Effects of Iron Oxide Nanoparticles on Early Development in Atlantic Salmon (Salmo salar)

Abstract

Iron oxide nanoparticles are used in various applications in scientific fields and industry, raising concern for their role as environmental pollutants. Developmental toxicology is the study of harmful agents on embryonic development, with a focus on mortality, malformations, and delay in growth. With Atlantic salmon (Salmo salar) being a species of importance in Iceland, both in wild ecosystems and aquaculture, studying their development and response to toxic exposure offers an opportunity to explore iron oxide nanoparticles as an environmental contaminant. Atlantic salmon’s relatively slow development and large egg size make them a great candidate for assessing developmental effects of nanoparticles. This study aims to evaluate the developmental toxicity of iron oxide nanoparticle exposure in Atlantic salmon embryos. Atlantic salmon embryos from five families were exposed to a range of iron oxide nanoparticle concentrations for 6 hours directly following fertilization. Data collection included developmental staging of embryos, assessing morphological abnormalities, and mortality assessments. Morphological abnormalities could be observed in early development and organogenesis in exposed embryos, which include secondary cell masses, curled tails, and a lack of eye pigment. Mortality increased significantly during gastrulation, likely due to a highly sensitive stage in salmon development. Histological staining confirmed the presence of iron oxide in sectioned eggs, most prominently in the yolk. The concentration dependent effects were largely inconclusive due to high mortality, but overall, these findings suggest that iron oxide nanoparticles can cause severe deficits in developing Atlantic salmon embryos, while also creating opportunities for their use in biotechnology.

Járnoxíð nanóganir eru notaðar í ýmsum tilgangi innan vísinda og í iðnaði, sem hefur vakið áhyggjur af hlutverki þeirra sem mengunarvaldur. Þroskunareiturefnafræði snýr að áhrifum skaðlegra efna á fósturþroska, með áherslu á dánartíðni, vansköpun og seinkun á vexti. Þar sem Atlantshafslax (Salmo salar) er mikilvæg tegund á Íslandi, bæði í vistkerfum og fiskeldi, gefur rannsókn á snemmþroskun og viðbrögðum tegundarinnar við eiturefnaáhrifum tækifæri til að kanna járnoxíð nanóagnir sem umhverfismengandi efni. Tiltölulega hæg þroskun og stór egg Atlantshafslaxa gera hann að hentugri lífveru til að meta þroskunaráhrif nanóagna. Markmið þessarar rannsóknar var að meta þroskunareituráhrif sem útsetning fyrir járnoxíð nanóögnum hefur í hrognum Atlantshafslaxa. Hrogn frá fimm fjölskyldum voru útsett fyrir mismunandi styrkleika járnoxíð nanóagna í 6 klukkustundir strax eftir frjóvgun. Gagnaöflun fól í sér mat á þroskastigi, mat á formfræðilegum frávikum og skráningu á dánartíðni. Formfræðileg frávik sáust snemma í þroskun og við líffæramyndun hjá útsettum hrognum, sem voru t.d. auka frumumassar, bognir halar og skortur á augnlitarefni. Dánartíðni jókst marktækt við holfóstursmyndun, líklega vegna þess að það er viðkvæmt stig í þroskun laxins. Vefjafræðileg litun staðfesti tilvist járnoxíðs í hrognum, einkum í gulunni. Styrkháð áhrif voru að mestu óljós vegna mikillar dánartíðni, en niðurstöðurnar í heild benda til þess að járnoxíð nanóagnir geti valdið alvarlegum skaða í þroskun Atlantshafslaxa, jafnframt því að skapa möguleika á notkun þeirra í líftækni.