Por: Adrián Ríos-Ortiz, Mayela Ojeda-López, Andrea Manriquez-Patiño y María Teresa Viana*
La acuicultura tiene un rápido crecimiento anual, consolidándose como una de las industrias de producción de alimento de mayor auge en el mundo y representando más de la mitad del suministro global de productos marinos. Sin embargo, este crecimiento encuentra grandes desafíos, especialmente en lo que respecta a la salud y al bienestar de los organismos acuáticos.
En acuicultura, uno de los principales problemas que enfrentan los organismos acuáticos es el estrés oxidativo, que normalmente está relacionado con una serie de factores. Entre ellos, están el cambio climático, la intensificación de cultivos, la falta de oxígeno, los cambios drásticos de salinidad y los contaminantes, tanto en agua como en el alimento que ingieren (oxidación de lípidos y compuestos antinutricionales), lo que afecta gravemente su desarrollo, crecimiento y supervivencia.
El estrés oxidativo es un desbalance entre la producción de especies reactivas de oxígeno (EROS) y la capacidad del organismo para neutralizarlas mediante sus sistemas de defensa antioxidante. Las EROS son moléculas altamente reactivas que se producen normalmente dentro de los organismos como un mecanismo protector de primera línea, proceso necesario para vivir de una manera saludable (eustrés, o estrés saludable).
Sin embargo, cuando se producen en exceso, desarrollan un estrés oxidativo y pueden llegar a dañar células y tejidos, provocando la oxidación de lípidos, proteínas, e incluso el ADN. Este daño celular puede manifestarse en problemas de salud como procesos inflamatorios, enfermedades y, en casos extremos, la muerte del organismo.
Las EROS también pueden producirse por la presencia de compuestos oxidados en el alimento, o ingredientes con alta cantidad de compuestos antinutricionales, pero, en cualquier caso, deberán ser neutralizados por las enzimas endógenas del organismo. Ambos procesos (producción de EROS y síntesis de enzimas antioxidantes) en exceso, producen un costo energético, resultando en un crecimiento pobre, e incluso provocando la exacerbación del sistema inmune y, por ende, dar lugar al brote de enfermedades.
Entre las enzimas antioxidantes endógenas producidas por el organismo se encuentran: superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT) y glutatión peroxidasa (GPx). Pero como se dijo anteriormente, esto conlleva un gasto energético y celular, por lo que surge la importancia de añadir una mayor cantidad de antioxidantes en la dieta. Estos, pueden ser de origen químico o natural, y se han posicionado como herramientas esenciales en la acuicultura, no solo para proteger el alimento durante su producción y almacenamiento, sino también para fortalecer la resistencia de los organismos frente a los desafíos ambientales y nutricionales.
Los antioxidantes añadidos en la dieta siempre han sido requeridos como un protector para la vida de anaquel, permitiendo que las grasas permanezcan intactas sin ser oxidadas. Entre los más comunes se cuentan el butilhidroxitolueno (BHT), el butilhidroxianisol (BHA), el ácido ascórbico (vitamina C) y el ácido cítrico, así como el α-tocoferol (vitamina E). Este último, reconocido por su potente acción antioxidante que, además de cumplir su papel protector del alimento, puede ser un aditivo alimenticio. Sin embargo, su uso como antioxidante alimenticio se ve limitado debido a su alto costo.
Recientemente, debido a los factores causantes del estrés oxidativo, se ha propuesto el uso de una mayor cantidad de antioxidantes exógenos y que sean inocuos para el organismo, no solo para mejorar la vida de anaquel, sino también para contrarrestar el estrés oxidativo de los organismos. Este es el caso del uso de productos botánicos o fitobióticos, que cuentan con compuestos bioactivos derivados de plantas, ya sea en harina o sus extractos, los cuales han sido ampliamente aceptados y existe un creciente interés por su uso, dando por resultado una explosión de compañías ofreciendo todo tipo de productos.
Según información recabada por los autores, muchos productos provienen de la síntesis química de las moléculas estudiadas en la medicina botánica, mientras que otras son extractos naturales de las plantas, llamados extractos herbales, así como productos que se componen de la misma planta, pero pulverizada. Entre los compuestos bioactivos de interés se encuentran carotenos, flavonoides, isotiocianatos, ácidos fenólicos, catequinas, curcumina, antiocianinas, y varios tipos de polifenoles como ácido clorogénico, ácido ferúlico, ácido quínico, y proantocianidinas.
Entre los fitobióticos, uno de los más estudiados es el aceite de orégano (Origanum vulgare), que contiene compuestos como el carvacrol y el timol, a los que se les atribuye actuar como neutralizadores de radicales libres para reducir el estrés oxidativo, lo que les permite un ahorro de energía mejorando su crecimiento y, por ende, una mayor resistencia a enfermedades. Sin embargo, su aplicación comercial enfrenta un gran desafío para garantizar que los compuestos antioxidantes alcancen los tejidos y órganos diana.
Para superar esta limitante, la tecnología de nanopartículas ha surgido como una solución innovadora que permite nanoencapsular y proteger estos compuestos, asegurando una entrega eficiente y un mayor impacto en la salud y el rendimiento de los organismos. Las nanopartículas son sistemas de transporte a escala nanométrica que permiten encapsular y proteger los antioxidantes, mejorando su estabilidad, solubilidad y biodisponibilidad.
Las nanopartículas de quitosano están constituidas por un biopolímero derivado de la quitina de los exoesqueletos de camarones y crustáceos. Material que ha demostrado ser efectivo para la encapsulación de muchos materiales, siendo resistente a pH superior a 5, pero no al pH estomacal.
Estas nanopartículas no solo protegen a los compuestos bioactivos de la degradación, sino que también permiten la liberación controlada dentro de los tejidos a donde son dirigidos, asegurando que las moléculas encapsuladas lleguen específicamente a su destino y actúen de manera prolongada, pudiendo tener un tamaño en escala nanométrica (mil millones de veces más pequeños que un metro) lo que facilita su paso. Sin embargo, por su baja estabilidad a pH ácidos, no los hace compatibles con organismos que poseen estómago, pues perderían dicha protección.
Investigaciones realizadas por los autores han arrojado evidencia de que las nanopartículas de quitosano entran a través del canal digestivo en el camarón y se alojan en el hepatopáncreas. Para corroborar lo anterior, se usó una proteína fluorescente unida a las nanopartículas de 500 nm de diámetro (Cervantes- Millán, 2022). Posteriormente, se muestrearon durante 2 semanas después de dejar de ingerir las nanopartículas, demostrando fluorescencia durante todo el tiempo (Figura 1) en los cortes histológicos.
La liberación de los compuestos dentro del organismo dependerá de la naturaleza de los mismos, ya que, el sistema es mayormente acuoso al atravesar la barrera intestinal, lo que implica una alta polaridad. Sin embargo, algunas veces no son liberados, sin impedir su acción y entonces pueden actuar como nanoreactores.
En el laboratorio se han estudiado antioxidantes como tocoferol y carvacrol/timol nanoencapsulados suministrados en el alimento para el camarón. Ambos son liposolubles, es decir, no se disuelven en agua, por lo que las nanopartículas serán ideales para su protección y transporte. Por lo anterior, se realizaron estudios de liberación in vitro empleando tocoferol, y carvacrol/ timol con distintas soluciones.
En resumen, no se observó liberación del tocoferol ni del carvacrol/timol en ninguna solución amortiguadora a ningún pH, ni siquiera usando una solución a base de aceite de hígado de bacalao, simulando un ambiente lipídico como en el hepatopáncreas, donde aparecieron alojadas.
El hepatopáncreas desempeña un papel fundamental en el metabolismo intermediario de los organismos, ya que, además de acumular las reservas, se metabolizan todos los nutrientes. Esto implica que los compuestos dentro de las nanopartículas actúen posiblemente como nanoreactores. Lo anterior se deduce después de observar la diferencia entre camarones sometidos a distintas cantidades de tocoferol nanoencapsulado, a través de la reacción en la coloración de los organismos (resultados no mostrados).
Si bien se sabe que las nanopartículas de quitosano entran al camarón alojándose en el hepatopáncreas y actúan eficientemente los antioxidantes, aún hace falta conocer la cantidad exacta de EROS que se producen en distintos tipos de estrés y hasta qué cantidad podrán ser neutralizados con los distintos tipos de antioxidantes. Cabe aclarar que los antioxidantes en demasiada cantidad llegan a convertirse en pro-oxidantes, por lo que las dosis no pueden rebasar la cantidad adecuada para neutralizar los EROS.
Por otro lado, será de suma importancia conocer las dosis de los compuestos usados desde el fabricante y la compañía que los distribuye, y así no darlos en cantidades excesivas.
Conclusiones
El uso de nanopartículas como vehículos de transporte ha optimizado la forma como estos compuestos se administran, asegurando una liberación controlada y una mayor eficacia. Sin embargo, aún queda mucho por investigar en este campo. Es necesario profundizar en el estudio de nuevos antioxidantes, mejorar las técnicas de encapsulación y evaluar su impacto a largo plazo en diferentes especies acuícolas; además de desarrollar nanopartículas resistentes al ácido que puedan ser vehículo de estos fitobióticos en peces con estómago verdadero. Un estudio comparativo entre extractos herbales y moléculas sintetizadas será de gran importancia para implementar estrategias innovadoras que protejan a los organismos acuáticos de los desafíos ambientales y nutricionales que enfrentan.
Las referencias y fuentes consultadas por el autor en la elaboración de este artículo están disponibles bajo petición previa a nuestra redacción.
* Adrián Ríos-Ortiz Doctorante en Medio Ambiente y Desarrollo, Instituto de Investigaciones Oceanológicas (IIO), Universidad Autónoma de Baja California (UABC).
Mayela Ojeda-López Estudiante de Ingeniería en Nanotecnología, Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño, Universidad Autónoma de Baja California (UABC).
Andrea Manriquez-Patiño Doctorante en Oceanografia Costera, Instituto de Investigaciones Oceanológicas (IIO), Universidad Autónoma de Baja California (UABC).
María Teresa Viana Instituto de Investigaciones Oceanológicas (IIO), Universidad Autónoma de Baja California (UABC).
