Los químicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) han desarrollado una técnica que reduce los efectos tóxicos de los cigarrillos disponibles comercialmente. A pesar de que la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que unos 6 millones de personas mueren cada año como consecuencia del consumo de tabaco, el número de fumadores en todo el mundo va en aumento. El número de muertes relacionadas con el tabaco es equivalente a la tasa de mortalidad que ocurriría si un avión de pasajeros se estrellara cada hora. Según las cifras publicadas por la Oficina Federal de Estadística de Alemania, la industria tabacalera generó un volumen de negocios de alrededor de 20 500 millones de euros en 2016 a través de la venta de cigarrillos solo en Alemania.

El humo del tabaco contiene casi 12, 000 componentes diferentes. Entre estos se encuentran sustancias narcotóxicas como la nicotina, toxinas sanguíneas como cianuro y monóxido de carbono, sin mencionar los diversos carcinógenos. Entre estos se encuentran los radicales libres de oxígeno, también conocidas como especies reactivas de oxígeno. Más de 10 billones (1016) de estas moléculas se inhalan con cada calada de un cigarrillo. El equipo con sede en Mainz encabezado por el profesor Wolfgang Tremel ha descubierto cómo reducir significativamente los niveles de estos radicales libres de oxígeno y, por lo tanto, reducir notablemente la toxicidad del humo del cigarrillo. Este desarrollo podría ayudar no solo a hacer que el consumo de productos a base de tabaco sea algo menos peligroso, sino que también podría extenderse a otras áreas en las que los radicales reactivos de oxígeno son un problema.

Los investigadores tomaron la idea subyacente detrás del concepto de las enzimas naturales. En presencia de una mayor concentración de especies reactivas de oxígeno como resultado de, por ejemplo, disfunción enzimática, Radiación ultravioleta o inhalación de humo de tabaco. Puede ocurrir una división celular descontrolada y daño celular oxidativo. La naturaleza regula la concentración de radicales mediante enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa (SOD), que juega un papel central en la prevención de procesos patológicos, incluyendo el crecimiento de tumores y cáncer, enfermedades inflamatorias, y accidente cerebrovascular. La enzima natural utiliza metales como cobre-zinc, níquel, planchar, y manganeso como centros reactivos que provocan la descomposición de los radicales de oxígeno para proteger al organismo de su comportamiento reactivo agresivo.

Hoy en día es posible producir o aislar enzimas como SOD, pero el proceso va acompañado de altos costos. Sin embargo, su escasa estabilidad ante la exposición a altas temperaturas y valores de pH no fisiológicos complica las cosas. Con enzimas naturales en mente, Los investigadores en el campo de la biomimética están buscando formas de imitar reacciones biológicas naturales con la ayuda de compuestos sintéticos. La química Karsten Korschelt y la química alimentaria Dra. Carmen Metzger investigaron nanopartículas de hidróxido de cobre funcionalizadas con aminoácidos como posibles análogos sintéticos de la SOD cuprífera. Descubrieron que las partículas estaban asociadas con una mayor tasa de actividad catalítica en términos de descomposición de radicales de oxígeno que la propia enzima. "En principio, esto no es una sorpresa, ya que todos los átomos de cobre en la superficie de la partícula pueden tener un efecto catalítico, sin embargo, la enzima tiene un solo centro activo, ", dijo el profesor Wolfgang Tremel. En contraste con las enzimas naturales, Las nanopartículas de hidróxido de cobre funcionalizadas son muy estables y económicas de producir.

Del laboratorio a la vida cotidiana

Aunque las reacciones enzimáticas naturales se pueden imitar con la ayuda de nanopartículas, hasta el momento solo hay unas pocas aplicaciones basadas en el principio. Las propias nanopartículas se utilizan en cosmética, por ejemplo, y como nano selladores en pinturas y textiles. Estamos tan expuestos a los radicales libres en el día a día que con frecuencia se ignora por completo su presencia. Pero en los gases de escape y el humo de los cigarrillos representan una gran amenaza para la salud. El equipo de químicos de Mainz colabora así con el grupo que dirige el profesor Jürgen Brieger del Centro Médico de la Universidad de Mainz para determinar si es posible integrar nanopartículas de hidróxido de cobre funcionalizadas en los filtros de los cigarrillos y así reducir los niveles de radicales libres en el humo. proporcionando así a los fumadores una mayor protección contra su potencial tóxico.

Las pruebas de citotoxicidad han demostrado que los extractos de humo de cigarrillo en las concentraciones examinadas ya no tienen un efecto tóxico en las células humanas después de pasar a través de filtros de cigarrillos que contienen nanopartículas. mientras que hubo un aumento de la toxicidad en el caso de los controles en los que se emplearon filtros sin tratar. "Esto demuestra el efecto positivo de las partículas cuando se utilizan en filtros de cigarrillos y su estabilidad durante el proceso de ahumado, ", enfatizó Karsten Korschelt. Los investigadores de Mainz han podido demostrar así que es posible imitar los mecanismos de defensa naturales con la ayuda de nanopartículas y que se puede lograr una reducción de los efectos tóxicos de varios tipos de humo.

Los métodos y análisis empleados se desarrollaron e implementaron en cooperación con el Centro Médico Universitario de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz. El informe sobre su trabajo ha sido publicado en la revista científica Nanoescala .