Los científicos de Virginia Tech han descubierto que las partículas increíblemente pequeñas de un óxido de titanio inusual y altamente tóxico que se encuentra en el smog y la ceniza del carbón pueden causar daño pulmonar en ratones después de una sola exposición. con daños a largo plazo que ocurren en solo seis semanas.

Las pruebas estuvieron encabezadas por Irving Coy Allen, profesor de la Facultad de Medicina Veterinaria de Virginia-Maryland, con colaboradores de todo Virginia Tech e investigadores de la Universidad de Colorado, la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Universidad de Carolina del Este, y la Universidad Normal del Este de China en Shanghai. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista científica Fronteras en inmunología .

Siguen los hallazgos de 2017 del geocientífico de Virginia Tech Michael Hochella de que la quema de carbón, cuando el humo no es capturado por los filtros de alta gama que se encuentran actualmente en las plantas de energía de EE. UU., Emite pequeñas partículas conocidas como nanopartículas de subóxido de titanio a la atmósfera. Tales nanopartículas fueron encontradas por el equipo de científicos de Hochella en cenizas recolectadas de las calles de la ciudad. aceras, y en estanques y bahías cerca de ciudades estadounidenses y chinas.

Usando modelos de mouse en un entorno de laboratorio, estas diminutas nanopartículas, tan pequeñas como 100 millonésimas de metro, ingresaron a los pulmones después de ser inhaladas. Una vez dentro de los pulmones, las nanopartículas encontraron macrófagos, las células defensivas de los pulmones que atrapan y eliminan materiales extraños. Típicamente, estas células protegen los pulmones de patógenos, como bacterias y virus. Pero contra estas nanopartículas, los macrófagos vacilan.

"No pueden romper las nanopartículas de titanio, para que las células empiecen a morir, y este proceso recluta más macrófagos. Estos procesos comienzan un ciclo de retroalimentación con cada ronda de células moribundas que se concentran alrededor de las nanopartículas, "dijo Allen, miembro del Departamento de Ciencias Biomédicas y Patobiología. "Los moribundos, Las células que contienen nanopartículas comienzan a depositarse en los pulmones y estos depósitos causan problemas. Comenzamos a ver impactos negativos en la función pulmonar, y básicamente los pulmones no continúan funcionando correctamente ".

En lo que Allen llama un "hallazgo sorprendente, "su equipo descubrió efectos negativos después de una sola exposición a las nanopartículas tóxicas. El daño a largo plazo de los depósitos puede aparecer en tan solo seis semanas, suscitando preocupación por las ciudades altamente contaminadas. "Nos dimos cuenta de que si alguien vive cerca de una central eléctrica, o cerca de una de estas fuentes de combustión de carbón, no estarían expuestos a una sola dosis, estarían expuestos a esto todos los días, ", dijo." Tampoco vimos aclaramiento pulmonar después de una semana, así que cuando estas cosas están en tus pulmones, se quedan ahí, y permanecerán allí durante un período de tiempo prolongado ".

Mas de, los pulmones dañados pueden conducir a una mayor susceptibilidad a infecciones virales o bacterianas, y podría empeorar los síntomas asociados con el asma o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).

Sin embargo, los efectos exactos de estas nanopartículas tóxicas en los seres humanos, otros animales, vegetación, y los sistemas de agua no son conocidos y exigen más estudios por parte de investigadores internacionales, Dijo Allen.

"Los pulmones de ratón y humanos son funcionalmente similares, pero anatómicamente diferente en una variedad de formas sutiles, ", Agregó Allen." Si bien los estudios realizados en este documento se utilizan comúnmente para modelar los trastornos de las vías respiratorias en las personas, se necesitan datos clínicos más directos para comprender completamente el impacto humano de la exposición a estas nanopartículas ".

Las nanopartículas de subóxido de titanio, llamadas fases Magnéli por los investigadores, alguna vez se pensó que eran raras, encontrado en la Tierra en algunos meteoritos, de una pequeña área de ciertas rocas en el oeste de Groenlandia, y ocasionalmente en rocas lunares. Sin embargo, Hochella, trabajando con otros investigadores en 2017, encontró que estas nanopartículas de hecho están muy extendidas a nivel mundial debido a la quema de carbón.

Según el estudio anterior, publicado en Nature Communications, casi todo el carbón contiene pequeñas cantidades de los minerales rutilo o anatasa, ambos "normales, " de forma natural, y óxidos de titanio relativamente inertes. Pero cuando se quema, estos minerales se convierten en subóxido de titanio. Luego, las nanopartículas se transportan por el aire si la planta de energía no está equipada con trampas de partículas de alta tecnología, como los de Estados Unidos. Para países sin regulaciones estrictas, las nanopartículas pueden flotar en las corrientes de aire localmente, regionalmente, e incluso a nivel mundial, Dijo Hochella. (Agregó que Estados Unidos comenzó a usar precipitadores electrostáticos en pilas de carbón en la década de 1920).

Los primeros estudios de biotoxicidad realizados por el grupo de Hochella con embriones de pez cebra mostraron signos de impacto biológico negativo de las nanopartículas. sugiriendo daño potencial a los seres humanos. Ahora, con este estudio, las probabilidades de toxicidad para los seres humanos son mucho mayores. "El problema con estas nanopartículas es que no existe una forma fácil o práctica de prevenir su formación durante la combustión del carbón". "dijo Hochella, Profesor emérito de geociencias de la Universidad de Virginia Tech College of Science, tras la publicación del estudio anterior hace dos años.

Hochella y su equipo se encontraron con las nanopartículas de subóxido de titanio por accidente mientras estudiaban el movimiento aguas abajo de un derrame de cenizas de carbón en 2014 en el río Dan de Carolina del Norte. Posteriormente, el grupo produjo las mismas nanopartículas de subóxido de titanio al quemar carbón en simulaciones de laboratorio. Este peligro potencial para la salud se basa en los hallazgos establecidos de la Organización Mundial de la Salud:más de 3.3 millones de muertes prematuras ocurren en todo el mundo por año debido al aire contaminado, y solo en China, Se estiman 1,6 millones de muertes prematuras anualmente debido a lesiones cardiovasculares y respiratorias por contaminación del aire.

Esto plantea múltiples preguntas:¿Las nanopartículas se absorben a través del cuerpo por otros medios? como el contacto con los ojos o la piel? ¿Pueden encontrar su camino hacia la vegetación, incluida la comida, a través del suelo? Si es así, ¿Cuáles son las implicaciones en el tracto gastrointestinal? ¿Están presentes en el agua potable? Si un ratón experimenta daños a largo plazo a las seis semanas, ¿Qué representa eso para los humanos que respiran el aire?

Allen insta a que las pruebas se trasladen a estudios centrados en humanos.

"Hemos identificado un contaminante único en el medio ambiente, y hemos demostrado que existe un posible problema de salud para los seres humanos, por lo que nos da un biomarcador que podemos monitorear más de cerca, ", dijo." Deberíamos comenzar a observar estas partículas más de cerca a medida que seamos más conscientes de los peligros que representan estas nanopartículas. Estas son preguntas que deben hacerse ".

Ese camino aunque obvio, puede que no sea tan simple, ética o políticamente. Los científicos no pueden exponer a sujetos de prueba humanos al smog o cenizas de carbón y las nanopartículas tóxicas. Por lo tanto, un escenario probable:los científicos podrían estudiar estas partículas en el tejido pulmonar humano a partir de biopsias pulmonares y muestras clínicas. Sin embargo, Muchos médicos se han mostrado reacios a participar en este esfuerzo en muchos de los países que corren mayor riesgo. Allen dijo que una de las razones puede ser la sensibilidad que estos países tienen hacia los problemas de calidad del aire.