Todavía no está claro cuál es el impacto en los humanos, animales y plantas de nanomateriales sintéticos liberados al medio ambiente o utilizados en productos. Es muy difícil detectar estos nanomateriales en el medio ambiente ya que las concentraciones son tan bajas y las partículas tan pequeñas. Ahora, los socios del proyecto NanoUmwelt han desarrollado un método que es capaz de identificar incluso pequeñas cantidades de nanomateriales en muestras ambientales.

Pequeños enanos mantienen limpios nuestros colchones reparar el daño a nuestros dientes, que los huevos se peguen a nuestras sartenes, y extender la vida útil de nuestros alimentos. Estamos hablando de nanomateriales:"nano" proviene de la palabra griega que significa "enano". Estas partículas son solo unas mil millonésimas de metro pequeñas, y se utilizan en una amplia gama de productos de consumo. Sin embargo, hasta ahora se desconocía en gran medida el impacto de estos materiales en el medio ambiente, y falta información sobre las concentraciones y formas en las que están presentes allí. "Es cierto que muchos estudios de laboratorio han examinado el efecto de los nanomateriales en las células humanas y animales. Hasta la fecha, aunque, no ha sido posible detectar cantidades muy pequeñas en muestras ambientales, "dice la Dra. Yvonne Kohl del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Biomédica IBMT en Sulzbach.

Una millonésima de miligramo por litro

Ese es precisamente el objetivo del proyecto NanoUmwelt. El equipo interdisciplinario del proyecto está formado por eco- toxicólogos y humanos, físicos, químicos y biólogos, y acaban de dar su primer gran paso adelante para lograr su objetivo:han desarrollado un método para analizar una variedad de muestras ambientales, como agua de río, tejido animal, u orina y sangre humanas que pueden detectar nanomateriales a un nivel de concentración de nanogramos por litro (ppb - partes por mil millones). Eso equivale a medio terrón de azúcar en el volumen de agua contenida en 1000 piscinas de competición. Usando el nuevo método, ahora es posible detectar no solo grandes cantidades de nanomateriales en fluidos claros, como era el caso anteriormente, pero también muy pocas partículas en mezclas de sustancias complejas como sangre humana o muestras de suelo. El enfoque se basa en el fraccionamiento de flujo de campo (FFF), que se puede utilizar para separar mezclas complejas heterogéneas de fluidos y partículas en sus componentes, al mismo tiempo que clasifica los componentes clave por tamaño. Esto se logra mediante la combinación de un flujo controlado de fluido y un campo de separación físico, que actúa perpendicularmente sobre la suspensión fluida.

Para que funcione el proceso de detección, las muestras ambientales deben procesarse adecuadamente. El equipo del Departamento de Bioprocesamiento y Bioanalítica de Fraunhofer IBMT preparó agua de río, orina humana, y tejido de pescado para que quepan en el dispositivo FFF. "Preparamos las muestras con enzimas especiales. En este proceso, tenemos que asegurarnos de que los nanomateriales no se destruyan ni cambien. Esto nos permite detectar las cantidades y formas reales de los nanomateriales en el medio ambiente, "explica Kohl. Los científicos tienen una experiencia especial cuando se trata de proporcionar, procesar y almacenar muestras de tejido humano. Fraunhofer IBMT gestiona el "Banco de muestras medioambientales de Alemania (ESB) - Muestras humanas" desde enero de 2012 en nombre de la Agencia de Medio Ambiente de Alemania (UBA). Cada año, el instituto de investigación recolecta muestras de sangre y orina de 120 voluntarios en cuatro ciudades de Alemania. Las muestras individuales son una herramienta valiosa para mapear las tendencias a lo largo del tiempo de la exposición humana a los contaminantes. "Además, Se donaron muestras de sangre y orina para el proyecto NanoUmwelt y se pusieron en crioalmacenamiento en Fraunhofer IBMT. Usamos estas muestras para desarrollar nuestro nuevo método de detección, "dice el Dr. Dominik Lermen, gerente del grupo de trabajo de Biomonitoreo y Criobancos de Fraunhofer IBMT. Tras la aprobación de la UBA, Algunas de las muestras humanas en el archivo de ESB también pueden examinarse utilizando el nuevo método.

Desarrollo de nuevos modelos de cultivo celular

Los nanomateriales terminan en el medio ambiente a través de diferentes vías, entre otras cosas, el sistema de alcantarillado. Los seres humanos y los animales presumiblemente los absorben a través de barreras biológicas como el pulmón o el intestino. El equipo del proyecto está simulando estos procesos en placas de Petri para comprender cómo se transportan los nanomateriales a través de estas barreras. "Es un proceso muy complejo que involucra una gama extremadamente amplia de células y capas de tejido, "explica Kohl. Los investigadores replican los procesos de la manera más realista posible. Lo hacen mediante, por ejemplo, midiendo los flujos eléctricos dentro de las barreras para determinar la funcionalidad de estas barreras, o simulando la interacción pulmón-aire utilizando nubes de niebla artificial. En la primera fase del proyecto NanoUmwelt, El equipo de IBMT logró desarrollar varios modelos de cultivo celular para el transporte de nanomateriales a través de barreras biológicas. IBMT trabajó junto con el Instituto Fraunhofer de Biología Molecular y Ecología Aplicada IME, que utilizó células madre pluripotentes para desarrollar un modelo para investigar la cardiotoxicidad. Empa, el socio suizo en el proyecto, entregó un modelo de barrera placentaria para estudiar el transporte de nanomateriales entre la madre y el niño.

Próximo, los socios quieren utilizar su método para medir las concentraciones de nanopartículas en una amplia variedad de muestras ambientales. A continuación, analizarán los resultados obtenidos para estar en mejores condiciones de evaluar el comportamiento de los nanomateriales en el medio ambiente y su potencial peligro para los seres humanos. animales y el medio ambiente. "Nuestro próximo objetivo es detectar partículas en cantidades aún más pequeñas, "dice Kohl. Para lograrlo, los científicos planean utilizar filtros especiales para eliminar los elementos que distraen de las muestras ambientales, y esperan desarrollar nuevas técnicas de procesamiento.