Exploring the toxicological effects of 3 chloromethcathinone (3-CMC) in Daphnia magna

Abstract

Catinonas sintéticas (Scat) são consideradas contaminantes ambientais emergentes devido ao seu alto consumo e à subsequente excreção, permitindo que entrem em águas superficiais através dos sistemas de esgoto. Descargas diretas de laboratórios clandestinos também são fontes potenciais de Scat em águas superficiais. Estudos demonstraram os efeitos nocivos da Scat em organismos não alvo e na saúde humana. No entanto, a diversidade de Scat é grande e novos compostos são frequentemente encontrados. A 3-clorometicatinona (3-CMC) é uma catinona sintética quiral, disponível como racemato. Pode ocorrer no ambiente como racemato ou com enriquecimento enantiomérico, dependendo do processo de metabolização humana enantiosseletiva e/ou biodegradação. Até onde sabemos, estudos sobre sua potencial toxicidade humana e ambiental são escassos. Assim, utilizamos Daphnia magna, um modelo aquático, para estudar os efeitos biológicos da 3-CMC. Ensaios de imobilização aguda de 48 h foram realizados e um valor de CE50 de 26 mg L-1 foi determinado. Subsequentemente foi realizado um ensaio sub-crónico por 9 dias em concentrações subletais (1%, 1,25% e 2% de CE50, correspondendo a 260, 325 e 520 μg L-1), e diversos alvos para determinação da toxicidade, como comportamento de natação, morfofisiologia, reprodução e parâmetros bioquímicos foram avaliados. Uma diminuição significativa na distância total percorrida foi observada, na concentração mais alta, entretanto, não foram observadas diferenças significativas no tempo ativo ou na velocidade de nado. Em relação aos efeitos morfofisiológicos, um aumento significativo no tamanho corporal foi observado em todas as concentrações. Da mesma forma, um aumento significativo na área e no comprimento do coração também foi observado, ainda na concentração mais baixa, e nenhuma alteração foi registrada em concentrações mais altas ou na frequência cardíaca. Não foram observadas alterações significativas nos parâmetros reprodutivos. Um aumento significativo nos níveis de substâncias reativas com ácido tiobarbitúrico (TBARS) foi observado em todas as concentrações testadas, indicando stress oxidativo e peroxidação lipídica. No entanto, não foram observadas alterações significativas nas atividades da catalase (CAT) e da acetilcolinesterase (AChE) ou nos níveis de espécies reativas de oxigénio (ROS). Esses resultados fornecem novas evidências sobre os pontos alvo de toxicidade da 3-CMC, demonstrando que essa substância pode interferir nos parâmetros morfofisiológicos, afetando o crescimento corporal, a área cardíaca e o comportamento natatório em concentrações subletais. Embora essas alterações possam estar relacionadas a alterações bioquímicas subjacentes, estudos futuros para uma compreensão mais abrangente dos mecanismos de ação da 3-CMC, incluindo a expressão genética, devem ser considerados.

Synthetic cathinones (Scat) are considered emerging environmental contaminants because of their high consumption and subsequent excretion, allowing them to enter surface waters through the sewage systems. Direct discharges from clandestine laboratories are also potential sources of Scat into surface waters. Studies have demonstrated the hazardous effects of Scat on non-target organisms and human health. However, the diversity of Scat is large, and new compounds are often found. The 3-chloromethcathinone (3-CMC) is a chiral synthetic cathinone, available as a racemate. It can occur in the environment as both racemate or with enantiomeric enrichment, depending on enantioselective human metabolization and/or biodegradation process. To the best of our knowledge, studies on its potential human and environmental toxicity are scarce. Thus, we used Daphnia magna, an aquatic model, to study 3-CMC biological effects. A 48-h acute immobilization test was performed, and an EC50 value of 26 mg L-1 was determined. A subchronic test was performed for 9 days at sublethal concentrations (1%, 1.25% and 2% of EC50, corresponding to 260, 325 and 520 μg L-1), and diverse endpoints for determination of toxicity, such as swimming behavior, morphophysiology, reproduction and biochemical parameters were evaluated. A significant decrease in the total distance traveled was observed, at the highest concentration; however, no significant differences in active time or swimming speed were observed. Regarding the morphophysiological effects, a significant increase in body size was observed at all concentrations. Similarly, a significant increase in heart area and length was also observed, yet at the lowest concentration and no changes were registered at higher concentration or heart rate. No significant changes in reproductive parameters were observed. A significant increase in thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) levels was noted at all concentrations tested, indicating oxidative stress and lipidic peroxidation, however, no significant changes were observed for catalase (CAT) and acetylcholinesterase (AChE) activities or reactive oxygen species (ROS) levels. These results provide new insights into 3-CMC toxicity endpoints, demonstrating that this substance can interfere with morphophysiological parameters by affecting body growth, heart area, and swimming behavior at sublethal concentrations. Although these changes may be linked to underlying biochemical changes, future studies for a more comprehensive understanding of 3-CMC mechanisms of action, including gene expression should be considered.