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Smart Tools for Gauging Nano Hazards

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Una nueva caja de herramientas apoya el diseño racional de los nanomateriales para un uso más seguro

Pese a llevar décadas investigándolos, los conocimientos sobre los mecanismos de la toxicidad de los nanomateriales y su integración en las evaluaciones de seguridad seguían siendo muy limitados. Un gran avance está ayudando a los científicos a predecir el desarrollo de las enfermedades a partir de las propiedades fisicoquímicas de un nanomaterial.

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Los nanomateriales constituyen una clase de materiales diversa y prácticamente ilimitada que varía en cuanto a su composición y sus propiedades fisicoquímicas. La característica común a todos ellos es su tamaño reducido. Esto les proporciona sus propiedades únicas y a menudo exóticas, pero representa un reto en cuanto a la protección de las personas y el medio ambiente a lo largo del ciclo de vida de dichos materiales. Los procedimientos actuales de evaluación de la seguridad resultan caros y requieren mucho tiempo, además de que a menudo incluyen experimentos con animales. El proyecto financiado con fondos europeos SmartNanoTox ha desarrollado una manera más sencilla y rápida de predecir los efectos nanotóxicos específicos que podría tener un material dado, antes incluso de usarse en productos.

Dos caras de la misma moneda

SmartNanoTox analizó el estado de un organismo a lo largo del tiempo tras la exposición en los pulmones a distintos nanomateriales, y desarrolló diagramas de flujo, conocidos como vías de efectos adversos (AOP, por sus siglas en inglés), que muestran la evolución de las respuestas biológicas a la toxicidad. Los científicos también realizaron un seguimiento del estado de las nanopartículas en los tejidos expuestos mediante la obtención de imágenes de alta resolución, análisis químico y simulación por ordenador. Tras realizar un trazado comparativo, determinaron qué interacciones moleculares desencadenaban procesos biológicos específicos y bastante sencillos, como por ejemplo el plegamiento anómalo de una proteína, la alteración de la membrana, la catálisis de una reacción química o la penetración celular. Se utilizaron técnicas de aprendizaje automático y modelos estadísticos para ayudar a vincular los datos de toxicidad biológica con la descripción fisicoquímica (por ejemplo, agujas rígidas largas frente a partículas insolubles, pequeñas y químicamente agresivas).

No dejar nada al azar

El marco AOP describe las relaciones causales entre un suceso iniciador molecular, una serie de procesos intermedios y un resultado adverso. El equipo buscaba describir varias vías independientes que dan lugar a enfermedades graves. Sin embargo, se sorprendió al descubrir lo interconectadas que estaban las AOP, dado que diversos efectos adversos compartían procesos intermedios similares. Este conocimiento se sumó a una capacidad predictiva significativamente mejorada. El coordinador del proyecto, Vladimir Lobaskin, del University College de Dublín, explica: «Por primera vez, podemos vincular directamente las propiedades medidas o calculadas de un nanomaterial con los pasos fundamentales del desarrollo de la enfermedad y predecir si es probable que el material específico vaya a causar fibrosis, problemas cardiovasculares o cáncer». SmartNanoTox usó el nuevo y potente paradigma de evaluación de la seguridad para demostrar que se podía comprender en detalle y predecir la inflamación pulmonar crónica causada, realizando para ello pruebas en cultivos celulares o simulaciones informáticas, sin experimentos con animales. Los resultados se han publicado en «Advanced Materials». Además, el equipo demostró que esta afección crónica puede estar causada por una única exposición a determinados materiales biopersistentes.

Predicción de una enfermedad mediante herramientas «in vitro» e «in silico»

Están disponibles a través de socios sistemas de prueba de exposición a aerosoles «in vitro» y dispositivos celulares sensoriales que utilizan la tecnología de tejido en chip. También están disponibles otras herramientas a través de bases de datos de libre acceso o repositorios de «software» de código abierto, entre los que se incluyen la Base de conocimientos de NanoCommons, la AOP-Wiki y el Gene Expression Omnibus. «Nuestro esfuerzo único que vincula la física, la química y la biología con la medicina ha conectado las estructuras elementales de los nanomateriales con sus acciones biológicas. Con esto, hemos demostrado que es posible predecir mediante sencillas pruebas “in vitro” y simulaciones informáticas afecciones crónicas resultantes de la exposición a nanomateriales», concluye Lobaskin. Las herramientas de SmartNanoTox tendrán una repercusión de gran calado sobre cualquier aplicación de nanomateriales que pueda afectar a los sistemas vivos en cualquier punto de su ciclo vital.

Palabras clave

SmartNanoTox, nanomaterial, AOP, fisicoquímico, toxicidad, evaluación de la seguridad, nanopartícula, biopersistente, vía de efectos adversos

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