Publication:
Assessing the ecotoxicological impacts of sunscreen components (Benzophenone-3 and TiO2 NPs) through in vivo models

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Authors
Ortiz Román, Melissa I.
Embargoed Until
Advisor
Román Velázquez, Felix R.
College
College of Arts and Sciences - Sciences
Department
Department of Chemistry
Degree Level
Ph.D.
Publisher
Date
2024-05-09
Abstract
The increasing use of titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) and benzophenone-3 (BP-3) in various industrial and personal care applications has raised concerns regarding their potential environmental impacts, particularly in aquatic ecosystems. Both ingredients are widely utilized in sun-protection creams. The toxicity of TiO2 P25 nanoparticles (TiO2 P25 NPs) in zebrafish (Danio rerio) embryos and BP-3 in both D. rerio embryos and Artemia salina was assessed, focusing on LC50, hatching rate, embryo development, and accumulation in tissue. Zebrafish embryos (~2 hpf) were exposed to concentrations ranging from 75 to 250 mg/L of TiO2 P25 NPs for 48 and 96 h. For BP-3, exposure concentrations ranged from 0.10 to 1.5 mg/L over 96 hours for D. rerio eleutheroembryos and 0.100-5.00 mg/L over 48h for A. salina. The Ti4+ concentrations in the tissues were determined using inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), and the TiO2 concentrations were calculated. The results revealed TiO2 concentrations of up to 1.27 mg/L after 96 h of exposure, with developmental effects observed but no significant impact on mortality or hatching. LC20 and LC30 were determined experimentally, and LC50 and LC80 were estimated. Additionally, physical malformations were observed in up to 11% of embryos, highlighting the potential teratogenic effects and ecological risks associated with TiO2 NPs. Analytical techniques, such as ultrasound-assisted emulsified liquid-phase microextraction (UA-ELPME) and high-performance liquid chromatography with diode array detection (HPLC-DAD), have been used for tissue analysis and BP-3 concentration determination. Zebrafish eleutheroembryos demonstrated a high absorption rate of BP-3, reaching 79% within 96 h of exposure. Although no significant mortality or hatching changes were observed, developmental effects were evident, with lethal concentrations determined for both organisms. Lethal concentrations for BP-3 were determined (A. salina LC50 at 24h= 3.19 ± 2.02 mg/L; D. rerio embryos LC50 at 24h= 4.19 ± 3.60 mg/L). Physical malformations, including intestinal tract alterations in A. salina, pericardial edema, and spinal deformities in zebrafish embryos, underscore the environmental risks posed by TiO2 NPs and BP-3, highlighting the potential threats to species and ecosystem health.

El aumento en el uso de nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2 NPs) y benzofenona-3 (BP-3) en diversas aplicaciones industriales y de cuidado personal ha generado preocupaciones sobre su potencial impacto ambiental, particularmente en los ecosistemas acuáticos. Ambos ingredientes son utilizados ampliamente en cremas de protección solar. Se evaluó la toxicidad de las TiO2 P25 NPs en embriones de pez cebra (Danio rerio) y de BP-3 tanto en embriones de D. rerio como en Artemia salina, centrándose en la LC50, la tasa de eclosión, el desarrollo embrionario y la acumulación en tejidos. Los embriones de pez cebra (~2 hpf) fueron expuestos a concentraciones que fueron desde 75 hasta 250 mg/L de TiO2 P25 NPs durante 48 y 96 h. Para BP-3, las concentraciones de exposición variaron de 0.10 a 1.5 mg/L durante 96 horas para eleuteroembriones de pez cebra y de 0.100 a 5.00 mg/L durante 48h para A. salina. Las concentraciones de Ti4+ en los tejidos se determinaron utilizando espectrometría de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), y las concentraciones de TiO2 se calcularon. Los resultados revelaron concentraciones de TiO2 de hasta 1.27 mg/L después de 96 h de exposición, con efectos observados en el desarrollo, pero sin impacto significativo en la mortalidad o la eclosión. LC20 y LC30 se determinaron experimentalmente, y LC50 y LC80 se estimaron. Además, se observaron malformaciones físicas en hasta el 11% de los embriones, destacando los posibles efectos teratogénicos y riesgos ecológicos asociados con las TiO2 NPs. Técnicas analíticas, como la microextracción en fase líquida emulsionada asistida por ultrasonidos (UA-ELPME) y la cromatografía líquida de alto rendimiento con detección de arreglo de diodos (HPLC-DAD), se utilizaron para el análisis de tejidos y la determinación de la concentración de BP-3. Los eleuteroembriones de pez cebra demostraron una alta tasa de absorción de BP-3, alcanzando el 79% en 96 h de exposición. Aunque no se observaron cambios significativos en la mortalidad o la eclosión, los efectos en el desarrollo fueron evidentes, con concentraciones letales determinadas para ambos organismos. Se determinaron las concentraciones letales para BP-3 (LC50 en A. salina a las 24h= 3.19 ± 2.02 mg/L; LC50 en embriones de D. rerio a las 24h= 4.19 ± 3.60 mg/L). Malformaciones físicas, incluidas alteraciones en el tracto intestinal en A. salina, y edema pericárdico y deformidades espinales en embriones de pez cebra, subrayan los riesgos ambientales planteados por las TiO2 NPs y BP-3, lo que destaca las posibles amenazas para las especies y la salud del ecosistema.
Keywords
TiO2 P25 NPs,
Zebrafish embryos,
Oxybenzone,
Ecotoxicology,
Brine shrimp
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Cite
Ortiz Román, M. I. (2024). Assessing the ecotoxicological impacts of sunscreen components (Benzophenone-3 and TiO2 NPs) through in vivo models [Dissertation]. Retrieved from https://hdl.handle.net/20.500.11801/3704