Amigos o enemigos: nueva plataforma para predecir la toxicidad de las nanopartículas
Los nanomateriales son alabados por sus características fisicoquímicas únicas, normalmente atribuidas a su pequeño tamaño, gran superficie, composición química, solubilidad, forma y agregación. Se utilizan en sectores que van desde la agricultura y la ingeniería hasta la ciencia de los materiales y la medicina. Sin embargo, a pesar de tener propiedades ventajosas en comparación con las de los materiales a granel, su uso también podría desencadenar graves consecuencias ambientales y sanitarias.
Los pilares de la producción sostenible de nanomateriales
«Predecir la seguridad de los nanomateriales implica comprender la naturaleza última de lo que hace que un material sea tóxico. Para ello, es necesario conocer a fondo todas las fases del ciclo de vida de las nanopartículas artificiales: el origen, el destino, la exposición, la dosis y la respuesta. Todas ellas están estrechamente interrelacionadas», afirma Miguel A. Bañares, profesor de investigación del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC en Madrid y coordinador del proyecto NanoInformaTIX, financiado con fondos europeos. El equipo de NanoInformaTIX presentó una herramienta nanoinformática que combina todos estos componentes para descubrir qué hace que un nanomaterial sea tóxico. «Primero tenemos que averiguar el destino ambiental de las nanopartículas artificiales, es decir, cómo se comportarán al interactuar con el entorno: ¿se sedimentarán o permanecerán libres? A su vez, el destino ambiental permite determinar la probabilidad de exposición humana y los riesgos sanitarios asociados en función de la cantidad (dosis) que interactúa con células y tejidos. En último término, nuestra fisiología y las vías de entrada de las nanopartículas en nuestro organismo determinan en gran medida la distribución de los nanomateriales», añade Bañares.
Superar la fragmentación de datos en nanotoxicología
Los resultados de los nuevos estudios se suman a la ingente cantidad de datos sobre las propiedades fisicoquímicas, toxicológicas y ecotoxicológicas de las nanopartículas artificiales generados en los últimos decenios. No obstante, estos datos están muy dispersos. El marco de nanoinformática sostenible basado en la web de NanoInformaTIX integra los datos existentes y emergentes en interfaces eficientes y fáciles de usar para mejorar la accesibilidad y usabilidad de los modelos nanoinformáticos para la industria, los reguladores y la sociedad. «Hemos utilizado herramientas informáticas de última generación procedentes de distintos campos científicos para extraer información que pueda asociarse a la nanotoxicología», señala Bañares. Por ejemplo, la plataforma integra eNanoMapper, una de las mayores fuentes de datos sobre las propiedades toxicológicas de los nanomateriales.
Construir una imagen holística de la toxicidad de las nanopartículas
«Nuestra comprensión de cómo interactúan las nanopartículas entre sí, con el entorno y con las células y los tejidos de nuestro organismo sería limitada si solo añadiéramos a nuestra plataforma datos y modelos (eco)toxicológicos de última generación. También necesitamos conocer la lógica de su comportamiento», subraya Bañares. Para ello, parte del trabajo se centró en crear nuevos modelos que describieran las nanopartículas en sí, es decir, cómo su estructura, forma y defectos podrían determinar sus interacciones con el entorno y nuestras células. Es importante destacar que estos modelos se validaron mediante experimentos especialmente diseñados que ayudan en gran medida a generar descriptores de toxicidad relevantes. Los nuevos modelos y descriptores de toxicidad son cruciales para desarrollar modelos de exposición, biodistribución y dosis-respuesta. La plataforma de NanoInformaTIX también integra modelos de diseño seguro, que ayudan a minimizar los riesgos de toxicidad en las fases más tempranas de la producción de nanomateriales. En último término, la herramienta utiliza datos experimentales para estudiar la reactividad de las superficies y métodos ómicos para determinar los efectos biológicos adversos de las interacciones entre las nanopartículas y las células. «Por un lado, extrajimos datos que serían muy difíciles obtener o caros de generar mediante experimentos. Por otro lado, el uso combinado de herramientas y nuevos modelos ayuda a mejorar nuestra comprensión de los mecanismos más fundamentales que subyacen a la toxicidad de los nanomateriales de ingeniería avanzada», concluye Bañares.
Palabras clave
NanoInformaTIX, plataforma, nanoinformática, nanopartículas artificiales, toxicidad de nanopartículas, nanotoxicología, destino ambiental, interacciones entre las nanopartículas y las células
