Aspectos tóxicos  de los nanomateriales

Nanopartículas de PVP. Foto: Claudia Mendoza Barrera / Yair Tenorio

Nanopartículas de PVP. Foto: Claudia Mendoza Barrera / Yair Tenorio

Actualmente parte de los esfuerzos de la Red de Investigación en Nanomateriales y sus Efectos Tóxicos, conformada por Grupos de Investigación de la Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, la División de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco, del Departamento de Genética y Biología Molecular de CINVESTAV-IPN y del Instituto de Medicina Forense de la Universidad Veracruzana, se concentran en el diseño y la síntesis mediante estrategias micro y nanofluídicas (NF) y de nanomateriales (NM) estructurados (NME), en busca de potenciales aplicaciones biomédicas. Adicionalmente, consideramos la inocuidad y la bioseguridad de dichos NME como aspectos fundamentales para evitar efectos negativos paralelos o secundarios en su aplicación, tanto para los seres humanos, como para otros organismos, así como para el ambiente. Por esta razón, otra parte de los esfuerzos de la Red se enfocan en evaluar los posibles efectos tóxicos, negativos o incluso, deletéreos de dichos NM. En ese sentido, se genera conocimiento, no únicamente en el establecimiento de rangos de seguridad en sus aplicaciones, sino también aprovechando las características subyacentes de estos NM, para así proponer y validar su uso en diversas aplicaciones en el campo de la biomedicina molecular, como por ejemplo en el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. El estudio de las características de los NM, relacionadas con sus efectos tóxicos es altamente relevante, dado que no existe suficiente información al respecto. Derivado de ello, no se comprende completamente el impacto que producen o pudiesen producir estos materiales debido a su tamaño (1 nanómetro = 1 x 10-9 metros, unas 10 mil veces más fino que el diámetro de un cabello humano), forma, composición química, estructura cristalina, propiedades de superficie (carga, área, química), solubilidad, porosidad o las interacciones dependientes de su agregación con sistemas biológicos. Los esfuerzos globales en este sentido aún son incipientes; si bien existen estudios que han mostrado algunos mecanismos de daño celular por exposición a nanoestructuras metálicas, así como su actividad tóxica sobre funciones fisiológicas específicas de organismos superiores aún es controversial, y no se han descrito de manera clara los efectos que la exposición a MNE, a diferentes concentraciones y tiempos, producen en seres humanos, animales, insectos y plantas, ni el tipo de respuestas biológicas que esta exposición genera. La capacidad de investigación de dichas características de riesgo para los seres vivos, se ve rebasada por el vertiginoso desarrollo de esta nueva oleada tecnológica. El Inventario de Productos de Consumo de Nanotecnología (CPI, por sus siglas en inglés Nanotechnology Consumer Product Inventory) registró en 2013 cerca de mil 628 productos electrónicos, textiles, deportivos, cosméticos, entre otros, que han sido introducidos en el mercado desde el año 2005. Por lo tanto y como resultado de lo anterior, el valor socioeconómico global de las nanotecnologías está aumentando de manera sostenida, tal que los NM tienen un impacto significativo en casi todas las industrias y áreas de la sociedad, lo cual repercute por supuesto también a nivel económico, social y ambiental.

Nanofibras de PVP/nHAP. Foto: Claudia Mendoza Barrera

Nanofibras de PVP/nHAP. Foto: Claudia Mendoza Barrera

Como estrategia de abordaje se ha sugerido agrupar los principales NM en categorías basadas en su composición, por ejemplo por su contenido de algún tipo de metal u óxido metálico. Un 58 por ciento de los productos que contienen estos NM tienen como principal vía de exposición la piel, mientras que 25 por ciento de ellos presentan NM que pueden ser inhalados durante su uso normal, y 16 por ciento contienen NM que pueden ser ingeridos. Esta exposición lleva a considerar el supuesto común de que debido a sus dimensiones, las nanoestructuras (NE) poseen la capacidad de ingresar fácilmente a diferentes tejidos, células, organelos y estructuras biomoleculares funcionales, tales como ribosomas o el mismo ADN. Atendiendo al hecho del tamaño físico real de una NE de diseño, que es similar o comparable al de algunas moléculas biológicas (por ejemplo, anticuerpos u otras proteínas) o entidades moleculares estructuralmente más complejas (por ejemplo los virus), la suposición anterior pareciera tener sustento. De esta forma, se debe considerar que el ingreso de las NE en sistemas biológicos podría causar alteraciones estructurales y funcionales importantes, con consecuencias negativas para la salud de cualquier organismo expuesto.

Dentro de la Red actualmente realizamos investigación evaluando citotoxicidad de NE en células humanas epiteliales, dado que este tipo celular es considerado de primer contacto pues se encuentra recubriendo cavidad oral y nasal, vías principales de ingreso de materiales suspendidos en el ambiente o que son ingeridos con alimentos contaminados. Entre ellas destacan las Estructuras Metálicas Orgánicas (MOF por sus siglas en inglés Metal Organic Frameworks), nanopartículas biopoliméricas y biocerámicas, así como de nanofibras simples o multicapa poliméricas o compósitas, las cuales parecen ser prometedoras para diversas aplicaciones biomédicas, o por sus características fotoluminiscentes. Con los resultados de dichas investigaciones, se establece un esquema progresivo y sistemático de estudios que permitirán evaluar el impacto de las propiedades físico-químicas de los MNE, sobre los sistemas biológicos, que incluye tanto ensayos en cultivos celulares, como estudios en modelos animales. Esto último nos permitirá identificar los órganos con mayores efectos derivados de las interacciones tóxicas y, a su vez, determinar el mejor modelo celular para realizar estudios mecanísticos, que permitan comprender la manera en que esas células responden molecularmente a la presencia e interacción con dichas NE. Es decir, nos enfocamos en estudiar la relación entre las propiedades fisicoquímicas de las NE y las respuestas biológicas in vitro e in vivo. Todo lo anterior debe llevar a la caracterización completa de las propiedades físico-química de las NE para permitir una correcta interpretación de las consecuencias biológicas de las interacciones NME-células, niveles de toxicidad o inocuidad, mecanismos de liberación de fármacos, efectos terapéuticos, biotrazadores moleculares, entre otros.

 

 

* ruruiz@uv.mx