Publication:
Assessment of ecotoxicity and accumulation capacity of zinc oxide nanoparticles and benzophenone-2 UV filters using in vivo models

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Authors
Casiano Muñiz, Ileska M.
Embargoed Until
Advisor
Román Velázquez, Félix R.
College
College of Arts and Sciences - Sciences
Department
Department of Chemistry
Degree Level
Ph.D.
Publisher
Date
2024-05-10
Abstract
The presence of ultraviolet (UV) filters in commercial products, such as personal care products (PCPs), has raised significant concerns regarding their environmental and public health impacts. Studies have shown widespread contamination of aquatic environments by UV filters, leading to adverse effects on aquatic organisms. These pollutants can accumulate in sediments, posing risks to aquatic species and potentially affecting ecosystems and humans through the food chain. This research aims to elucidate the underlying mechanisms driving the toxicity of UV filters and their implications for human health. Despite limited research on the effects of Zinc Oxide nanoparticles (ZnO NPs) and Benzophenone-2 (BP-2) on aquatic organisms, knowledge gaps remain. This study evaluated the ecotoxicity and environmental impacts of ZnO NPs and BP-2 using in vivo models. ZnO NPs (32.2 ± 5.2 nm), synthesized and characterized, were tested on zebrafish (Danio rerio) and Artemia salina revealing significant lethal concentrations (86.95 ± 0.21mg/L) and physical malformations in Artemia salina. Zinc was detected in fish tissues post-exposure, particularly in the gastrointestinal (GI) tract, using ICP-OES. BP-2 toxicity was assessed using cytochrome P450 (CYP450) assays, which indicated CYP3A induction at chronic exposure and 10 mg/L concentration. Molecular docking results confirmed the PXR interaction, which suggests an induction mediated through PXR. Additional assays confirmed accumulation in the zebrafish GI tract, and the activity of catalase (CAT) progressively decreased with both prolonged exposure time and higher concentrations of BP-2. These results highlight the crucial role of UV filters in consumer goods and underscore the need to address concerns in this evolving field.

La presencia de filtros ultravioleta (UV) en productos comerciales, como productos de cuidado personal (PCP), ha suscitado preocupaciones significativas sobre sus impactos ambientales y en la salud pública. Estudios han demostrado una contaminación generalizada de entornos acuáticos con filtros UV, lo que conlleva efectos adversos en organismos acuáticos. Estos contaminantes pueden acumularse en sedimentos, representando riesgos para especies acuáticas y potencialmente impactando los ecosistemas y los seres humanos a través de la cadena alimentaria. Esta investigación tiene como objetivo elucidar los mecanismos subyacentes que impulsan la toxicidad de los filtros UV y sus implicaciones para la salud humana. A pesar de la investigación limitada sobre nanopartículas de óxido de zinc (ZnO NPs) y los efectos del Benzofenona-2 (BP-2) en organismos acuáticos, persisten brechas de conocimiento. El estudio evalúa la ecotoxicidad y el impacto ambiental de ZnO NPs y BP-2 utilizando modelos in vivo. Las ZnO NPs (32.2 ± 5.2 nm), sintetizadas y caracterizadas, se probaron en peces cebra (Danio rerio) y Artemia salina, revelando concentraciones letales significativas (86.95 ± 0.21mg/L) y malformaciones físicas en Artemia salina. Se detectó zinc en tejidos de peces después de la exposición, particularmente en el tracto gastrointestinal (GI) utilizando ICP-OES. La toxicidad de BP-2 se evaluó mediante ensayos de citocromo P450 (CYP450), indicando una inducción de CYP3A en exposición crónica y a una concentración de 10mg/L. Los resultados de acoplamiento molecular confirman la interacción con PXR, lo que sugiere una inducción mediada a través de PXR. Los ensayos adicionales confirmaron la acumulación en el tracto GI de peces cebra y la actividad de la catalasa (CAT) disminuyó progresivamente con el tiempo prolongado de exposición y las concentraciones más altas de BP-2. Estos resultados resaltan el papel crucial de los filtros UV en los bienes de consumo, subrayando la necesidad de abordar preocupaciones en este campo en evolución.
Keywords
Ecotoxicity,
Zinc oxide nanoparticles,
Benzophenone-2,
UV filters
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Cite
Casiano Muñiz, I. M. (2024). Assessment of ecotoxicity and accumulation capacity of zinc oxide nanoparticles and benzophenone-2 UV filters using in vivo models [Dissertation]. Retrieved from https://hdl.handle.net/20.500.11801/3701