Un estudio internacional con sede en la Universidad de Pittsburgh proporciona la primera identificación de una enzima humana que puede biodegradar los nanotubos de carbono (los materiales superfuertes que se encuentran en productos desde la electrónica hasta los plásticos) y en pruebas de laboratorio contrarrestan los efectos potencialmente dañinos para la salud de estar expuesto a pequeños componentes, de acuerdo con los hallazgos publicados en línea en Nanotecnología de la naturaleza .
Los resultados podrían abrir la puerta al uso de nanotubos de carbono como una herramienta segura para la administración de medicamentos y también podrían conducir al desarrollo de un tratamiento natural para las personas expuestas a los nanotubos. ya sea en el medio ambiente o en el lugar de trabajo, informó el equipo. Los investigadores encontraron que los nanotubos de carbono degradados con la enzima humana mieloperoxidasa (hMPO) no producían la inflamación pulmonar que se ha demostrado que causan los nanotubos intactos. Es más, neutrófilos los glóbulos blancos que contienen y emiten hMPO para matar los microorganismos invasores, se puede dirigir para atacar específicamente a los nanotubos de carbono.
"La aplicación médica exitosa de los nanotubos de carbono se basa en su descomposición efectiva en el cuerpo, pero los nanotubos de carbono también son notoriamente duraderos, "dijo el investigador principal Valerian Kagan, profesor y vicepresidente del Departamento de Salud Ambiental y Ocupacional de la Escuela de Graduados de Salud Pública de Pitt. "La capacidad de hMPO para biodegradar nanotubos de carbono revela que esta degradación es parte de una respuesta inflamatoria natural. El siguiente paso es desarrollar métodos para estimular esa respuesta inflamatoria y reproducir el proceso de biodegradación dentro de un organismo vivo".
Kagan y su grupo de investigación lideraron el equipo de más de 20 investigadores de cuatro universidades junto con los grupos de laboratorio de Alexander Star, profesor asistente de química en la Facultad de Artes y Ciencias de Pitt, y Judith Klein-Seethharaman, profesor asistente de biología estructural en la Facultad de Medicina de Pitt. Investigadores adicionales de Pitt incluyeron a Yulia Tyurina, un profesor asistente Pitt de salud ambiental y ocupacional en la Escuela de Graduados en Salud Pública, y Donna Stolz, profesor asociado de biología y fisiología celular en la facultad de medicina de Pitt; otros investigadores son del Instituto Karolinska de Suecia, Trinity College en Irlanda, el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional, y la Universidad de West Virginia.
Los nanotubos de carbono son rollos de grafito 100 de un átomo de espesor, 000 veces más pequeño que un cabello humano pero más fuerte que el acero. Se utilizan para reforzar plásticos, cerámica, u hormigón; son excelentes conductores de electricidad y calor; y son sensores químicos sensibles. Sin embargo, La superficie de un nanotubo también contiene miles de átomos que podrían reaccionar con el cuerpo humano de formas desconocidas. Las pruebas en ratones han demostrado que la inhalación de nanotubos produce una inflamación pulmonar grave junto con un inicio temprano de la fibrosis. La durabilidad de los tubos genera preocupaciones adicionales sobre la eliminación y limpieza adecuadas. En 2008, Star y Kagan informaron en Nano Letters que los nanotubos de carbono se deterioran cuando se exponen a la enzima vegetal peroxidasa de rábano picante, pero su investigación se centró en la limpieza después de derrames accidentales durante la fabricación o en el medio ambiente.
Para el estudio actual, los investigadores se centraron en la MPO humana porque funciona mediante la liberación de ácidos y oxidantes fuertes, similares a los productos químicos utilizados para descomponer los nanotubos de carbono. Primero incubaron corto, nanotubos de pared simple en una solución de hMPO y peróxido de hidrógeno (el peróxido de hidrógeno produce chispas y mantiene la actividad de hMPO) durante 24 horas, después de lo cual la estructura y la masa del tubo se habían degenerado por completo. Los nanotubos degeneraron aún más rápido cuando se agregó cloruro de sodio a la solución para producir hipoclorito, un fuerte compuesto oxidante conocido por descomponer los nanotubos.
Después de establecer la eficacia de hMPO en la degradación de nanotubos de carbono, El equipo desarrolló una técnica para incitar a los neutrófilos a atacar a los nanotubos capturándolos y exponiéndolos a la enzima. Implantaron una muestra de nanotubos con anticuerpos conocidos como inmunoglobulina G (IgG), lo que los convirtió en objetivos específicos de neutrófilos. Después de 12 horas, El 100 por ciento de los nanotubos de IgG se degradaron frente al 30 por ciento de los que no tenían IgG. Los investigadores también probaron la capacidad de los macrófagos, otro glóbulo blanco, romper nanotubos, pero despues de dos dias, sólo el 50 por ciento de los tubos se había degenerado.
En pruebas de laboratorio posteriores, el tejido pulmonar expuesto a los nanotubos degradados durante siete días mostró un cambio insignificante en comparación con el tejido no expuesto. Por otra parte, el tejido expuesto a nanotubos no tratados desarrolló una inflamación severa.
