El miedo es un mal consejero. En la serie de cómics "Asterix, "El jefe galo Vitalstatistix puede tener miedo de que el cielo se le caiga sobre la cabeza. En el mundo real, sin embargo, los riesgos deben evaluarse con la mente clara. Para garantizar que las evaluaciones de riesgos no se lleven a cabo emocionalmente sino que conduzcan a decisiones adecuadas, los científicos utilizan modelos para analizar el potencial de peligro de sustancias o tecnologías. Los investigadores de Empa están investigando actualmente los riesgos de una clase relativamente nueva de sustancias fabricadas con materiales diminutos:fármacos fabricados con nanomateriales. Ya se sabe que los productos farmacéuticos convencionales pueden liberarse al medio ambiente después de su administración o ingestión. En el mundo animal por ejemplo, sustancias similares a las hormonas pueden producir huevos de ave de caparazón delgado, trastornos de la fertilidad en peces y disminución de la población de nutrias.

Pequeñas partículas grandes tareas

Nanomedicina, Por otro lado, ya está informando resultados prometedores con nuevos fármacos. Con nano-diamantes, los médicos están superando la barrera hematoencefálica, y con nanopartículas de oro luchan contra el cáncer. Ninguna tarea parece demasiado grande para las diminutas partículas. Se sabe poco sobre los riesgos de este tipo de nanomateriales tan pronto como se liberan al medio ambiente.

Los investigadores de Empa, dirigidos por Bernd Nowack del laboratorio "Tecnología y Sociedad" en St. Gallen, están calculando actualmente los riesgos de estas nanomedicinas. Entre otras actividades, el equipo participa en el proyecto internacional de investigación e innovación "BIORIMA". El proyecto interdisciplinario desarrolla la gestión de riesgos de nanobiomateriales para el ser humano y el medio ambiente y está financiado por "Horizon2020, "Programa de financiación de la investigación y la innovación de la UE.

Destino dentro del cuerpo

Los análisis de riesgo son básicamente una función del potencial de peligro y la exposición. En otras palabras, una sustancia altamente peligrosa a la que nadie está expuesto presenta tan poco riesgo como una sustancia inofensiva con la que uno entra en contacto constante. Para mapear con precisión los riesgos de nuevas sustancias, los investigadores primero determinan el valor umbral, en el que una sustancia ya no tiene efectos nocivos, así como la cantidad esperada que se libera al medio ambiente. Estos datos no son fáciles de conseguir, ya que primero se debe determinar el destino de la droga en el cuerpo y su ruta a la planta de tratamiento de aguas residuales y desde allí a los ríos y lagos, y por lo tanto a la biosfera.

Una vez liberado al medio ambiente, los polímeros se alteran por descomposición biológica o físico-química en componentes más pequeños. Además de los estudios farmacológicos, los investigadores utilizan análisis de flujos de materiales y modelos ambientales matemáticos. "Para la mayoría de los nanobiomateriales, no existen estimaciones fiables sobre la cantidad de partículas que se liberan, ", dice Nowack. Estas lagunas en el conocimiento deben cerrarse por todos los medios.

Sin problemas con el nano-oro

Nowack cerró las primeras brechas hace algún tiempo, cuando él y su equipo evaluaron el riesgo de las nanopartículas de oro en el medio ambiente. "En la actualidad, se puede suponer que las nanopartículas de oro no causan ningún problema cuando se utilizan en aplicaciones médicas, "dice el investigador. En su nuevo estudio, El equipo de Nowack analizó otros nanomateriales médicos. Las partículas de entre 1 y 100 nanómetros de tamaño son interesantes porque son relativamente fáciles de producir y se pueden utilizar, por ejemplo, para imágenes médicas, recubrimientos antimicrobianos o liberación de fármacos.

Algunos nanomateriales de uso frecuente ahora podrían investigarse por primera vez sobre la base de los datos disponibles. Éstos incluyen, por ejemplo, nano-quitosano, un derivado de un polisacárido natural, que se encuentra en el caparazón de los crustáceos y favorece la cicatrización de heridas. Otras sustancias bajo investigación fueron poliacrilonitrilo, PAN para abreviar, que se utiliza en terapia antibacteriana, e hidroxiapatita (HAP), un mineral natural que se utiliza en el contexto de la liberación de fármacos o la regeneración del tejido óseo.

Los análisis mostraron que el quitosano en su forma convencional es más tóxico para los microorganismos acuáticos que en su nanoforma. Por lo tanto, el nanopolímero fue significativamente menos dañino que los medicamentos convencionales que se liberan al medio ambiente, como antibióticos o analgésicos. El segundo nanopolímero, SARTÉN, así como el mineral HAP funcionó aún mejor. "Estas sustancias son prácticamente no tóxicas en el agua, "dice Nowack.

Sin embargo, la situación es diferente para las nanopartículas de plata, que se utilizan en medicina por su efecto antibacteriano. En la biosfera el nanomaterial inorgánico ejerce el mismo efecto tóxico sobre los microorganismos que son importantes para el equilibrio de un ecosistema.

Enorme superficie

"Se puede suponer que lo biológico, Las propiedades químicas y físicas de muchos nanomateriales pueden diferir significativamente de las de otros medicamentos. ", dice Nowack. Una de las razones de esto es el número extraordinariamente alto de partículas y su área de superficie mucho mayor. Es importante señalar que actualmente es posible evaluar el peligro ambiental de ciertas sustancias. Para análisis de riesgo completos, sin embargo, es necesario establecer primero la extensión, al que la flora y la fauna, y en última instancia los seres humanos, entran en contacto con estos nanomateriales. El equipo de Empa está trabajando actualmente en estos datos de exposición para la clase relativamente nueva de nanomateriales como parte del proyecto "BIORIMA".

Los datos que obtienen también se utilizan en el proceso de desarrollo de nuevos productos médicos. La investigadora de Empa, Claudia Som, se refiere al enfoque "seguro por diseño":"Hemos desarrollado pautas para las pymes que permiten clasificar los nanobiomateriales de riesgo en las primeras etapas del costoso proceso de desarrollo, "explica el investigador. Los análisis de riesgo de Empa apoyan así la innovación sostenible en el campo de la nanomedicina.