Toxicity of silver nanoparticles and silver nitrate to the freshwater planarian Dugesia tigrina

Abstract

Atualmente, as nanopartículas de prata (AgNP) são bastante utilizadas em vários produtos devido às suas propriedades únicas e excecionais, nomeadamente a sua potente atividade antibacteriana. Algumas das suas aplicações comuns são em têxteis, produtos cosméticos e tintas. Deste modo, é esperada a presença de AgNP nos sistemas aquáticos. Tendo isto em consideração, o objetivo deste trabalho é descrever os efeitos tóxicos de AgNP de diferentes tamanhos, e comparar estes efeitos com os induzidos pela exposição a AgNO3 usando as características comportamentais das planárias da espécie Dugesia tigrina. Foram efetuados testes de exposição aguda (96 h) e testes de exposição crónica (8 dias) onde foram avaliados parâmetros como a sobrevivência, a locomoção, alimentação e regeneração cefálica. Foram selecionadas AgNP de diferentes tamanhos (AgNP de 10-25 nm e AgNP 3-8 nm) e comparados os efeitos com os da exposição a AgNO3, de modo a analisar se a toxicidade tem origem na libertação de iões Ag ou se é devida às propriedades das diferentes nanopartículas. Os resultados mostraram que os valores de LC50 para as 24, 48, 72 e 96 h não variaram ao longo do tempo para AgNP (10-25 nm) (76.62 μg L-1) e para AgNO3 (109.1 μg L-1). As planárias experienciaram nas primeiras 24 h várias alterações morfológicas na zona da cabeça como aurículas suprimidas e principalmente dissolução da cabeça. Estes efeitos notaram-se principalmente na AgNP (10-25 nm) e AgNO3. Em relação à exposição crónica, as planárias apresentaram uma redução significativa na locomoção e na alimentação na exposição a todas as nanopartículas estudadas, sendo estes parâmetros os mais sensíveis para D. tigrina. Relativamente à capacidade de regeneração não houve efeitos significativos à exposição a Ag. A fonte de toxicidade pode estar relacionada com as propriedades das AgNP que interferem com o sistema nervoso das planárias, causando a sua morte. Este estudo demonstrou que as planárias são um organismo adequado para estudos ecotoxicológicos comportamentais e devem ser considerados em metodologias de avaliação de risco ambiental.

Currently, silver nanoparticles (AgNP) are widely used in several products because of their unique and exceptional properties, particularly its potent antibacterial activity. Thus, AgNP are very often applied in textiles, cosmetics and paints. Under those circumstances, AgNP is expected to be present in aquatic systems. Taking this into consideration, the objective of the present work is to describe the toxicity of AgNP of different sizes and compare to the toxicity from AgNO3 exposure using behavioral endpoints of the planarian Dugesia tigrina. Acute exposure tests (96 h) and chronic exposure tests (8 days) were performed, in which parameters such as survival, locomotion, feeding and regeneration were evaluated. Therefore, AgNP of different sizes were selected (AgNP of 10-25 nm and AgNP 3-8 nm) and effects from exposure were compared to those from AgNO3, in order to analyze whether the source of toxicity was originated by release the ionic form of Ag or related to the inherent properties of nanoparticles. The results showed that LC50 values at 24, 48, 72 and 96 h were equal over time for AgNP (10-25 nm) (76.62 μg L-1) and for AgNO3 (109.1 μg L -1). In the first 24 h, planarians experienced several morphological alterations at the head region such as suppressed auricles and mainly head dissolution. These effects were noted mainly in AgNP (10-25 nm) and AgNO3 exposures. Regarding chronic exposure, planarians presented a significant reduction in locomotion and feeding activity upon both AgNP exposures. These endpoints revealed to be the most sensitive to D. tigrina. There were no significant effects on the regeneration test. The source of toxicity may be related to the properties of AgNP that interfere with nervous system of planarians consequently causing their death. This study demonstrated that planarians are an adequate organism for behavioural ecotoxicological studies and should be considered in environmental risk assessment methodologies.