Nanoplastiche e biodistribuzione nei pesci

Negli ultimi decenni, la contaminazione da plastica è diventata una delle principali preoccupazioni mondiali. Una delle cause principali dell’inarrestabile aumento della produzione delle materie plastiche, oltre alle loro caratteristiche chimico-fisiche, è sicuramente la loro elevata stabilità nel tempo. La principale conseguenza è però l’elevata permanenza dei rifiuti plastici nell’ambiente. Da studi presenti in letteratura sull’economia circolare, solo il 9% di questi rifiuti viene riciclato, mentre il 12% viene incenerito e il 79% finisce in discarica. Di conseguenza, i rifiuti plastici presenti nell’ambiente si frammentano in microparticelle ad alto indice di pericolosità per la nostra salute. In funzione della loro dimensione, i frammenti di plastica possono essere classificati come microplastiche (MP, dimensioni comprese tra 0,1 e 5000 μm) e nanoplastiche (NP, dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri), ottenute dalla degradazione chimica, fisica e meccanica della plastica rilasciata in ambiente.

L’inquinamento causato dalle micro e nanoplastiche è un tema di crescente interesse; a causa della loro lenta degradazione e delle loro piccole dimensioni, queste particelle possono essere ingerite anche da diverse specie animali, con possibilità di trasporto in diversi distretti dell’organismo e successivamente lungo la catena alimentare, dando luogo a bioaccumulo e complicazioni fisiologiche.

Molti studi si sono concentrati sugli effetti che la plastica e i suoi frammenti di diverse dimensioni potrebbero avere sugli organismi acquatici, come pesci e crostacei, ma anche su organismi terrestri, come uccelli e mammiferi.

Fig.1 – Osservazione al SEM delle anomalie nello sviluppo di embrioni di Zebrafish (Danio rerio) esposti a una soluzione acquosa concentrata di nanoparticelle di polistirene (conc. 20 mg/L nPS-NH2, dimensione media 50 nm). (A,D) Mancato sviluppo della coda; (B,E) malformazione dell’intero corpo; (C,F) curvatura della coda; (G) normale sviluppo del corpo (immagine di riferimento). Immagini acquisite con SEM Coxem EM-30plus.

L’ingestione di materiale plastico da parte di organismi viventi rappresenta un rischio per il biota: le microplastiche possono causare stress patologico, falsa sazietà, complicazioni riproduttive, stress ossidativo, bloccare la produzione di enzimi e ridurre i tassi di crescita.

Il polistirolo è una delle materie plastiche più prodotte e di conseguenza anche una delle tipologie di detriti plastici più diffusi nell’ambiente. I polimeri di polistirene sono spesso modificati chimicamente (con l’aggiunta di gruppi amminici o carbossilici) per renderli resistenti alla degradazione e per questo motivo sono quelli più ampiamente sintetizzati per un’ampia gamma di applicazioni tra cui biosensori, fotonica e nanocompositi.

Un recente articolo pubblicato dal Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali dell’Università degli Studi di Catania [1], ha studiato i meccanismi di assorbimento e biodistribuzione delle nanoplastiche di polistirene modificate con ammine negli embrioni di zebrafish (Danio rerio), un eccellente modello per il biomonitoraggio degli ambienti acquatici.

Gli studi condotti hanno dimostrato che le nanoplastiche con diametro di 100 e 50 nm, dopo essere state interiorizzate, possono raggiungere la testa e bioaccumularsi, soprattutto negli occhi. Inoltre, possono portare a stress ossidativo e apoptosi nelle diverse regioni in cui si bioaccumulano.

Tra le diverse tecniche di analisi impiegate, le immagini osservate al SEM a basso e alto ingrandimento hanno permesso di osservare anomalie nel processo di sviluppo degli embrioni: in quasi il 7% delle larve di pesce zebra esposte ad una soluzione 20 mg/L di nPS-NH2 (rispetto al gruppo di controllo in cui la percentuale è rimasta a 0%) sono state riscontrate malformazioni del corpo, curvatura della colonna, mancato sviluppo della coda e accumulo di sangue. Il SEM ha inoltre permesso di osservare alterazioni nella morfologia delle microstrutture.

Per l’osservazione al SEM i campioni sono stati sottoposti a un protocollo di disidratazione senza l’utilizzo di un Critical Point Dryer (CPD): le larve sono state fissate in glutaraldeide al 2.5% in PBS per 24 ore a 4°C. Successivamente, le larve sono state lavate in PBS per 10 minuti e disidratate con soluzioni alcoliche a concentrazione crescente. I campioni sono stati incubati con esametildisilazano (HDMS) e alcol (rapporto 1:1, v/v) per 5 minuti, in HDMS puro per 5 minuti e lasciati infine asciugare all’aria durante la notte. I campioni sono stati montati su stub con nastro conduttivo al carbonio e osservati al SEM (Coxem EM-30 plus).

[1] Contino, M.; Ferruggia, G.; Pecoraro, R.; Scalisi, E.M.; Cavallaro, G.; Bonaccorso, C.; Fortuna, C.G.; Salvaggio, A.; Capparucci, F.; Bottari, T.; Brundo, M.V. Uptake Routes and Biodistribution of Polystyrene Nanoplastics on Zebrafish Larvae and Toxic Effects on Development. Fishes 2023, 8, 168.

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