21 diciembre, 2015

 

La nanotecnología es la ciencia que interviene en el diseño, la producción y el empleo de estructuras y objetos que cuentan con al menos una de sus dimensiones en la escala de millonésimas de milímetro. Se constituye como un mercado emergente y se emplea actualmente en multitud de procesos y productos de consumo. En un futuro no tan lejano puede haber un cambio de paradigma de lo macro/micro a lo nano en casi todos los aspectos de la vida cotidiana.

Este auge se debe a que las propiedades fisicoquímicas de estas partículas cambian enormemente a escalas nanométricas. Sin embargo, éstas pueden tener repercusiones en la salud humana y en el medio ambiente, por lo que resulta de vital importancia evaluar los riesgos de estos nuevos materiales a todos los niveles (lo que hoy en día se denomina Nanoseguridad o Nanosafety).

Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (grupo liderado por la Dra. Francisca Fernández Piñas) en colaboración con científicos de la Universidad de Alcalá (Dr. Roberto Rosal) y la University of Central Florida (Dr. Sudipta Seal) han estudiado el efecto de cinco nanopartículas de óxido de cerio (Ce) con diferentes características en un organismo modelo, la microalga Pseudokirchneriella subcapitata (P. subcapitata).

El cerio es un elemento que se encuentra dentro del grupo químico de las tierras raras. Este elemento, en forma de nanopartículas de óxido de cerio, está siendo utilizado actualmente en numerosas aplicaciones: como agente activo para procesos de catálisis, como producto para el pulido de cristales y lentes ópticas, en biomedicina, como modulador del estrés oxidativo en organismos vivos, entre otras.

Porcentajes de Ce3+ superficial superiores al 40% generan toxicidad en organismos de relevancia ambiental

En la literatura científica se han publicado diversos artículos con resultados contradictorios en cuanto a su toxicidad. Unos han encontrado que estas nanopartículas tienen efectos antioxidantes en diferentes líneas celulares, puesto que imitan la actividad de importantes enzimas como la superóxido dismutasa (SOD) o la catalasa (CAT), que inactivan especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés). Otros, por su parte, han descubierto que estas nanopartículas actúan como agentes oxidantes provocando estrés oxidativo en diferentes organismos.

El estrés oxidativo ocurre cuando hay un desequilibrio en las células debido a un aumento de ROS y/o una disminución en los sistemas de defensa antioxidante celulares. Con el tiempo, este desajuste en el equilibrio entre los ROS y los antioxidantes puede producir daños, incluso irreversibles, a la propia célula. Con el objetivo de arrojar luz en esta materia, los autores de este trabajo utilizaron nanopartículas de óxido de cerio con características diferentes entre sí: diferentes porcentajes de Ce3+ superficial (estas nanopartículas presentan un ciclo redox Ce3+↔Ce4+), distinta morfología (esferas, bastones y cubos), diferente tamaño nominal y varios métodos de síntesis.

Tras realizar un extenso análisis, los resultados indican que “el factor clave para que estas nanopartículas generen toxicidad es el porcentaje de Ce3+ superficial. Únicamente aquellas con los valores más altos generan toxicidad en el organismo utilizado, P. subcapitata”, explican los investigadores

Asimismo, la toxicidad se debe a la formación, por procesos físico-químicos o formación abiótica, de ROS en la superficie de las  nanopartículas adheridas sobre la pared celular. La consecuencia es un estrés oxidativo que afecta a la viabilidad y, en definitiva, a la ultraestructura celular.

Además, para demostrar la implicación del Ce3+, los autores bloquearon dichos sitios Ce3+ en la superficie de las nanopartículas y con ello, la capacidad de las nanopartículas para generar especies oxidantes y comprobaron que la toxicidad se revertía por completo.

Este estudio aporta información relevante para esclarecer los efectos biológicos de estas nanopartículas. Asimismo, conociendo en profundidad sus propiedades fisicoquímicas, se podrán diseñar nanopartículas biológicamente seguras, evitando así, un perjuicio para el ser humano o el medio ambiente.

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