La imagen muestra células HeLa incubadas durante 24 horas con nanopartículas de TiO2 recubiertas de suero (las proteínas están marcadas con un fluoróforo rojo). Los núcleos celulares se tiñen con DAPI (azul). Crédito:Georgia Tech
Una nanopartícula de uso común en alimentos, productos cosméticos, Los protectores solares y otros productos pueden tener efectos sutiles sobre la actividad de los genes que expresan enzimas que abordan el estrés oxidativo dentro de dos tipos de células. Si bien las nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) se consideran no tóxicas porque no matan las células en concentraciones bajas, Estos efectos celulares podrían aumentar las preocupaciones sobre la exposición a largo plazo al nanomaterial.
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia utilizaron técnicas de detección de alto rendimiento para estudiar los efectos de las nanopartículas de dióxido de titanio en la expresión de 84 genes relacionados con el estrés oxidativo celular. Su trabajo encontró que seis genes, cuatro de ellos de una sola familia de genes, se vieron afectados por una exposición de 24 horas a las nanopartículas.
El efecto se observó en dos tipos diferentes de células expuestas a las nanopartículas:las células cancerosas HeLa humanas comúnmente utilizadas en la investigación, y una línea de células de riñón de mono. Las nanopartículas de poliestireno de tamaño y carga eléctrica superficial similares a las nanopartículas de dióxido de titanio no produjeron un efecto similar sobre la expresión génica.
"Esto es importante porque cada medida estándar de salud celular muestra que las células no se ven afectadas por estas nanopartículas de dióxido de titanio, "dijo Christine Payne, profesor asociado en la Escuela de Química y Bioquímica de Georgia Tech. "Nuestros resultados muestran que hay un cambio más sutil en el estrés oxidativo que podría ser dañino para las células o conducir a cambios a largo plazo. Esto sugiere que otras nanopartículas deberían ser examinadas para efectos similares de bajo nivel".
La investigación se informó en línea el 6 de mayo en el Revista de química física C . El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) a través del Centro HERCULES de la Universidad de Emory, y por una beca Vasser Woolley.
Las nanopartículas de dióxido de titanio ayudan a que las donas en polvo se vuelvan blancas, protege la piel de los rayos solares y refleja la luz en superficies pintadas. En concentraciones comúnmente utilizadas, se consideran no tóxicos, aunque varios otros estudios han suscitado preocupación por los posibles efectos sobre la expresión génica que pueden no tener un impacto directo en la salud a corto plazo de las células.
Para determinar si las nanopartículas podrían afectar a los genes involucrados en el manejo del estrés oxidativo en las células, Payne y su colega Melissa Kemp, profesora asociada en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y Emory University, diseñaron un estudio para evaluar ampliamente el impacto de las nanopartículas en las dos líneas celulares.
Trabajando con los estudiantes graduados Sabiha Runa y Dipesh Khanal, incubaron por separado células HeLa y células de riñón de mono con óxido de titanio a niveles 100 veces menores que la concentración mínima conocida por iniciar efectos sobre la salud celular. Después de incubar las células durante 24 horas con el TiO2, las células se lisaron y su contenido se analizó mediante técnicas de PCR y Western Blot para estudiar la expresión de 84 genes asociados con la capacidad de las células para abordar los procesos oxidativos.
Payne y Kemp se sorprendieron al encontrar cambios en la expresión de seis genes, incluyendo cuatro de la familia de enzimas peroxiredoxinas que ayudan a las células a degradar el peróxido de hidrógeno, un subproducto de los procesos de oxidación celular. Demasiado peróxido de hidrógeno puede crear estrés oxidativo que puede dañar el ADN y otras moléculas.
El efecto medido fue significativo:cambios de aproximadamente el 50 por ciento en la expresión de la enzima en comparación con las células que no se habían incubado con nanopartículas. Las pruebas se realizaron por triplicado y produjeron resultados similares cada vez.
La profesora asociada de Georgia Tech Christine Payne y la estudiante de posgrado Sabiha Runa se muestran en un laboratorio de microscopía utilizado para estudiar la interacción de las nanopartículas de dióxido de titanio con las células. En la pantalla hay una imagen de microscopía fluorescente de células cancerosas humanas. Crédito:Crédito:Rob Felt, Georgia Tech
"Una cosa que fue realmente sorprendente fue que toda esta familia de proteínas se vio afectada, aunque algunos fueron regulados al alza y otros regulados a la baja, ", Dijo Kemp." Todas estas eran proteínas relacionadas, entonces la pregunta es por qué responderían de manera diferente a la presencia de las nanopartículas ".
Los investigadores no están seguros de cómo se unen las nanopartículas a las células, pero sospechan que puede involucrar la corona de proteínas que rodea a las partículas. La corona está formada por proteínas séricas que normalmente sirven de alimento a las células. pero se adsorben a las nanopartículas en el medio de cultivo. Las proteínas corona tienen un efecto protector sobre las células, pero también puede servir como una forma para que las nanopartículas se unan a los receptores celulares.
El dióxido de titanio es bien conocido por sus efectos fotocatalíticos bajo luz ultravioleta, pero los investigadores no creen que eso esté en juego aquí porque su cultivo se realizó con luz ambiental o en la oscuridad. Las nanopartículas individuales tenían diámetros de aproximadamente 21 nanómetros, pero en cultivo celular se formaron agregados mucho mayores.
En el trabajo futuro, Payne y Kemp esperan aprender más sobre la interacción, incluso dónde se encuentran las proteínas productoras de enzimas en las células. Para eso, pueden usar HyPer-Tau, una proteína informadora que desarrollaron para rastrear la ubicación del peróxido de hidrógeno dentro de las células.
La investigación sugiere que puede ser necesaria una reevaluación para otras nanopartículas que podrían crear efectos sutiles aunque se hayan considerado seguras.
"Un trabajo anterior había sugerido que las nanopartículas pueden provocar estrés oxidativo, pero nadie había mirado realmente a este nivel y a tantas proteínas diferentes al mismo tiempo, ", Dijo Payne." Nuestra investigación examinó concentraciones tan bajas que plantea preguntas sobre qué más podría verse afectado. Analizamos específicamente el estrés oxidativo, pero puede haber otros genes afectados, también."
Esas sutiles diferencias pueden ser importantes cuando se agregan a otros factores.
"El estrés oxidativo está implicado en todo tipo de respuestas inflamatorias e inmunes, "Kemp anotó." Si bien el dióxido de titanio solo puede modular los niveles de expresión de esta familia de proteínas, si eso está sucediendo al mismo tiempo, tiene otros tipos de estrés oxidativo por diferentes razones, entonces puede tener un efecto acumulativo ".
