miles de productos de consumo, incluidos cosméticos, protectores solares, y ropa:contienen nanopartículas agregadas por los fabricantes para mejorar la textura, matar microbios, o mejorar la vida útil, entre otros fines. Sin embargo, Varios estudios han demostrado que algunas de estas nanopartículas diseñadas pueden ser tóxicas para las células.

Un nuevo estudio del MIT y la Escuela de Salud Pública de Harvard (HSPH) sugiere que ciertas nanopartículas también pueden dañar el ADN. Esta investigación fue dirigida por Bevin Engelward, profesor de ingeniería biológica en el MIT, y el profesor asociado Philip Demokritou, director del Centro de Nanotecnología y Nanotoxicología de HSPH.

Los investigadores encontraron que las nanopartículas de óxido de zinc, se utiliza a menudo en protectores solares para bloquear los rayos ultravioleta, dañan significativamente el ADN. Plata a nanoescala, que se ha añadido a los juguetes, pasta dental, ropa, y otros productos por sus propiedades antimicrobianas, también produce daños sustanciales en el ADN, ellos encontraron.

Los resultados, publicado en un número reciente de la revista ACS Nano , se basó en una tecnología de detección de alta velocidad para analizar el daño del ADN. Este enfoque permite estudiar los peligros potenciales de las nanopartículas a un ritmo mucho más rápido y a una escala mayor de lo que era posible anteriormente.

La Administración de Drogas y Alimentos no requiere que los fabricantes prueben aditivos a nanoescala para un material dado si el material a granel ya ha demostrado ser seguro. Sin embargo, Existe evidencia de que la forma de nanopartículas de algunos de estos materiales puede ser insegura:debido a su tamaño inmensamente pequeño, Estos materiales pueden exhibir diferentes características físicas, químico, y propiedades biológicas, y penetra en las células más fácilmente.

"El problema es que si una nanopartícula está hecha de algo que se considera un material seguro, normalmente se considera seguro. Hay gente que está preocupada pero es una batalla difícil porque una vez que estas cosas entran en producción, es muy difícil de deshacer, "Dice Engelward.

Los investigadores se centraron en cinco tipos de nanopartículas diseñadas:plata, óxido de zinc, oxido de hierro, óxido de cerio, y dióxido de silicio (también conocido como sílice amorfa), que se utilizan industrialmente. Algunos de estos nanomateriales pueden producir radicales libres llamados especies reactivas de oxígeno, que puede alterar el ADN. Una vez que estas partículas ingresan al cuerpo, pueden acumularse en los tejidos, causando más daño.

"Es esencial monitorear y evaluar la toxicidad o los peligros que pueden poseer estos materiales. Hay tantas variaciones de estos materiales, en diferentes tamaños y formas, y se están incorporando a tantos productos, "dice Christa Watson, un postdoctorado en HSPH y autor principal del artículo. "Esta plataforma de detección toxicológica nos brinda un método estandarizado para evaluar los nanomateriales de ingeniería que se están desarrollando y utilizando en la actualidad".

Los investigadores esperan que esta tecnología de detección también se pueda utilizar para ayudar a diseñar formas más seguras de nanopartículas; ya están trabajando con socios en la industria para diseñar nanopartículas bloqueadoras de rayos ultravioleta más seguras. El laboratorio de Demokritou demostró recientemente que recubrir las partículas de óxido de zinc con una capa de nanopartículas de sílice amorfa puede reducir la capacidad de las partículas para dañar el ADN.

Análisis rápido

Hasta ahora, la mayoría de los estudios sobre la toxicidad de las nanopartículas se han centrado en la supervivencia celular después de la exposición. Muy pocos han examinado la genotoxicidad, o la capacidad de dañar el ADN, un fenómeno que no necesariamente mata una célula, pero uno que puede conducir a mutaciones cancerosas si no se repara el daño.

Una forma común de estudiar el daño del ADN en las células es el llamado "ensayo cometa, "llamado así por el frotis en forma de cometa que dañó el ADN durante la prueba. El procedimiento se basa en electroforesis en gel, una prueba en la que se aplica un campo eléctrico al ADN colocado en una matriz, obligando al ADN a moverse a través del gel. Durante la electroforesis, el ADN dañado viaja más lejos que el ADN intacto, produciendo una forma de cola de cometa.

Medir qué tan lejos puede viajar el ADN revela cuánto daño se ha producido en el ADN. Este procedimiento es muy sensible, pero también muy tedioso.

En 2010, Engelward y la profesora del MIT Sangeeta Bhatia desarrollaron una versión mucho más rápida del ensayo del cometa, conocido como CometChip. Usando tecnología de microfabricación, las células individuales pueden quedar atrapadas en pequeños micropocillos dentro de la matriz. Este enfoque permite procesar hasta 1, 000 muestras en el tiempo que solía tomar procesar solo 30 muestras, lo que permite a los investigadores probar docenas de condiciones experimentales a la vez, que se puede analizar mediante software de imágenes.

Wolfgang Kreyling, un epidemiólogo del Centro Alemán de Investigación para la Salud Ambiental que no participó en el estudio, dice que esta tecnología debería ayudar a los toxicólogos a ponerse al día con la rápida tasa de despliegue de nanopartículas diseñadas (ENP).

"Se necesitan desesperadamente plataformas de cribado de alto rendimiento, ", Dice Kreyling." El enfoque propuesto no solo será una herramienta importante para los nanotoxicólogos que desarrollan estrategias de detección de alto rendimiento para la evaluación de posibles efectos adversos para la salud asociados con los ENP, pero también de gran importancia para los científicos de materiales que trabajan en el desarrollo de nuevos PEV y enfoques más seguros por diseño ".

Usando el CometChip, Los investigadores del MIT y HSPH probaron los efectos de las nanopartículas en dos tipos de células que se utilizan comúnmente para estudios de toxicidad:un tipo de células sanguíneas humanas llamadas linfoblastoides, y una línea inmortalizada de células de ovario de hámster chino.

El óxido de zinc y la plata produjeron el mayor daño al ADN en ambas líneas celulares. A una concentración de 10 microgramos por mililitro, una dosis que no es lo suficientemente alta para matar todas las células, se genera una gran cantidad de roturas de ADN monocatenario.

Dióxido de silicio, que se agrega comúnmente durante la producción de alimentos y medicamentos, generó niveles muy bajos de daño en el ADN. El óxido de hierro y el óxido de cerio también mostraron baja genotoxicidad.

¿Cuánto es demasiado?

Se necesitan más estudios para determinar cuánta exposición a nanopartículas de óxido metálico podría ser peligrosa para los humanos. dicen los investigadores.

"El mayor desafío que tenemos como personas preocupadas por la biología de la exposición es decidir cuándo es algo peligroso y cuándo no. basado en el nivel de dosis. En niveles bajos, probablemente estas cosas estén bien, "Dice Engelward." La pregunta es:¿a qué nivel se vuelve problemático, y ¿cuánto tiempo nos llevará darnos cuenta? "

Una de las áreas de mayor preocupación es la exposición ocupacional a nanopartículas, dicen los investigadores. Los niños y los fetos también corren un riesgo mayor porque sus células se dividen con más frecuencia. haciéndolos más vulnerables al daño del ADN.

Las rutas más comunes que siguen las nanopartículas artificiales hacia el cuerpo son a través de la piel, pulmones, y estómago, por lo que los investigadores ahora están investigando la genotoxicidad de las nanopartículas en esos tipos de células. También están estudiando los efectos de otras nanopartículas diseñadas, incluidos los óxidos metálicos utilizados en el tóner de impresoras y fotocopiadoras, que puede transmitirse por el aire y entrar en los pulmones.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.