Los nanomateriales metálicos se han convertido en una parte indispensable de los campos industrial y médico debido a sus propiedades únicas y versátiles. Su tamaño, que les confiere las propiedades fisicoquímicas deseadas, también es motivo de preocupación medioambiental y sanitaria. Las partículas de tamaño nanométrico en los nanomateriales han mostrado una alta reactividad hacia las biomoléculas y, a menudo, incluso toxicidad hacia las células biológicas.

Los científicos han atribuido este comportamiento de las nanopartículas metálicas en interacción con biomoléculas a fenómenos como la inflamación o el estrés oxidativo. Sin embargo, para garantizar el uso seguro de las nanopartículas metálicas, es necesario explorar los mecanismos moleculares responsables de la toxicidad y comprender cómo varía la absorción de nanopartículas por las células según su forma, tamaño, morfología y otros aspectos.

Para arrojar luz sobre esta cuestión, el profesor asistente Yu-ki Tanaka y el profesor Yasumitsu Ogra, ambos de la Escuela de Graduados en Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Chiba, han estimado la ingesta celular de nanopartículas de sílice (SiNP) en función de su tamaño. P>

En su reciente avance publicado en Archives of Toxicology , los investigadores desarrollaron un sistema AF4-ICP-MS (fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimétrico con espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente), que separó las SiNP de cinco tamaños diferentes (10, 30, 50, 70 y 100 nm) y permitió la evaluación cuantitativa de citotoxicidad de las SiNP en células HepG2.

"Las SiNP han ganado impulso en diversos campos, como la administración de fármacos, la obtención de imágenes biomédicas, los catalizadores y la remediación ambiental para eliminar contaminantes del agua y el suelo. Sin embargo, también existe una gran preocupación sobre su toxicidad ambiental y su posible impacto en los organismos vivos". dice el Dr. Tanaka cuando se le pregunta sobre la motivación detrás de este estudio.

"Entonces, para encontrar una solución al equilibrio entre disponibilidad industrial y toxicidad, decidimos desarrollar una técnica para comprender los posibles efectos adversos de las SiNP combinando datos cuantitativos sobre la absorción celular y las respuestas toxicológicas".

Las técnicas de análisis de tamaño, como la microscopía electrónica y la dispersión dinámica de la luz basada en láser, no lograron observar muestras de nanopartículas en capas profundas ni dilucidar las composiciones químicas de las nanopartículas. Para contrarrestar estos problemas, el equipo adoptó la nueva técnica de análisis de tamaño AF4-ICP-MS, que no solo superó esos problemas sino que también detectó nanopartículas de tamaño tan bajo como 10 nm. Esto no habría sido posible con los métodos ICP-MS convencionales.

El equipo utilizó el método basado en AF4 para evaluar la captación celular de SiNP en células HepG2 de hepatoma humano cultivadas en laboratorio. Las mediciones mostraron que aproximadamente el 17% de las SiNP expuestas a las células HepG2 fueron absorbidas. La microscopía electrónica de transmisión (TEM) realizada por el equipo observó la presencia de agregados de SiNP dentro de las células, lo que indica la capacidad de pequeñas nanopartículas para asentarse en el medio de cultivo y entrar fácilmente en las células.

"Descubrimos que las SiNP más pequeñas presentaban una mayor toxicidad hacia las células HepG2 que las más grandes, pero el análisis AF4-ICP-MS no encontró diferencias significativas dependientes del tamaño en el volumen de partículas absorbidas por las células", comenta el Dr. Tanaka, destacando los resultados de los experimentos de toxicidad. Estos resultados sugirieron que el elevado comportamiento citotóxico de las pequeñas SiNP se debía a la gran superficie relativa al volumen de partículas en comparación con las más grandes.

Los investigadores también investigaron los mecanismos químicos asociados con la citotoxicidad. Los datos indicaron que la necrosis celular estaba parcialmente relacionada con el estrés oxidativo causado por la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). Además, las interacciones de los grupos silanol en la superficie de SiNP y los fosfolípidos en la membrana celular fueron responsables del daño celular asociado.

En general, los resultados presentan la nueva técnica AF4-ICP-MS como una poderosa herramienta para determinar cuantitativamente la citotoxicidad inducida por nanopartículas metálicas de diferentes tamaños. Los conocimientos de este estudio también proporcionan una base sólida para futuros estudios que analicen la evaluación de los riesgos de exposición a nanopartículas y su carga potencial en el cuerpo humano.

"El objetivo de nuestro estudio era idear una técnica de análisis sencilla que ayudara en la misión de minimizar el daño potencial a la salud causado por las nanopartículas. Tenemos la esperanza de que la información toxicológica proporcionada por nuestro estudio ayude a establecer criterios para la utilización y regulación adecuadas de las nanopartículas. en la industria, el campo médico e incluso en artículos de uso diario que contienen nanopartículas", concluye el Dr. Tanaka.

Más información: Yu-ki Tanaka et al, Determinación cuantitativa de la absorción intracelular de nanopartículas de sílice mediante fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimétrico junto con espectrometría de masas ICP y su citotoxicidad en células HepG2, Archivos de Toxicología (2024). DOI:10.1007/s00204-023-03672-4

Proporcionado por la Universidad de Chiba