Nuestros pulmones están expuestos a una multitud de partículas peligrosas en el aire a diario. Nanopartículas, por su pequeño tamaño, puede llegar a la región alveolar sensible del pulmón humano y desencadenar inflamación incluso después de una sola inhalación que conduce a enfermedades graves como enfermedades del corazón, daño cerebral y cáncer de pulmón por exposición prolongada. En la fabricación, Pueden liberarse nanopartículas tóxicas al medio ambiente durante la producción. Procesando, degradación o combustión de materiales. A pesar de los avances en los modelos de nanotoxicología, Actualmente, ni las herramientas de prueba in vitro ni in silico pueden predecir de manera confiable resultados adversos o reemplazar las pruebas in vivo. Para facilitar la introducción de materiales más seguros en nuestras vidas, Se necesitan nuevas estrategias de prueba para predecir la toxicidad potencial de las nanopartículas industriales antes y durante el proceso de fabricación.

Desbloqueando los mecanismos celulares

En Helmholtz Zentrum München, el grupo de investigación del Dr. Tobias Stöger se centra en una mejor comprensión mecanicista de las interacciones entre las nanopartículas y las células pulmonares, especialmente en vista de la inflamación resultante. En cooperación con socios del proyecto SmartNanoTox EU, El grupo de investigación descubrió que para ciertos materiales, la respuesta inflamatoria duradera a una sola exposición a una nanopartícula puede originarse a partir de dos eventos clave celulares que hasta ahora se desconocían:Primero, el proceso de cuarentena que es la deposición de compuestos inmóviles excretados de las nanopartículas envueltas con moléculas biológicas en la superficie celular. Segundo, el llamado ciclo de nanomateriales que implica el movimiento de las nanopartículas entre diferentes tipos de células pulmonares alveolares.

"Con estos nuevos conocimientos, Desarrollamos un enfoque integral más profundo sobre cómo una respuesta inflamatoria en el pulmón se origina a partir de interacciones entre partículas y células. Poder identificar el origen de estos dos eventos clave y describirlos cuantitativamente fue un gran avance, ya que nos ayudó a construir nuestro método de predicción ", dice Stöger.

Un paso más hacia el desarrollo de materiales seguros por diseño

Utilizando solo un pequeño conjunto de datos de mediciones in vitro y combinándolos con modelos in silico, los investigadores reunieron información sobre la toxicidad de las nanopartículas y lograron predecir el espectro de inflamación pulmonar (de aguda a crónica) asociada con una variedad de 15 materiales seleccionados. Stöger agrega:"Ser capaces de hacer tal predicción significa que podemos dar un paso más hacia un desarrollo de material seguro por diseño. Esto tendrá profundas implicaciones en la seguridad, velocidad y rentabilidad de los nuevos materiales ".

Beneficio adicional:pruebas sin animales

En la actualidad, Las pruebas de seguridad se basan en gran medida en estudios con animales. Si bien la experimentación animal sigue siendo indispensable para los estudios toxicológicos mecánicos y crónicos, son menos adecuados para pruebas predictivas dentro de una producción segura por diseño de nuevos materiales. Este estudio presenta una estrategia de prueba alternativa sin animales, capaz de realizar pruebas de alto rendimiento y conectable con modelado in silico.