Los macrófagos de ratón (rojo) engullen nanopartículas de sílice (verde)
Los científicos han demostrado que se produce un proceso conocido como estrés oxidativo durante los encuentros entre determinadas nanopartículas y células inmunitarias. modificar selectivamente proteínas en macrófagos, un tipo de célula inmunitaria. Los resultados, por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía, fueron publicados en la revista ACS Nano .
Si bien el estrés oxidativo es una forma común de que ocurra el daño celular, los hallazgos fueron una sorpresa de alguna manera.
"El estrés oxidativo se produce de forma selectiva incluso a niveles bajos de exposición a nanopartículas, "dijo Brian Thrall, experto en nanotoxicología del PNNL y autor correspondiente del estudio. "Hemos demostrado un enfoque que es lo suficientemente sensible como para detectar los efectos de las nanopartículas en los macrófagos mucho antes de que esas células mueran. Esto nos da la oportunidad de comprender los objetivos celulares más sensibles del estrés oxidativo y las vías involucradas de manera más completa que antes.
"Esta es información importante para comprender cómo las nanopartículas pueden alterar la función celular y para comenzar a identificar las funciones que permiten que las células se adapten frente a las que están potencialmente involucradas en los efectos adversos". "Añadió Thrall.
Las nanopartículas suelen tener menos de 100 nanómetros de ancho, menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano. Si una pelota de baloncesto estándar se volara al tamaño de la Tierra, una nanopartícula agrandada proporcionalmente sería aproximadamente del tamaño de una pelota de playa en comparación. Las partículas se utilizan ampliamente en aplicaciones biomédicas, ropa, la industria electrónica, productos cosméticos, envases de alimentos y protectores solares; también son un componente de muchas formas de contaminación del aire.
A medida que los científicos han perfeccionado su capacidad para fabricar una diversidad de nanopartículas utilizadas en productos manufacturados, existe una mayor necesidad de estudiar sus efectos potenciales. A menudo, Estos estudios analizan si la exposición a las partículas da como resultado la muerte celular. El estudio PNNL tiene más matices, profundizando en las proteínas específicas de las células que son el objetivo del daño oxidativo causado por las nanopartículas.
"Este estudio muestra que algunas nanopartículas que consideramos no tóxicas pueden tener muchos efectos sobre los macrófagos, "dijo el químico analítico Wei-Jun Qian, también autor correspondiente del estudio.
Los hallazgos dependen de un método desarrollado recientemente por científicos de PNNL para medir la oxidación de proteínas en sitios muy específicos en células como los macrófagos. Qian desarrolló una medida muy sensible de modificaciones de proteínas en las células para permitir a los científicos observar sitios específicos en la célula donde los científicos saben que se llevan a cabo ciertas funciones. El método, conocido como un enfoque proteómico redox cuantitativo, utiliza un espectrómetro de masas avanzado para observar miles de sitios involucrados en reacciones redox simultáneamente.
Los equipos de Thrall y Qian trabajaron juntos para analizar las modificaciones en todas las proteínas de las células de ratón. El grupo analizó los efectos de tres tipos de nanopartículas que varían en su potencial para causar estrés oxidativo y muerte celular:
El equipo echó un vistazo de cerca a más de 2, 000 puntos calientes celulares donde un proceso conocido como S-glutationilación, un tipo específico de modificación de proteínas que se sabe que participa en las funciones inmunitarias cuando una célula está bajo estrés oxidativo, ocurre.
En macrófagos expuestos a nanopartículas, el equipo encontró "huellas" moleculares de actividad, un aumento en la S-glutatión. Sin embargo, el patrón específico de modificaciones oxidativas en proteínas variaba según el tipo de nanopartícula. Al observar estas modificaciones, los investigadores pudieron identificar vías moleculares específicas que eran más sensibles a los bajos niveles de estrés oxidativo, y distinguir aquellos de otras vías que se asociaron con altos niveles de estrés oxidativo relacionados con la muerte celular.
La idea de que una nanopartícula dañaría los macrófagos del cuerpo no es ninguna sorpresa:los macrófagos son los primeros en responder del cuerpo cuando se trata de reconocer y neutralizar a un invasor. Algunas nanopartículas pueden debilitar la capacidad de los macrófagos para reconocer, sujetar y engullir las partículas.
Hace dos años, El equipo de Thrall demostró que cuando los macrófagos están expuestos a nanopartículas, las células no funcionan tan bien y son menos capaces de reconocer y eliminar la neumonía por Streptococcus, la principal causa de neumonía adquirida en la comunidad. El patrón de cambios de proteínas identificado en este estudio proporciona nuevas pistas sobre los tipos de nanopartículas que causan estos efectos y las proteínas involucradas.
Qian desarrolló el método como parte de su trabajo en el estudio de las reacciones redox que desempeñan un papel importante en la regulación de la fotosíntesis en las plantas. Entender cómo capturan las plantas, procesar y canalizar la energía del Sol ayuda naturalmente a los científicos a desarrollar nuevos sistemas energéticos eficientes para hacer lo mismo. Qian ha utilizado el sistema para descubrir más de 2, 100 ubicaciones moleculares donde es probable que ocurran reacciones redox en cianobacterias, que son importantes para la producción de biocombustibles.
