS diluído em
meio ISO, e para a toxicidade crônica foram realizadas medições ao longo de 21 dias, com os
SiO2NS diluídos em meio M4, avaliando-se longevidade, reprodução, crescimento e tempo
até a primeira ninhada. O teste de toxicidade aguda forneceu, portanto, o CE50, enquanto o
teste de toxicidade crônica forneceu dados de Concentração de Efeito Não Observado
(CENO). Avaliou-se também morfologicamente os organismos expostos utilizando
microscopia MET e MEV, bem como intestino e os ovos.
Foram também medidos o Potencial Zeta (PZ), Diâmetro Efetivo e o Índice de
Polidispersão (PDI).
Resultados e discussão
Através da microscopia MET observou-se que todas as nanopartículas eram esféricas,
porosas e tinham diâmetros médios inferiores a 100 nm. Além disso, as partículas estavam
interconectadas por fios de sílica.
O aumento do tamanho das SiO2NS possuem relação direta com o tamanho das
próprias partículas utilizadas na funcionalização. Entretanto, outros fatores resultam no link
entre as moléculas com nanoestruturas, como a própria polimerização das sílicas vizinhas,
além de outras reações.
Ao diluir as nanopartículas nos meios ISO e M4, observou-se uma tendência à
aglomeração, provavelmente devido à presença de sais nos meios de cultura. Os resultados
mostraram que as nanopartículas funcionalizadas com amina tinham diâmetros maiores e
menor estabilidade quando dispersas nos meios ISO e M4 em comparação com a água ultra-
pura.
Por meio da espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR)
observou-se que a funcionalização reduziu a área de superfície das nanopartículas em
comparação com as nanopartículas de sílica não funcionalizadas.
No teste de toxicidade aguda as nanopartículas de sílica, funcionalizadas ou não, não
foram classificadas como substâncias tóxicas para o organismo aquático, pois as
concentrações letais foram maiores que 0,1 g/L. No teste de exposição crônica, as
nanopartículas funcionalizadas com amina mostraram maior toxicidade. Os efeitos mais
significativos quando expostos às nanopartículas não-funcionalizadas foram observados na
longevidade, reprodução e crescimento, enquanto os expostos à nanoestruturas
funcionalizados também afetou a reprodução.
O efeito "cavalo de Troia”, causado pela presença de grupos funcionais hidrofílicos,
como amina, podem interagir com as moléculas biológicas, e explicar as maiores toxicidades
das móleculas funcionallizadas com amina. Entretanto, outro ponto a ser destacado é
justamente o aumento da superfície de contato das partículas funcionalizadas, em
comparação as não-funcionalizadas, fato que também pode ter relação com a maior
toxicidade observada.
Apesar da reprodução ter sido dos parâmetros mais afetados no teste de toxicidade
crônica, somente evidenciou-se este efeito nas amostras funcionalizada, podendo também
ser atribuído ao aumento da área superficial destas partículas. Os organismos selecionados
para análise em microscópio foram os submetidos às maiores concentraçõe e que
ocasionaram problemas na reprodução, observando-se também, a nível microscópico,
alterações nas antenas e brânquias destes organismos - talvez caracterizando a maior
diferença quando comparado à exposição de daphneas às mesmas partículas porém na
escala bulk.
Através da microscopia MET também se observou alterações nas microvilosidades e
nas mitocrôndrias dos intestinos dos organismos expostos às partículas funcionalizadas.
Como a reprodução foi o parâmetro mais afeta à exposição crônica das partículas
funcionalizados, também foram avaliadas através da MET um inchaço e cristalólise nas
mitocôndrias e inchaço nas membranas do núcleo celular.
Conclusão e crítica do artigo
Os ensaios de caracterização demonstraram alterações significantes na
funcionalização com amina das nanoestruturas de SiO2, em termos de estabilidade e
tamanho. Assim como os meios de cultura ISO e M4 favoreceram a dispersão das NS,
comparando com a água ultra-pura.
Os testes de toxicidade aguda indicaram como o SiO2NS@3 sendo o mais tóxico,
seguido do SiO2NS (não funcionado) e por último o SiO2NS@1. Entretanto, devido aos
elevados valores de EC50 encontrados, nenhum deles foram considerados tóxicos.
Os ensaios de toxicidade crônica, para todas as amostras, tiveram os resultados mais
críticos na reprodução do microcrustáceo. Também se observou alterações estruturais,
como nas antenas e brânquias das organismos expostos à SiO2@NS1 e SiO2@NS3,
contribuindo para a hipótese de cavalo de tróia, devido a funcionalização com a amina. No
intestino dos organismos, também se observou alterações ultra-estruturais, nas
mitocôndrias e microvilosidades.
Este estudo demonstra que a amino-funcionalização de nanopartículas, mesmo que
de nanomateriais que possuam baixa toxicidade, representam toxicidade significativa
quando se trata de exposição crônica. Portanto, tratando-se de funcionalização de
microestruturas, é fundamental a ampliação dos estudos.
Apesar do artigo girar em torno de uma nanopartícula cujo material é um dos mais
abundantes na Terra e com baixa toxicidade (já apresentada em outros artigos), o estudo
aprofunda-se em análises toxicológicas, em especial ensaioscrônicos, de partículas
funcionalizadas (fato que for si só já apresentam alterações que podem agravar a toxicidade)
e funcionalizados com amina, que por sua vez, também possuem questões reativas e
estruturais que conferem caracteristicas específicas para este estudo.
Uma vez evidenciada a toxicidade crônica das partículas amino-funcionalizadas, em
especial com o parâmetro reprodução tendo o sido o mais afetado, torna-se fundamental
estudos ecotoxicológicos com outras espécies de organismos, de forma a estudar a
bioacumulação na cadeia trófica.