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Modelos más completos contribuyen al diseño de nanopartículas seguras

Los nanomateriales están revolucionando campos tan diversos como la energía y la medicina. Un grupo de científicos financiado por la UE desarrolló modelos matemáticos para predecir los riesgos de los nanomateriales, guiar su diseño y regulación, con el objetivo de garantizar la seguridad de las personas y del medio ambiente.
Modelos más completos contribuyen al diseño de nanopartículas seguras
Debido a la complejidad extrema de los nanomateriales, el modelado es una manera de evaluar la actividad biológica y la toxicidad mucho más rápida, económica y precisa que los ensayos.

Los científicos del proyecto financiado con fondos europeos NANOTRANSKINETICS (Modelling basis and kinetics of nanoparticle interaction with membranes, uptake into cells, and sub-cellular and inter-compartmental transport) crearon modelos matemáticos centrados en cuatro aspectos fundamentales del transporte y la cinética de las nanopartículas (NP) dentro de sistemas biológicos.

El primer nivel consiste en el efecto de las interacciones con los fluidos biológicos sobre las propiedades fisicoquímicas de las NP. Por ejemplo, una NP desarrolla lo que se conoce como una corona biomolecular después de su introducción en fluidos biológicos debido a la adherencia de proteínas y lípidos derivados del entorno biológico. Posteriormente, esta corona biomolecular altera la interacción de la NP con células y tejidos.

El siguiente nivel es la interacción de las NP con la matriz extracelular y las membranas que envuelven a las células, seguida por la cinética de la absorción celular, el transporte en el interior de las células y la distribución subcelular final. Finalmente, los científicos modelan la cinética de las NP al atravesar barreras biológicas, tales como la barrera hematoencefálica.

Se han logrado avances importantes en el desarrollo de los modelos para los cuatro aspectos mencionados. Se realizaron muchos más experimentos específicos empleando datos microscópicos sobre la interacción de las NP con las células, en paralelo a la aplicación de los modelos en proceso de desarrollo. Todo ello deparó una cantidad inmensa de datos de gran calidad.

Se promovió una colaboración muy estrecha entre investigadores y especialistas en este campo. Entre los datos se definieron los factores críticos, los cuales se introdujeron en los modelos y bases de datos. Los investigadores, además, validaron los modelos empleando datos físico-químicos mediante un mapeo de epítopos en modelos hepáticos in vitro y en corona, para determinar las interacciones con los receptores celulares.

Se ha difundido una serie de aplicaciones creadas por los investigadores del proyecto para prever la formación de complejos NP entre proyectos financiados con fondos europeos, y también factores esenciales necesarios para reproducir los conjuntos de datos experimentales.

Se desconoce en gran medida el impacto de muchas NP actualmente utilizadas o próximas a salir al mercado sobre los sistemas humanos y medioambientales. Las herramientas de modelización de NANOTRANSKINETICS solventará la apremiante demanda de evaluaciones de la toxicidad de estos materiales. Además, estas herramientas podrían sentir las bases para el diseño y la regulación de futuras NP, lo cual es fundamental para que se usen de forma segura.

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Palabras clave

Modelos, nanopartículas, transporte, cinética, sistemas biológicos
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