Zinc oxide nanoparticles coupled with Deltamethrin as an effective and safer bio-nanomolecule for ticks

Resumen Técnico: Las nanopartículas de óxido de zinc combinadas con deltametrina como un bio-nanomolécula eficaz y más segura para las garrapatas

Planteamiento del problema
Las garrapatas son vectores de alimentación obligatoria de sangre responsables de pérdidas económicas significativas en la industria bovina y representan riesgos para la salud pública al albergar diversos patógenos. Las medidas de control actuales enfrentan desafíos debido al rápido aumento de las poblaciones de garrapatas, exacerbado por el cambio climático, y al creciente desarrollo de resistencia a los acaricidas químicos convencionales. Si bien se están desarrollando vacunas basadas en el antígeno Bm86, estas tienen dificultades para abordar las poblaciones de garrapatas genéticamente diversas. Además, la fuerte dependencia de los acaricidas químicos como la deltametrina ha provocado una reducción de la susceptibilidad en las poblaciones de garrapatas, lo que hace necesaria la exploración de alternativas más seguras y eficientes que minimicen la toxicidad en organismos no objetivo.

Metodología
Este estudio investigó la eficacia y seguridad de nanomateriales basados en zinc, específicamente nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) y sulfuro de zinc (ZnS), combinadas con el acaricida deltametrina.

• Síntesis: Las nanopartículas de ZnS y ZnO se sintetizaron mediante un método hidrotérmico. El ZnS se preparó haciendo reaccionar acetato de zinc dihidratado con tiourea a 170 °C, mientras que el ZnO se sintetizó utilizando acetato de zinc, polietilenglicol, urea y amoníaco a 110 °C. Ambos fueron posteriormente recubiertos con deltametrina de grado químico mediante agitación constante.
• Caracterización: Los nanomateriales sintetizados fueron caracterizados mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) para la morfología, espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDX) para la composición elemental y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para confirmar el recubrimiento exitoso de la deltametrina.
• Bioensayos acaricidas: La eficacia de los nanoacaricidas se probó contra garrapatas Hyalomma (adultos, larvas y huevos) utilizando tres protocolos estándar:
  • Prueba de inmersión de adultos (AIT)
  • Prueba de paquete de larvas (LPT)
  • Prueba de inmersión de huevos (EIT)
    Se registraron la mortalidad y la inhibición de la oviposición durante 24 a 48 horas para los adultos y hasta 21 días para los huevos. Las concentraciones letales (LC50 y LC90) se calcularon mediante el análisis Probit.
• Evaluación de toxicidad: Para evaluar la seguridad en organismos no objetivo, se empleó un ensayo de raíz de Allium cepa (cebolla). Este incluyó:
  • Ensayo de ana-telofase: para determinar los índices mitóticos y los índices de fase.
  • Ensayo de cometa (Comet assay): para cuantificar el daño al ADN.
  • Análisis de aberraciones cromosómicas: para observar cambios estructurales cromosómicos.
    Las pruebas se realizaron en varias concentraciones durante 24, 48 y 72 horas, comparando los nanoacaricidas con la deltametrina pura y los controles.

Resultos clave

• Morfología y caracterización: El análisis SEM reveló que las nanopartículas de ZnS poseían una morfología aproximadamente esférica y polidispersa con superficies rugosas, mientras que las nanopartículas de ZnO exhibieron estructuras en forma de flor, tubulares y multicanal. EDX y FTIR confirmaron la presencia de zinc, oxígeno/azufre y la integración exitosa de los grupos funcionales de la deltametrina (C-H, O-H, C=O, N-H) en las superficies de las nanopartículas.
• Eficacia acaricida:
  • Garrapatas adultas: Las nanopartículas de ZnO recubiertas con deltametrina (Delta-ZnO) demostraron la mayor eficacia con las concentraciones letales más bajas (LC50 = 3.8 mg/L; LC90 = 8.5 mg/L). En contraste, el grupo de deltametrina pura mostró concentraciones letales significativamente más altas (LC50 = 12.4 mg/L; LC90 = 30.5 mg/L), lo que indica una sensibilidad reducida o una posible resistencia en la población de garrapatas probada.
  • Huevos y larvas: Las nanopartículas Delta-ZnO fueron las más eficaces para inhibir la emergencia de larvas de huevos tratados (LC90 = 1.9 mg/L) y reducir la oviposición. Las nanopartículas Delta-ZnS también mostraron ser prometedoras, pero fueron ligeramente menos eficaces que sus contrapartes de óxido.
• Toxicidad y seguridad:
  • Genotoxicidad: El ensayo de Allium cepa reveló que, si bien las nanopartículas metálicas exhibieron efectos genotóxicos y citotóxicos de leves a moderados, el acaricida químico puro (deltametrina) causó una toxicidad de moderada a alta en cuanto al daño al ADN, los índices de fase y las aberraciones cromosómicas.
  • Seguridad comparativa: Las formulaciones de nanoacaricidas generalmente resultaron en niveles más bajos de aberraciones cromosómicas (como puentes de anafase, pegajosidad y roturas cromosómicas) y daño al ADN en comparación con el tratamiento de deltametrina pura en tiempos de exposición equivalentes.

Contribuciones clave

1. Eficacia mejorada: El estudio demuestra que acoplar la deltametrina con nanopartículas de ZnO reduce significativamente la concentración letal necesaria para matar a las garrapatas Hyalomma en comparación con el químico sin recubrimiento, lo que sugiere un mecanismo potencial para superar la resistencia existente.
2. Reducción de la toxicidad en organismos no objetivo: Mediante el uso del modelo de la cebolla, la investigación proporciona evidencia de que la nanoformulación reduce la carga genotóxica y citotóxica en los sistemas biológicos no objetivo en comparación con el acaricida químico independiente.
3. Cobertura del ciclo de vida: Los nanoacaricidas fueron eficaces en múltiples etapas de vida de la garrapata (huevos, larvas y adultos), abordando una brecha crítica en las estrategias de control que a menudo fallan en impactar la viabilidad de los huevos.

Significancia y alegatos
Los autores sostienen que este estudio respalda el reaprovechamiento de acaricidas existentes en nanocompuestos más seguros y ecológicos. El trabajo sugiere que los nanomateriales de Zinc-Deltametrina ofrecen un enfoque de "Una sola salud" (One-health) al equilibrar una alta eficacia acaricida con impactos mínimos en otros organismos. El artículo postula que estos materiales son escalables y podrían integrarse en programas de gestión a nivel de hato o granja para combatir la resistencia acaricida prevalente. Sin embargo, los autores señalan modestamente que la comercialización exitosa requiere una evaluación adicional de la consistencia lote a lote en el tamaño de la nanopartícula y la morfología de la superficie, así como la coordinación con los agricultों para su aplicación práctica. El estudio concluye que, si bien los nanoacaricidas son prometedores a escala de laboratorio, representan una vía viable hacia estrategias de control de garrapatas más sostenibles.