Un toxicólogo del Laboratorio Nacional de Los Alamos y un equipo multidisciplinario de investigadores han documentado el daño celular potencial de los "fullerenos", con forma de pelota de fútbol, moléculas en forma de jaula compuestas por 60 átomos de carbono. El equipo también señaló que este tipo de daño en particular podría albergar esperanzas para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, Enfermedad de Alzheimer o incluso cáncer.
La investigación apareció recientemente en Toxicología y farmacología aplicada y representa la primera observación de este tipo para fullerenos esféricos, también conocido como buckyballs, que toman sus nombres del difunto Buckminster Fuller porque se asemejan al concepto de cúpula geodésica que él popularizó.
Nanopartículas de carbono diseñadas, que incluyen fullerenos, están aumentando su uso en todo el mundo. Cada buckyball es una jaula esquelética de carbono del tamaño de un virus. Muestran potencial para crear más estructuras más ligeras o que actúan como pequeños mecanismos de administración de medicamentos de diseño o antibióticos, entre otros usos. Cada año se fabrican entre cuatro y cinco toneladas de nanopartículas de carbono.
"Los nanomateriales son la revolución del siglo XXI, "dijo el toxicólogo de Los Alamos Rashi Iyer, el principal líder de investigación y coautor del artículo. "Vamos a tener que vivir con ellos y lidiar con ellos, y la pregunta es, '¿Cómo vamos a maximizar nuestro uso de estos materiales y minimizar su impacto en nosotros y el medio ambiente?' "
Iyer y el autor principal Jun Gao, también toxicólogo de Los Alamos, expuso células de piel humana cultivadas a varios tipos distintos de buckyballs. Las diferencias en las buckyballs radican en la disposición espacial de las ramas cortas de moléculas que salen de la estructura principal de buckyball. Una variación de buckyball, llamada configuración "tris", tenía tres ramas moleculares de la estructura principal en un hemisferio; otra variación, llamada configuración "hexa", tenía seis ramas de la estructura principal en una disposición aproximadamente simétrica; el último tipo era un simple buckyball.
Los investigadores encontraron que las células expuestas a la configuración tris experimentaron una senescencia prematura, lo que podría describirse como un estado de animación suspendida. En otras palabras, las células no murieron como deberían hacerlo normalmente, ni se dividieron ni crecieron. Esta detención del ciclo de vida celular natural después de la exposición a las buckyballs configuradas en tris puede comprometer el desarrollo normal de los órganos. que conduce a la enfermedad dentro de un organismo vivo. En breve, las tris buckyballs eran tóxicas para las células de la piel humana.
Es más, las células expuestas a la disposición de tris causaron respuestas únicas a nivel molecular, lo que sugiere que los tris-fullerenos pueden interferir potencialmente con las respuestas inmunitarias normales inducidas por virus. El equipo ahora está realizando una investigación para determinar si las células expuestas a esta forma de fullerenos pueden ser más susceptibles a las infecciones virales.
Irónicamente, el descubrimiento también podría conducir a una nueva estrategia de tratamiento para combatir varias enfermedades debilitantes. En enfermedades como el Parkinson o el Alzheimer, las células nerviosas mueren o degeneran a un estado no funcional. Un mecanismo para inducir la senescencia en células nerviosas específicas podría retrasar o eliminar la aparición de las enfermedades. Similar, una enfermedad como el cáncer, que se propaga y prospera a través de la replicación no regulada de las células cancerosas, podría combatirse a través de la senescencia inducida. Esta estrategia podría evitar que las células se dividan y proporcionar a los médicos más tiempo para matar las células anormales.
Debido al diminuto tamaño de los nanomateriales, el peligro principal asociado con ellos ha sido la posible inhalación, similar a la preocupación por la exposición al asbesto.
"Ya, desde un punto de vista toxicológico, esta investigación es útil porque muestra que si tiene la opción de usar un arreglo tris o hexa para una aplicación que involucra buckyballs, el arreglo hexadecimal es probablemente la mejor opción, ", dijo Iyer." Estos estudios pueden proporcionar una guía para el diseño y desarrollo de nuevos nanomateriales ".
Estos resultados fueron derivados de un estudio (Shreve, Wang, e Iyer) financiado para comprender las interacciones entre buckyballs y membranas biológicas. El Laboratorio Nacional de Los Alamos ha asumido un papel proactivo al iniciar un programa de bioevaluación de nanomateriales con la intención de mantener seguros a sus trabajadores de nanomateriales al tiempo que se facilita el descubrimiento de productos de alta función, nanomateriales de bajo bioimpacto con el potencial de beneficiar a las misiones de seguridad nacional. Además de Gao e Iyer, el programa LANL incluye a Jennifer Hollingsworth, Yi Jiang, Jian Song, Paul Welch, Hsing Lin Wang, Srinivas Iyer, y Gabriel Montaño.
Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos continuarán intentando comprender los efectos potenciales de la exposición a nanomateriales de la misma manera que Los Alamos fue un líder mundial en la comprensión de los efectos de la radiación durante la historia temprana del Laboratorio. Los trabajadores de Los Alamos que utilizan nanomateriales continuarán siguiendo los protocolos que brindan el mayor grado de protección contra una posible exposición.
Mientras tanto, La investigación de Los Alamos sobre nanomateriales proporciona una advertencia para el uso de nanomateriales, así como las primeras bases para la protección de los trabajadores. Ahora, no existen regulaciones federales para el uso de nanomateriales. La divulgación del uso por parte de empresas o personas es voluntaria. A medida que aumenta el uso de nanomateriales, también debería aumentar la comprensión de sus peligros potenciales.
