A la luz de la creciente demanda de nanopartículas artificiales en la medicina y la industria, Es importante que los fabricantes comprendan cómo estas partículas influyen en las funciones corporales y qué mecanismos están en juego, cuestiones sobre las que ha habido escasez de conocimiento.

Los estudios en pacientes cardíacos han demostrado durante décadas que las partículas tienen un efecto negativo en el sistema cardiovascular. Todavía, no quedó claro si las nanopartículas causan su daño directa o indirectamente, por ejemplo a través de procesos metabólicos o reacciones inflamatorias. Las reacciones del cuerpo son simplemente demasiado complejas.

Usando el llamado corazón de Langendorff, un corazón de roedor aislado enjuagado con una solución nutritiva en lugar de sangre, los científicos de Helmholtz Zentrum Muenchen y TU Muenchen pudieron demostrar por primera vez que las nanopartículas tienen un efecto claramente medible en el corazón. . Cuando se expone a una serie de nanopartículas artificiales de uso común, el corazón reaccionó a ciertos tipos de partículas con un aumento de la frecuencia cardíaca, arritmia cardíaca y valores de ECG modificados que son típicos de la enfermedad cardíaca. "Usamos el corazón como detector, "explica el profesor Reinhard Nießner, Director del Instituto de Hidroquímica de la TU Muenchen. "De esta manera podemos probar si las nanopartículas específicas tienen un efecto sobre la función cardíaca. Hasta ahora, tal opción no existía".

Los científicos también pueden usar este nuevo modelo de corazón para arrojar luz sobre el mecanismo por el cual las nanopartículas influyen en la frecuencia cardíaca. Para hacer esto, mejoraron la configuración experimental de Langendorff para permitir que la solución nutritiva regrese al circuito una vez que haya atravesado el corazón. Esto permite a los científicos enriquecer las sustancias liberadas por el corazón y comprender la reacción del corazón a las nanopartículas.

Según Stampfl y Nießner, Es muy probable que el neurotransmisor noradrenalina sea responsable del aumento de la frecuencia cardíaca provocado por las nanopartículas. La noradrenalina es liberada por terminaciones nerviosas en la pared interna del corazón. Aumenta la frecuencia cardíaca y también juega un papel importante en el sistema nervioso central, un indicio de que las nanopartículas también podrían tener un efecto dañino allí.

Stampfl y su equipo usaron su modelo de corazón para probar nanopartículas de dióxido de titanio y negro de carbón, así como carbono generado por chispas, que sirve como modelo para los contaminantes en el aire derivados de la combustión de diesel. Además, dióxido de silicio, diferentes sílices aerosoles utilizadas, p. ej. como agentes espesantes en cosméticos, y poliestireno. Negro carbón, carbono generado por chispas, El dióxido de titanio y el dióxido de silicio provocaron un aumento en la frecuencia cardíaca de hasta un 15 por ciento con valores de ECG alterados que no se normalizaron. incluso después de que terminó la exposición a las nanopartículas. Las sílices Aerosil y el poliestireno no mostraron ningún efecto sobre la función cardíaca.

Este nuevo modelo de corazón puede resultar particularmente útil en la investigación médica. Aquí, Las nanopartículas artificiales se utilizan cada vez más como vehículos de transporte. Sus superficies intrínsecamente grandes proporcionan una base de acoplamiento ideal para los agentes activos. Las nanopartículas luego transportan los agentes activos a su destino en el cuerpo humano, p.ej. un tumor. La mayoría de los prototipos iniciales de tales "nano contenedores" están basados ​​en carbono o silicato. Hasta aquí, el efecto de estas sustancias en el cuerpo humano se desconoce en gran medida. Por tanto, el nuevo modelo de corazón podría servir como órgano de prueba para ayudar a seleccionar los tipos de partículas que no afectan al corazón de forma negativa.

Las nanopartículas artificiales también se utilizan en muchos productos industriales, algunos de ellos desde hace décadas. Su pequeño tamaño y sus grandes superficies (en comparación con su volumen) confieren a estas partículas características únicas. La gran superficie de dióxido de titanio (TiO2), por ejemplo, conduce a un gran índice de refracción que hace que la sustancia parezca de un blanco brillante. Por lo tanto, se utiliza a menudo en pinturas de revestimiento blanco o como bloqueador de rayos UV en protectores solares. El llamado negro de carbón también es una nanopartícula ampliamente utilizada (principalmente en neumáticos y plásticos de automóviles) con más de 8 millones de toneladas producidas anualmente. El pequeño tamaño de estas nanopartículas (miden solo 14 nanómetros de ancho) las hace muy adecuadas como colorantes, p.ej. en impresoras y fotocopiadoras.

Con su corazón Langendorff mejorado, los investigadores han desarrollado ahora por primera vez una configuración de medición que se puede utilizar para analizar los efectos de las nanopartículas en un completo, órgano intacto sin ser influenciado por las reacciones de otros órganos. El corazón es un objeto de prueba particularmente bueno. "Tiene su propio generador de impulsos, el nódulo sinusal, lo que le permite funcionar fuera del cuerpo durante varias horas, "Andreas Stampfl, primer autor del estudio, explica. "Adicionalmente, los cambios en la función cardíaca se pueden reconocer claramente utilizando la frecuencia cardíaca y el gráfico de ECG ".

"Ahora tenemos un modelo para un órgano superior que se puede utilizar para probar la influencia de nanopartículas artificiales, Nießner explica con más detalle:"Lo siguiente que queremos hacer es averiguar por qué algunas nanopartículas influyen en la función cardíaca, mientras que otros no influyen en el corazón en absoluto ". Tanto el proceso de fabricación como la forma pueden desempeñar un papel importante. Por lo tanto, Los científicos planean realizar más estudios para examinar las superficies de diferentes tipos de nanopartículas y sus interacciones con las células de la pared cardíaca.