Aplicando la nanotecnología en los peces amazónicos

La acuicultura en la Amazonía ha experimentado un gran crecimiento en los últimos tiempos, tornándose como una de las actividades más importantes para el aporte de proteína animal y la seguridad alimentaria del poblador amazónico. Sin embargo, surge la necesidad de maximizar la eficiencia alimentaria, productiva y sanitaria de los organismos acuáticos cultivados, por lo que hoy en día se usan una serie de productos con capacidades inmunoestimulantes, promotoras de crecimiento y antiparasitarias de origen natural o sintético. Estos productos son administrados a los peces principalmente a través del alimento balanceado, por inmersión (baños terapéuticos) o vacunas.

A pesar de los buenos resultados logrados a nivel de ensayo o de laboratorio, se necesita una mayor eficacia y sostenibilidad en ambientes reales, por lo que ha sido necesario incorporar los avances científicos y tecnológicos que brinda la nanotecnología actualmente.

La Iniciativa Nacional de Nanotecnología de los Estados Unidos (NNI) define a la nanotecnología como “el estudio de la materia a nivel de nano escala”. Años atrás la nanotecnología para la acuicultura posiblemente era una disciplina promisoria y novedosa, sin embargo, hoy en día es una alternativa tecnológica estratégica para mejorar los tratamientos contra los parásitos, salud de los peces, absorción de aditivos o nutrientes, transporte y liberación de medicamentos en zonas estratégicas para acrecentar la productividad y rentabilidad de los cultivos a nivel global. Actualmente, ya existen iniciativas sobre el uso de nanoemulsión y nanopartículas en especies de peces amazónicas, realizadas principalmente por instituciones brasileras.

El uso de la nanoemulsión en la acuicultura surgió principalmente después de las evidencias notables sobre los efectos negativos de los productos sintéticos en los peces y el ambiente, generándose la necesidad de usar productos naturales como los aceites esenciales, que presentan la gran desventaja de no ser solubles en agua.

La investigación in vitro sobre la nanoemulsión de la oleorresina de copaiba (Copaifeira reticulata) como antiparasitario en gamitana (Colossoma macropomum) tuvo como resultado una óptima eficacia a la concentración de 250 mg/L a los primeros 15 minutos de exposición, mostrando los peces un 100% de tolerancia (50, 100, 150, 200 y 250 mg/L) (Filocreao et al., 2020). Cuando se usó la oleorresina de copaiba sin nanoformulación (200, 400, 600, 800 y 1000 mg/L) se tuvo que usar una concentración mayor (1000 mg/L) para lograr 100% de eficacia del tratamiento a los 15 minutos de exposición, causando todas las concentraciones la mortalidad de los peces después de una hora de exposición.

La nanoemulsión de la oleorresina de Copaifera officinalis, y otras como la del aceite esencial de Pterodon emarginatus, fueron altamente eficaces a nivel in vitro contra parásitos monogeneos de gamitana y serían adecuadas para ser usadas en baños terapéuticos (Valentim et al., 2017; Valentim et al., 2018). El tamaño de las gotas de las nanoemulsiones se presentan a una escala nanométrica, lo que permite que las sustancias lipofílicas se solubilicen en agua, aumentando su capacidad terapéutica, favoreciendo su absorción y reduciendo la toxicidad en altas concentraciones, tal como fue demostrado en las investigaciones realizadas.

Por otro lado, los diferentes aditivos utilizados como suplemento en el alimento de los peces, conformados principalmente por aceites esenciales, son adicionados por aspersión o simplemente son mezclados con el alimento. Estas técnicas, por lo general, son ineficaces, debido, en primer lugar, a las pérdidas ocasionadas cuando estos aditivos tienen contacto con el agua, lo que causa degradación, polución e ineficiente palatabilidad del alimento; en segundo lugar, cuando son ingeridos se produce una desnaturalización gástrica antes de alcanzar el intestino, lugar donde deberían actuar y ser asimilados, lo que conlleva un escaso aprovechamiento de las moléculas y una mínima eficacia.

El encapsulamiento de las moléculas podría ayudar a resolver estos problemas en la alimentación de nuestros peces. En un reciente estudio, se trató a la especie amazónica Corydoras schwartzi con biopartìculas de quitosanoarginina y alginato, liofilizadas como vehículos de dos fármacos (ivermectina y praziquantel) (Mathews et al., 2018; Madrid et al., 2021). Los peces aceptaron las partículas biocompatibles, llegando y manteniéndose en la zona del intestino sin problema por un periodo prolongado de tiempo y en el caso de partículas cargadoras de praziquantel fueron eficaces contra parásitos tremátodos digenéticos. Así mismo, se realizaron estudios sobre la respuesta tisular en C. schwartzi después de la administración oral con diferentes dosis de ivermectina (0.22, 0.86 y 170 mg/kg) transportada con formulación de polielectrolitos, observándose que solo la dosis de 170 mg/kg causó dislocación de la MiosinaVb en los enterocitos del intestino, afectando la integridad de esta zona del pez (Madrid et al., 2021). La ventaja de esta tecnología, además de potenciar el tratamiento, permite mejorar las nanoformulaciones de acuerdo a las necesidades, así como producir partículas eficientes con capacidad mucoadhesiva y sensible a cierto pH, lo que se convierte en una opción interesante que nos permitiría tener la seguridad de que el producto alcanzaría la zona indicada dentro del pez (FernandesPatta et al., 2018).

Actualmente, investigadores del Instituto de Investigaciones de la Amazonía Peruana (IIAP), en colaboración con la Universidad Federal de Sao Paulo (UNIFESP) y la Empresa Brasilera de Investigación Agropecuaria (EMBRAPA), a través de un proyecto financiado por el ConcytecProCiencia, vienen trabajando con esta tecnología, con el propósito de mejorar la actividad acuícola en la Amazonía. El uso de nuevas tecnologías eficientes, sostenibles y ecoamigables, dibuja un futuro prometedor para la acuicultura y el desarrollo productivo en la Amazonía.

© Anai Gonzales Flores / Patrick Mathews / Omar Mertins / Marcos TavaresDías / Christian FernándezMéndez.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

1.- FernandesPatta, A; Mathews, P; Madrid, R; Rigoni, V; Silva, E; Mertins, O. 2020. Polyionic complexes of chitosanNarginine with alginate as pH responsive and mucoadhesive particles for oral drug delivery applications. International Journal of Biological Macromolecules, 148 (1), 550-564.

2.- Filocreao, D; Rodríguez, I; Maciel, I; Mathews, P; Mertins, P; TavaresDias, M. 2020. Nanoemulsions with oleoresin of Copaifera reticulata (Leguminosae) improve anthelmintic efficacy in the control of monogenean parasites when compared to oleoresin without nanoformulationsänen. Journal of fish diseases, 43 (6), 687-695.

3.- Madrid, R; Mathews, P; FernandesPatta, A; GonzalesFlores, A; Ramírez, C; Rigoni, V; TavaresDías, M; Mertins, O. 2021. Safety of oral administration of high doses of ivermectin by means of biocompatible polyelectrolytes formulation. Heliyon, 7 (1).

4.- Madrid, R; Mertins, O; TavaresDias, M; FloresGonzales, AP; Patta, A; Ramirez, C; Rigoni, V; Mathews, P. 2021. High compliance and effective treatment of fish endoparasitic infections with oral drug delivery nanobioparticles: Safety of intestinal tissue and blood parameters. Journal of fish diseases, 44(11), 1819-1829.

5.- Mathews, P; FernandesPatta, A; Gonzalves, J; Dos Santos, G; Santos, I; Mertins, O. 2018. Targeted Drug Delivery and Treatment of Endoparasites with Biocompatible Particles of pHResponsive Structure. Biomacromolecules 2018, 19, 2, 499–510.

6.- Valentim, D; Duarte, J; Oliveira, A; Cruz, R; Carvalho, J; Conceicao, E; Fernández, C; TavaresDías, M. 2017. Nanoemulsion from essential oil of Pterodon emarginatus (Fabaceae) shows in vitro efficacy against monogeneans of Colossoma macropomum (Pisces: Serrasalmidae). Journal of fish diseases, 41 (3), 443-449.

7.- Valentim, D; Duarte, J; Oliveira, A; Cruz, R; Carvalho, J; Solans, C; Fernández, C; TavaresDías, M. 2018. Effects of a nanoemulsion with Copaifera officinalis oleoresin against monogenean parasites of Colossoma macropomum: A Neotropical Serrasalmidae. Journal of fish diseases, 41 (7), 1041-1048.