Una evaluación de riesgos más eficiente para los nanomateriales

Los investigadores analizan los mecanismos biológicos de acción e identifican biomarcadores

17.12.2019 - Alemania

La nanotecnología está en auge, pero la evaluación de riesgos para estas partículas diminutas es un proceso laborioso que plantea importantes desafíos al Instituto Federal Alemán de Evaluación de Riesgos (BfR). Para encontrar métodos de ensayo más eficaces, los investigadores del Centro Helmholtz de Investigación Medioambiental (UFZ), en colaboración con los científicos de la BfR, examinaron más de cerca los efectos biológicos.

Desde tintes hasta materiales de construcción, y desde productos cosméticos hasta electrónica y medicina, los nanomateriales se encuentran en muchas aplicaciones diferentes. Pero, ¿qué son estos materiales? "Los nanomateriales se definen únicamente por su tamaño", explica la Dra. Kristin Schubert, del Departamento de Biología de Sistemas Moleculares de la UFZ. "Los materiales de entre uno y 100 nanómetros de tamaño se denominan nanomateriales." Para ayudar a prever su tamaño diminuto: un nanómetro es sólo una millonésima parte de un milímetro. Dado que los nanomateriales son tan pequeños, pueden entrar fácilmente en el cuerpo, por ejemplo, a través de los pulmones, la piel o el tracto gastrointestinal, donde pueden causar efectos adversos. Al igual que los productos químicos convencionales, los nanomateriales deben, por lo tanto, ser sometidos a pruebas para detectar posibles riesgos para la salud antes de que puedan ser fabricados, utilizados y comercializados industrialmente. En la actualidad, las pruebas se llevan a cabo para cada nanomaterial de forma individual. Y dado que incluso los cambios más pequeños -por ejemplo, en el tamaño o en las características de la superficie- pueden afectar a la toxicidad, también se necesitan pruebas separadas para cada variante de un nanomaterial. "La evaluación de riesgos para los nanomateriales es a veces difícil y lleva mucho tiempo", dice la Dra. Andrea Haase de BfR. "Y la lista de sustancias a probar es cada día más larga, porque la nanotecnología se está convirtiendo en una tecnología clave con aplicaciones de gran alcance. Por lo tanto, necesitamos urgentemente encontrar soluciones para una evaluación de riesgos más eficiente".

¿Cómo se pueden clasificar adecuadamente los nanomateriales en grupos? ¿Hay similitudes en sus efectos? ¿Y qué propiedades de los materiales están asociadas a estos efectos? En su reciente estudio, los investigadores de UFZ y BfR, junto con representantes de la industria, se pusieron a responder a estas preguntas. "Nos centramos en los efectos biológicos y examinamos qué moléculas y vías de señalización en la célula están influenciadas por qué tipos de nanomateriales", dice Schubert. En experimentos in vitro, los investigadores expusieron las células epiteliales de los pulmones de las ratas a diferentes nanomateriales y buscaron cambios dentro de las células. Para ello, utilizaron lo que se conoce como métodos multiómicos: identificaron varios miles de proteínas celulares, varios lípidos y aminoácidos, y estudiaron importantes vías de señalización dentro de la célula. Utilizando una novedosa técnica de análisis bioinformático, evaluaron enormes volúmenes de datos y obtuvieron algunos resultados interesantes.

"Pudimos demostrar que los nanomateriales con efectos tóxicos provocan inicialmente estrés oxidativo y que en el proceso ciertas proteínas son reguladas al alza o a la baja en la célula", explica Schubert. "En el futuro, estas moléculas clave podrían servir como biomarcadores para detectar y proporcionar evidencia de los efectos tóxicos potenciales de los nanomateriales rápida y efectivamente." Si la toxicidad del nanomaterial es alta, aumenta el estrés oxidativo, se desarrollan procesos inflamatorios y después de cierto punto la célula muere. "Ahora tenemos una mejor comprensión de cómo los nanomateriales afectan a la célula", dice Haase. "Y con la ayuda de biomarcadores ahora también podemos detectar efectos tóxicos mucho más bajos que antes". Los investigadores también identificaron vínculos claros entre ciertas propiedades de los nanomateriales y los cambios en el metabolismo celular. "Por ejemplo, pudimos demostrar que los nanomateriales con una gran superficie afectan a la célula de forma muy diferente a los que tienen una pequeña superficie", dice Schubert. Conocer qué parámetros juegan un papel clave en los efectos tóxicos es muy útil. Esto significa que los nanomateriales pueden optimizarse durante el proceso de fabricación, por ejemplo, mediante pequeñas modificaciones y, por lo tanto, reducir los efectos tóxicos.

"Nuestro estudio nos ha llevado a dar varios grandes pasos adelante", dice Schubert. "Por primera vez, hemos analizado exhaustivamente los mecanismos biológicos que subyacen a los efectos tóxicos, hemos clasificado los nanomateriales en grupos basados en sus efectos biológicos y hemos identificado biomarcadores clave para nuevos métodos de ensayo". Andrea Haase de BfR está más que satisfecha: "Los resultados son importantes para el trabajo futuro. Contribuirán a nuevos conceptos para una evaluación de riesgos eficiente y fiable de los nanomateriales y marcarán la dirección en la que debemos avanzar".

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Publicación original

Karkossa, I., Bannuscher, A., Hellack, B. et al.; "An in-depth multi-omics analysis in RLE-6TN rat alveolar epithelial cells allows for nanomaterial categorization"; Particle and Fibre Toxicology; 16, 38; 2019.

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