Estudio del potencial herbicida de nanopartículas de PGLA encapsulando atrazina, sobre vitro plantas de papa como modelo biológico

Abstract

Los herbicidas son vitales para el manejo de los cultivos en cuanto a su función controladora de arvenses y el beneficio indirecto que esto trae a la productividad de los cultivos. No obstante, su uso genera problemas ambientales, de salud pública y económicos. Su nivel de toxicidad, la proporción de ingrediente activo que se retiene en el ambiente y los costos asociados se combinan para convertirles en uno de los insumos agrícolas más costosos del mercado. Por lo tanto, existe una gran necesidad de desarrollar nuevos métodos para mitigar estos problemas. Aquí, informamos por primera vez sobre la síntesis de nanoherbicidas a base de poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) cargados con atrazina como ingrediente activo, obtenidos mediante el nanoprecipitación modificada. Caracterizamos las partículas según morfología, tamaño, interacción molecular, FTIR, eficiencia de encapsulación y tasa de liberación, entre otros. Finalmente usamos plantas de papa como modelo biológico para evaluar el herbicida donde evaluamos el efecto de diversas dosis sobre el crecimiento de plantas in vitro. Para poder observar los cambios ultraestructurales en las plantas anallizadas, se adaptó un método para procesar las muestras de ápices radicales mediante tinción selectiva y observación de cambios en la ultraestructura con microscopía de fluorescencia con lo que se comparó la distorsión potencial del nanoherbicida en el ciclo celular. Nuestro método produjo nanoherbicidas con un tamaño promedio de 110 ± 10 nm antes de la liofilización, cuyo tamaño se incrementó hasta cinco veces posterior a la liofilización. La eficiencia de encapsulación obtenida fue de 50%, y encuanto a la tasa de liberación, el cincuenta por ciento de la atrazina cargada en la matriz de PLGA se libera en 72 h. Además, realizamos simulaciones Monte Carlo para determinar la interacción química entre atrazina, PLGA y el sistema solvente. Uno de los resultados más significativos de estas simulaciones fue encontrar la formación de un enlace de hidrógeno de 1,9 Å entre PLGA y atrazina, lo que hace que esta interacción sea muy estable. El análisis FTIR reveló grupos funcionales asociados a la estructura de las moléculas en estudio, tanto del polímero, la atrazina y la interacción de ambas. Los bioensayos mostraron que conforme aumenta la concentración de atrazina en las nanopartículas de PLGA, las plantas de papa experimentaron una disminución significativa en la longitud del tallo, la longitud de la raíz, el peso fresco, el peso seco y el número de hojas, siendo la longitud de la raíz la más afectada. Estos resultados experimentales sugieren la eficacia herbicida de los nanoherbicidas PLGA cargados con atrazina para inhibir el crecimiento de la planta de patata. Por lo tanto, presentamos la prueba de concepto para el uso de nanoherbicidas PLGA como método alternativo para inhibir el crecimiento de arvenses. Los estudios futuros implicarán una comprensión profunda del mecanismo de interacción planta-nanoherbicida, así como el papel de PLGA como potenciador del crecimiento. De los ensayos de tinción de núcleo selectiva y su exploración con microscopía fluorescente, se obtuvieron evidencias para verificar el efecto que presentan los herbicidas en la distorsión del ciclo celular, principalmente en el arresto parcial de algunas fases previas a la mitosis. El protocolo que se estandarizó para realizar estos ensayos se validó y ahora forma parte de las herramientas del laboratorio de bioquímica aplicada para el estudio del ciclo celular en ápices de raíz.