La nanotecnología está en auge, pero la evaluación de riesgos de estas pequeñas partículas es un proceso laborioso que presenta desafíos importantes para el Instituto Federal Alemán de Evaluación de Riesgos (BfR). Para encontrar métodos de prueba más eficientes, Los investigadores del Centro Helmholtz de Investigación Ambiental (UFZ) en cooperación con los científicos de BfR examinaron más de cerca los efectos biológicos. Sus resultados se han publicado en la revista Particle and Fiber Toxicology.

Desde tintes hasta materiales de construcción, y desde productos cosméticos hasta electrónica y medicina, Los nanomateriales se encuentran en muchas aplicaciones diferentes. Pero, ¿qué son estos materiales?

"Los nanomateriales se definen simplemente por su tamaño, "explica la Dra. Kristin Schubert del Departamento de Biología de Sistemas Moleculares de la UFZ." Los materiales entre uno y 100 nanómetros de tamaño se denominan nanomateriales ". Para ayudar a imaginar su diminuto tamaño:un nanómetro es sólo una millonésima de milímetro. Dado que los nanomateriales son tan pequeños, pueden entrar fácilmente al cuerpo, por ejemplo a través de los pulmones, piel o tracto gastrointestinal, donde pueden causar efectos adversos. Al igual que los productos químicos convencionales, Por lo tanto, los nanomateriales deben someterse a pruebas para detectar posibles riesgos para la salud antes de que puedan fabricarse industrialmente. utilizado y comercializado.

En la actualidad, Las pruebas se llevan a cabo para cada nanomaterial individualmente. Y dado que incluso los cambios más pequeños, por ejemplo, en tamaño o características de la superficie:puede afectar la toxicidad, También se necesitan pruebas separadas para cada variante de un nanomaterial. "La evaluación de riesgos de los nanomateriales a veces es difícil y requiere mucho tiempo, "dice la Dra. Andrea Haase de BfR." Y la lista de sustancias que se analizarán es cada vez más larga, porque la nanotecnología está creciendo hasta convertirse en una tecnología clave con una amplia gama de aplicaciones. Por lo tanto, necesitamos urgentemente encontrar soluciones para una evaluación de riesgos más eficiente ".

¿Cómo se pueden clasificar adecuadamente los nanomateriales en grupos? ¿Hay similitudes en sus efectos? ¿Y qué propiedades materiales están asociadas con estos efectos? En su estudio reciente, investigadores de UFZ y BfR y representantes de la industria se propusieron responder a estas preguntas. "Nos centramos en los efectos biológicos y examinamos qué moléculas y vías de señalización en la célula están influenciadas por qué tipos de nanomateriales, "dice Schubert.

A través de experimentos in vitro, los investigadores expusieron células epiteliales de pulmones de ratas a diferentes nanomateriales y buscaron cambios dentro de las células. Para hacer esto, utilizaron lo que se conoce como métodos multiómicos:identificaron varios miles de proteínas celulares, varios lípidos y aminoácidos, y estudió importantes vías de señalización dentro de la célula. Utilizando una novedosa técnica de análisis bioinformático, evaluaron enormes volúmenes de datos y obtuvieron algunos resultados interesantes.

"Pudimos demostrar que los nanomateriales con efectos tóxicos desencadenan inicialmente el estrés oxidativo y que en el proceso ciertas proteínas se regulan hacia arriba o hacia abajo en la célula". "explica Schubert." En el futuro, estas moléculas clave podrían servir como biomarcadores para detectar y proporcionar evidencia de los posibles efectos tóxicos de los nanomateriales de forma rápida y eficaz ". Si la toxicidad del nanomaterial es alta, aumenta el estrés oxidativo, Se desarrollan procesos inflamatorios y después de cierto punto, la celda muere.

"Ahora tenemos una mejor comprensión de cómo los nanomateriales afectan la célula, "dice Haase." Y con la ayuda de biomarcadores ahora también podemos detectar efectos tóxicos mucho más bajos de lo que era posible anteriormente ". Los investigadores también identificaron vínculos claros entre ciertas propiedades de los nanomateriales y cambios en el metabolismo celular". Por ejemplo, pudimos demostrar que los nanomateriales con una gran área de superficie afectan a la célula de manera muy diferente a los que tienen una pequeña área de superficie, ", dice Schubert. Saber qué parámetros juegan un papel clave en los efectos tóxicos es muy útil. Significa que los nanomateriales se pueden optimizar durante el proceso de fabricación, por ejemplo a través de pequeñas modificaciones, y por tanto los efectos tóxicos reducidos.

"Nuestro estudio nos ha llevado a varios grandes pasos hacia adelante, "dice Schubert." Por primera vez, hemos analizado exhaustivamente los mecanismos biológicos subyacentes a los efectos tóxicos, clasificaron los nanomateriales en grupos según sus efectos biológicos e identificaron biomarcadores clave para nuevos métodos de prueba ". Andrea Haase de BfR está más que satisfecha:" Los resultados son importantes para el trabajo futuro. Contribuirán a nuevos conceptos para la eficiencia, evaluación de riesgos confiable de los nanomateriales y establecer la dirección en la que debemos ir ".