Effetti biologici delle nanoplastiche nei colori

Effetti biologici delle nanoplastiche nei colori

L’elevato consumo globale di plastica e il conseguente scarico incontrollato nelle discariche e nei corsi d’acqua hanno un impatto significativo sull’ambiente. Sebbene la plastica sia resistente alla biodegradazione, la plastica più grande viene convertita in pezzi più piccoli se sottoposta ad abrasione meccanica in ambienti idrolitici o sotto irradiazione ultravioletta (UV).

Quando la plastica scomposta raggiunge una dimensione compresa tra un micrometro (μm) e cinque millimetri (mm), viene chiamata microplastica (MP). Le microplastiche si decompongono ulteriormente per formare nanoplastiche (NP), che hanno dimensioni inferiori a 1.000 nanometri (nm).

Imparare: Districazione degli effetti biologici delle nanoplastiche primarie dagli additivi nelle vernici a emulsione.Credito fotografico: RHJPhotos / Shutterstock.com

sfondo

Le NP primarie vengono sintetizzate per varie funzioni, come ingredienti aggiuntivi nelle vernici a dispersione a base acquosa e negli esfolianti nei cosmetici. Sebbene l’uso delle NP nei cosmetici sia in calo, circa 17 milioni di tonnellate di NP vengono utilizzate ogni anno nelle vernici a dispersione acquosa per rivestimenti architettonici.

Gli oceani sono anche inquinati da MP secondari, che derivano dall’abrasione della vernice degli scafi delle navi. L'ambiente è anche inquinato da MP secondari provenienti dalla segnaletica orizzontale e dall'abrasione sulle superfici esterne degli edifici.

Le vernici a emulsione acquosa contengono una miscela complessa di NP e MP inorganici e polimerici. Questi composti forniscono un'adeguata viscosità del colore, proprietà di non gocciolamento e stabilità colloidale.

La maggior parte delle vernici bianche aggiungono NP di biossido di titanio (TiO2), che vengono rilasciati dalle facciate verniciate in inverno. Molti organismi modello, inclusa la pulce d'acqua dei crostacei (Dapnia magna), hanno mostrato effetti avversi in seguito all'esposizione alle NP di TiO2.

L'effetto tossico delle NP di TiO2 è potenziato dagli effetti sinergici con altri composti come ioni cadmio e zinco, benzofenone e parabeni quando assorbiti dall'organismo.

Le NP vengono assorbite da vari organismi, principalmente attraverso l'adsorbimento sulle loro superfici e l'assorbimento. Ciò porta al bioaccumulo e alla biomagnificazione delle NP in numerosi organismi.

Diversi studi in vivo e in vitro hanno dimostrato che le NP inducono infiammazione, producono specie reattive dell’ossigeno (ROS) e sono citotossiche. Pertanto, è imperativo determinare l'effetto dei composti contenuti nelle vernici a emulsione sugli organismi.

L'effetto dei polimeri disciolti nelle vernici non è stato valutato perché non sono tossici a causa della lunghezza della loro catena.

A proposito di studiare

Uno recente Ecotossicologia e sicurezza ambientale Lo studio ha analizzato la composizione della vernice e le sue proprietà biologiche, poiché le vernici rilasciano polimeri e particelle nell'ambiente. Alcuni dei componenti comuni delle vernici includono NP inorganiche e polimeriche, polimeri disciolti e MP di ossidi metallici.

L’attuale studio ha valutato l’effetto di ciascuna frazione di colore a livello cellulare utilizzando fibroblasti murini come cellule L929 e D. magna, che è un indicatore comune di tossicità ambientale. Per determinare l'effetto delle frazioni di colore, i due organismi sopra menzionati sono stati esposti a diverse concentrazioni di frazioni di colore. Sono state valutate anche le funzioni metaboliche cellulari e l'immobilità di D. magna.

Due colori per le pareti (colore 1 e colore 2) sono stati selezionati come possibili rappresentanti per le applicazioni domestiche. Il Colore 1 è stato utilizzato per dipingere le pareti, mentre il Colore 2, che aveva una ridotta proprietà di gocciolamento, è stato utilizzato per dipingere i soffitti. Queste vernici sono state selezionate in base ai loro componenti, che includevano TiO2, biossido di silicio, carbonato di calcio (CaCO3) e poliacrilati, tutti comunemente presenti nella maggior parte delle vernici.

Risultati dello studio

Il potenziale zeta indicava la stabilità colloidale e la sua possibile interazione con il sistema biologico. I componenti della lacca 1 hanno mostrato un potenziale zeta negativo a tutti i valori di pH testati.

Inoltre, è stata osservata instabilità colloidale a pH 3 con potenziale zeta di -5 mV. L’aumento della concentrazione di sale ha anche aumentato l’instabilità colloidale.

Le NP con un diametro medio di 98 nm hanno mostrato stabilità colloidale. Il potenziale zeta del colore 2 era paragonabile a quello del colore 1.

I livelli di tossicità associati alle frazioni di colore sono stati determinati utilizzando il modello D. magna. Questo esperimento, utilizzando entrambi i colori in modo indipendente, ha rilevato che la concentrazione media effettiva (EC50) dei colori potrebbe immobilizzare il 50% di D. magna se esposto continuamente per 48 ore.

Inoltre, sono stati segnalati gli effetti avversi dei poliacrilati sugli organismi. Il copolimero disciolto del colore 2 si è accumulato nell'intestino della dafnia, il che potrebbe causare un'ostruzione intestinale.

Questa scoperta suggerisce fortemente la possibile esposizione tossica degli organismi marini ai polimeri disciolti.

Inoltre, i componenti del colore 1 sono stati adsorbiti sul guscio di D. magna.

Un test di proliferazione cellulare MTT utilizzando fibroblasti murini ha mostrato l'attività metabolica delle cellule esposte a frammenti di colorante, dimostrandone la vitalità. Al contrario, la vitalità cellulare L929 è stata fortemente influenzata da componenti su scala nanometrica di colori con potenziali zeta moderati.

Conclusioni

L'esperimento in vivo ha mostrato che i polimeri disciolti influenzavano significativamente D. magna. L’esposizione a CaCO3 e TiO2 NP ha comportato una diminuzione della vitalità cellulare.

È stata inoltre osservata una significativa riduzione dell'attività metabolica delle cellule L929 esposte a ossidi metallici e NP plastiche.

Nel loro insieme, le vernici a emulsione possono causare diverse reazioni biologiche negli organismi e nelle cellule. In futuro verranno sviluppate formulazioni di vernici innovative per ridurre il loro impatto negativo sull’ambiente.

Riferimento:

• Müller, KA, Brehm, J., Völkl, M., et al. (2022) Abgrenzung biologischer Wirkungen primärer Nanokunststoffe von Zusatzstoffen in Dispersionsfarben. Ökotoxikologie und Umweltsicherheit 242. doi:10.1016/j.ecoenv.2022.113877

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