Para abordar este problema, un equipo de investigación dirigido por el profesor de investigación Masazumi Fujiwara y el profesor asistente Yajuan Zou de la Universidad de Okayama en Japón ha desarrollado un recubrimiento de polímero que se puede aplicar a las NP para prevenir la ecotoxicidad. Al alterar la química de la superficie y la carga eléctrica de las NP, se pueden modificar sus propiedades de unión. La introducción de grupos hidrófilos en la superficie de las NP crea una barrera que impide la unión a moléculas biológicas y superficies celulares.

Si bien se sabe que las NP con carga positiva se acumulan más en los organismos debido a su atracción por las superficies celulares con carga negativa, informes recientes sugieren que las NP con carga negativa pueden acumular más que sus contrapartes con carga positiva.

En su estudio, que fue publicado en la revista Chemosphere El 7 de mayo de 2024, los investigadores desarrollaron un recubrimiento de poliglicerol (PG) con el grupo cargado negativamente. Este recubrimiento se aplicó a NP de óxido de hierro (ION) y se descubrió que reducía eficazmente la acumulación de partículas de óxido de hierro en Caenorhabditis elegans, un nematodo ampliamente utilizado como organismo modelo en química ambiental.

Esta investigación fue coautora del Prof. Fujiwara, el Dr. Zou y el Dr. Yuta Nishina de la Universidad de Okayama, el Dr. Yutaka Shikano de la Universidad de Tsukuba y el Dr. Naoki Komatsu y el Dr. Eriko Kage-Nakada de la Universidad de Kyoto. P>

"Hemos demostrado que el injerto de PG era un enfoque eficaz para reducir la acumulación y suprimir la translocación de ION en C. elegans, lo que en consecuencia alivió los resultados tóxicos como el potencial reproductivo y la tasa de supervivencia", dice el Dr. Fujiwara.

Los investigadores aplicaron un recubrimiento de poliglicerol a ION de varios tamaños (20 nm, 100 nm y 200 nm) para crear ION-PG, con el objetivo de evaluar la eficacia del recubrimiento en un espectro de tamaños de NP. Luego se suspendieron los ION-PG en una solución y se introdujeron los nematodos C. elegans.

Los gusanos se encontraban en diferentes etapas del ciclo de vida (desde larvas hasta gusanos adultos), lo que permitió a los investigadores monitorear la acumulación de NP a lo largo de su desarrollo. Un grupo de control fue expuesto a una suspensión que contenía ION no recubierto. Después de 24 horas de exposición, los gusanos fueron recolectados, lavados y examinados para detectar NP acumuladas dentro de sus cuerpos.

El recubrimiento de PG impidió que las NP se adhirieran a las biomoléculas, permitiéndoles pasar más libremente a través del intestino del nematodo y excretarse de sus cuerpos. Los nematodos expuestos a ION-PG tenían niveles más bajos de NP en sus cuerpos en comparación con el grupo de control. No se detectaron las NP más pequeñas, que podrían atravesar fácilmente los gusanos.

Los investigadores investigaron más a fondo el impacto de los grupos de carga en la biodisponibilidad de NP. Introdujeron grupos amino cargados positivamente y grupos carboxilo y sulfato cargados negativamente en el ION-PG y realizaron el experimento nuevamente. Descubrieron que las partículas cargadas negativamente pasaban a través del gusano más fácilmente que las partículas cargadas positivamente debido a la alta repulsión electrostática contra la superficie celular cargada negativamente y la baja afinidad por las biomoléculas del nematodo.

Como resultado, el recubrimiento mitigó la toxicidad asociada con ION-PG. Los investigadores observaron mejoras tanto en la capacidad reproductiva como en la esperanza de vida entre el grupo expuesto al ION-PG en comparación con el grupo expuesto a las NP sin recubrimiento.

Los investigadores subrayan que el recubrimiento desarrollado también se puede aplicar a otras NP, como el óxido de grafeno y el dióxido de titanio, utilizados para la remediación ambiental. "Se espera que nuestros hallazgos promuevan el diseño y la producción de grandes cantidades de nanomateriales ecológicos para aplicaciones medioambientales", afirma el Dr. Fujiwara.