Uso de biomarcadores de genotoxicidade e histopatológicos para avaliação de toxicidade de vermiculita expandida magnética e vermiculita expandida em peixes Danio rerio

Abstract

Alguns materiais, entre os quais o mineral vermiculita, estão sendo usados como absorventes de compostos orgânicos na água; entretanto, pouco é conhecido sobre a toxicidade atribuída a sua exposição. No presente trabalho, utilizou-se o peixe Danio rerio para avaliar os possíveis efeitos toxicológicos advindos da exposição aguda ao mineral Vermiculita Expandida (VE) e ao nanocompósito Vermiculita Expandida Magnética (VEM). Para tanto, utilizou-se biomarcadores histopatológicos e de genotoxicidade (fragmentação de DNA detectada por meio do teste do cometa, ensaio de micronúcleos e anormalidades nucleares). Foi realizada ainda, a caracterização morfológica da VE e da VEM por meio de Microscopia Eletrônica Transmissão e Varredura, cuja composição química foi determinada por Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios X (EDS). Para a avaliação toxicológica, peixes adultos foram expostos a concentrações crescentes (0, 25, 50, 100, 150 e 200 mg/L) por 96 horas, constituindo os grupos experimentais VE (VE0, VE25, VE50, VE100, VE150, VE200) ou VEM (VEM0, VEM25, VEM50, VEM100, VEM150, VEM200). Cada subgrupo foi constituído por oito peixes, com posterior realização de duplicatas nas mesmas condições experimentais. Os peixes foram observados quanto à ocorrência de alterações clínicas e comportamentais, morbidade e mortalidade durante o período de exposição. Posteriormente, os peixes foram eutanasiados, o sangue foi coletado para a avaliação da genotoxicidade e os órgãos foram coletados para avaliação histopatológica. Após avaliação pela EDS e das micrografias, constatou-se que a VE apresentou principalmente em sua composição oxigênio, magnésio e alumínio e que a VEM apresentou como elementos principais tais constituintes e sobretudo o ferro. Por meio da Microscopia Eletrônica Transmissão verificou-se que as nanopartículas de ferro estavam adsorvidas sobre a superfície da VE, apresentando diâmetro médio de 10,00±2,76nm. O teste de cometa indicou um aumento significativo da fragmentação apenas para o grupo exposto a maior concentração da VE em relação ao controle (p≤0,05). Por outro lado, em todos os grupos tratados com VEM observou-se um aumento significativo de fragmentação de DNA quando comparados ao grupo controle (p˂0,001). Quanto à ocorrência de anormalidades nucleares ou de micronúcleos não foram observadas diferenças significativas entre os grupos experimentais, assim como, não foram observadas alterações histológicas significativas. Entretanto, no lúmen intestinal, nos enterócitos e células caliciformes foram observadas a presença da VE e da VEM nos grupos expostos quando comparados com os grupos controles. Os resultados da fragmentação do DNA sugerem que VE causa fragmentação do DNA na maior concentração (VE200), entretanto, esse efeito genotóxico foi observado em todos os grupos expostos à VEM, sendo um indicativo de que a presença de nanopartículas de ferro teria a capacidade de influir na toxicidade observada. Entretanto, estudos adicionais devem ser realizados para comprovação destes resultados. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Some materials, including the mineral vermiculite, are used as absorbents of organic compounds in water; however, little is known about the toxicity assigned to its exposure. In this study, we use Danio rerio to assess the toxicological effects by acute exposure to the mineral expanded vermiculite (EV) and the nanocomposite magnetic expanded vermiculite (MEV). For that, we used histopathological and genotoxicological (DNA fragmentation by comet assay, micronucleus test and nuclear abnormalities) biomarkers. Transmission and Scanning Electron Microscopy was used to characterize the EV and MEV, and Spectrometry Energy Dispersive X-ray (EDS) was employed to determine their chemical composition. Adult fishes were exposed independently to EV and MEV at increasing concentrations (0, 25, 50, 100, 150 e 200 mg/L) during 96 hours for toxicological evaluation. At each concentration, eight fishes were used and duplicates were performed under the same experimental conditions. The occurrence of clinical and behavioral alterations, morbidity and mortality during the exposure were observed. Subsequently, fishes were euthanized and blood was collected for genotoxicological evaluation and organs were collected for histopathological evaluation. EDS revealed mostly the presence of oxygen, magnesium and aluminum in EV and MEV respectively. Nonetheless, more iron was observed in MEV than EV. The iron nanoparticles (10.00 ± 2.76 nm) were adsorbed onto the surface of EV. Comet assay revealed statistically significant differences between the highest concentration of EV and control group (p≤0.05), however, all groups exposed to MEV showed statistically significant differences in relation to the control group (p˂0.001). Both micronucleus and nuclear abnormalities tests showed no significant differences between the control group and the exposed groups for both EV and MEV. Significant histological changes in gills, liver or gut were not observed among the experimental groups. However, fishes of exposed groups showed that enterocytes and goblet cells contained EV and MEV. These results suggest that EV (EV200) promoted DNA fragmentation, as observed by the comet assay. Genotoxicological effects were observed in all groups exposed to MEV, indicating that the presence of nanoparticles would be able to influence the toxicity observed, although further studies should be performed to corroborate these results.