El humilde gusano redondo es la estrella de un ambicioso proyecto de la Universidad de Rice para medir la toxicidad de las nanopartículas.

El de bajo costo, El estudio de alto rendimiento realizado por los científicos de Rice Weiwei Zhong y Qilin Li mide los efectos de muchos tipos de nanopartículas no solo en organismos individuales sino también en poblaciones enteras.

Los investigadores de Rice probaron 20 tipos de nanopartículas y determinaron que cinco, incluidas las moléculas de carbono 60 ("buckyballs") descubiertas en Rice en 1985, mostró poca o ninguna toxicidad.

Otros eran moderada o altamente tóxicos para Caenorhabditis elegans , varias generaciones de las cuales los investigadores observaron para ver los efectos de las partículas en su salud.

Los resultados fueron publicados por la revista American Chemical Society Ciencias y Tecnología Ambientales . También están disponibles en el sitio web de código abierto de los investigadores.

"Las nanopartículas son básicamente materiales nuevos, y no sabemos mucho sobre lo que harán con la salud humana y la salud del ecosistema, "dijo Li, profesor asociado de ingeniería civil y medioambiental y de ciencia de los materiales y nanoingeniería. "Ha habido muchas publicaciones que muestran que ciertos nanomateriales son más tóxicos que otros. Así que antes de hacer más productos que incorporen estos nanomateriales, es importante que entendamos que no estamos introduciendo nada tóxico en el medio ambiente ni en los productos de consumo.

"La pregunta es, ¿Cuánto costo podemos soportar? ”, Dijo.“ Es un proceso largo y costoso hacer un estudio toxicológico completo de cualquier químico, no solo nanomateriales ". Dijo que debido a la gran variedad de nanomateriales que se producen a alta velocidad y a una escala tan grande, Existe "una necesidad urgente de técnicas de detección de alto rendimiento para priorizar cuál estudiar más extensamente".

El estudio piloto de Rice demuestra que es posible recopilar una gran cantidad de datos de toxicidad a bajo costo, dijo Zhong, un profesor asistente de biociencias, quien ha realizado extensos estudios sobre C. elegans , particularmente en sus redes genéticas. Materiales solos para cada ensayo, incluyendo los gusanos y las bacterias que consumieron y los medios de cultivo, cuesta alrededor de 50 centavos, ella dijo.

Los investigadores utilizaron cuatro ensayos para ver cómo reaccionan los gusanos a las nanopartículas:aptitud, movimiento, crecimiento y vida útil. El ensayo de toxicidad más sensible fue la aptitud. En esta prueba, los investigadores mezclaron las nanopartículas en soluciones con las bacterias que consumen los gusanos. Medir la cantidad de bacterias que comieron a lo largo del tiempo sirvió como medida de la "aptitud" de los gusanos.

"Si la salud de los gusanos se ve afectada por las nanopartículas, se reproducen menos y comen menos, ", Dijo Zhong." En el ensayo de aptitud, monitoreamos los gusanos durante una semana. Eso es lo suficientemente largo para que podamos monitorear los efectos de toxicidad acumulados a través de tres generaciones de gusanos ". C. elegans tiene un ciclo de vida de unos tres días, y dado que cada uno puede producir mucha descendencia, una población que comenzara en 50 sería más de 10, 000 después de una semana. Un número tan grande de animales probados también permitió que el ensayo de aptitud fuera altamente sensible.

El sistema "QuantWorm" de los investigadores permitió un rápido seguimiento de la aptitud del gusano, movimiento, crecimiento y vida útil. De hecho, el seguimiento de los gusanos fue probablemente la parte del proyecto que requirió menos tiempo. Cada nanomaterial requería una preparación específica para asegurarse de que fuera soluble y pudiera ser entregado a los gusanos junto con las bacterias. Las propiedades químicas de cada nanomaterial también debían caracterizarse en detalle.

Los investigadores estudiaron una muestra representativa de tres clases de nanopartículas:metal, óxidos metálicos y a base de carbono. "No creamos nanopartículas poliméricas porque el tipo de polímeros que posiblemente puedas tener es infinito, "Li explicó.

Examinaron la toxicidad de cada nanopartícula en cuatro concentraciones. Sus resultados mostraron fullerenos C-60, fullerol (un derivado de fullereno), dióxido de titanio, Los nanotubos decorados con dióxido de titanio y el dióxido de cerio fueron los menos dañinos para las poblaciones de gusanos.

Su ensayo de "aptitud" confirmó la toxicidad dependiente de la dosis para el negro de humo, nanotubos de carbono de una o varias paredes, grafeno óxido de grafeno, nanopartículas de oro y dióxido de silicio ahumado.

También determinaron el grado en que la química de la superficie afectaba la toxicidad de algunas partículas. Mientras que los nanotubos de paredes múltiples funcionalizados con amina demostraron ser altamente tóxicos, Los nanotubos hidroxilados tenían la menor toxicidad, con diferencias significativas en la aptitud, longitud del cuerpo y vida útil.

Una tabla de toxicidad completa e interactiva para todos los materiales probados está disponible en línea.

Zhong dijo que el método podría demostrar su valor como una forma rápida para que las compañías farmacéuticas u otras compañías reduzcan la gama de nanopartículas que desean pasar más caras. pruebas de toxicología dedicadas.

"Próximo, esperamos agregar variables ambientales a los ensayos, por ejemplo, para imitar la exposición a los rayos ultravioleta o las condiciones del agua del río en la solución para ver cómo afectan la toxicidad, ", dijo." También queremos estudiar el mecanismo biológico por el cual algunas partículas son tóxicas para los gusanos ".