Doctora en Medicina Lourdes Garza Ocañas
Jefa del Departamento de Farmacología y Toxicología Facultad de Medicina / UANL
Los nanomateriales se definen así porque uno o más de sus componentes se encuentra en un rango de uno a cien nanómetros, e incluyen nanotubos, nanofibras y nanopartículas. Las nanopartículas son consideradas como partículas individuales con un diámetro menor a 100 nanómetros, lo que puede originar cambios en sus propiedades físicas y químicas (forma, carga de superficie, radio superficie/volumen solubilidad, reactividad etcétera).
Las propiedades únicas de las nanopartículas, dependientes de su tamaño, les confieren la posibilidad del desarrollo de actividad biológica única, pero también el potencial de desarrollo de efectos tóxicos no producidos por sus contrapartes de mayor tamaño.
En la última década, las nanopartículas han sido de gran interés científico y comercial, lo que ha incrementado su fabricación en diversas industrias, como la mecánica, biomédica, farmacéutica, cosmética, de la construcción, y aeronáutica, entre otras. Lo anterior ha hecho que la cantidad de productos en el mercado basados en la nanotecnología sea cada vez mayor.
IMPACTO SOBRE LA SALUD
Para entender el impacto que sobre la salud ejercen los nanomateriales usados en la fabricación de estos productos, se requiere conocer su ciclo de vida, persistencia en el ambiente, potencial de exposición del humano y las características de los materiales.
El interés por evaluar el impacto de las partículas de rango nanométrico sobre la salud surgió en los años 80, posteriormente al descubrimiento de los nanotúbulos de carbono, que demostraron tener propiedades y aplicaciones únicas. Este descubrimiento se acompañó de inmediato de señalamientos sobre su potencial toxicidad y el posible daño a la salud asociado con su exposición, además del posible impacto ambiental.
Aunque el desarrollo de la nanotecnología ha llevado al incremento de las aplicaciones y del uso de las nanopartículas, a la fecha es poco lo que se sabe en relación con su posible toxicidad, a pesar del riesgo potencial de exposición a las mismas en los ámbitos ocupacional, ambiental, o por su uso con fines diagnósticos y/o terapéuticos.
Las características únicas de las nanopartículas (su tamaño, forma, composición química, estructura de sus cristales, cubierta etcétera) hacen que se requiera de nuevas estrategias de evaluación, que implican herramientas y técnicas metodológicas especializadas para poder predecir su comportamiento en el humano y el impacto sobre la salud. De igual importancia es el conocimiento de su ciclo de vida, destino final e interacción con el medio ambiente, cuya evaluación a la fecha está más allá de los métodos convencionales de medición de los contaminantes conocidos.
ESTRATEGIAS DE PROTECCIÓN
El reto que se enfrenta actualmente en el campo de la toxicología es el establecer estas nuevas estrategias para identificar, evaluar y controlar de manera anticipada esta posible exposición a nanopartículas, así como establecer estrategias para su monitoreo. Como ocurre para todos los nuevos productos en los diversos campos del mercado, este conocimiento es necesario para poder establecer medidas que protejan a quienes los producen, los usan o se exponen a ellos de manera directa y/o indirecta.
El comportamiento tan diferente de las partículas de escala nanométrica, respecto de sus contrapartes de mayor tamaño, originó la necesidad de un nuevo campo para su estudio, lo que dio lugar al surgimiento de la nanotoxicología.
Esta nueva diciplina se encarga de la evaluación de los nanomateriales y/o nanopartículas, para determinar sus efectos sobre la salud, y asegurar su inocuidad, o bien para determinar su toxicidad y así establecer las medidas preventivas y de control, en caso de que resulten tóxicas.
Todos los principios generales de la toxicología deben ser aplicados a la evaluación de la seguridad de los materiales producidos por la nanotecnología en cualquiera de los escenarios en los que se encuentren (ocupacional, ambiental o exposición con fines médicos o de investigación).
PROS Y CONTRAS
Una de las principales ventajas atribuidas a las nanopartículas, particularmente en el área médica, es que, debido a su tamaño, éstas pueden llegar a sitios que los fármacos convencionales no alcanzan, y de hecho algunas han sido propuestas como medio de distribución (entrega) de fármacos en tejidos específicos; sin embargo, esta ventaja también representa uno de los ejemplos más claros del riesgo potencial para el humano, por el hecho de que su tamaño les confiere la propiedad de poder cruzar barreras biológicas que las partículas de mayor tamaño no pueden penetrar, y de esta manera tienen la posibilidad de interferir con funciones biológicas o de depositarse en tejidos.
Existen estudios realizados con diversos tipos de nanopartículas, en los cuales se ha demostrado su toxicidad, lo cual no resulta sorprendente, si consideramos que muchas nanopartículas han sido fabricadas a partir de materiales con naturaleza tóxica. Estudios in vitro, realizados con nanopartículas de óxido de manganeso y de cobre, demostraron que éstas produjeron una disminución de dopamina; las nanopartículas de dióxido de titanio, por otro lado, han sido relacionadas con disfunción mitocondrial y producción de estrés oxidativo, por mencionar algunos ejemplos.
Los estudios toxicológicos se basan en una relación dosis-respuesta, dependiente de la composición química y concentración del material que se está evaluando, y para muchas de las pruebas toxicológicas existen parámetros y marcadores biológicos de toxicidad ya establecidos, tanto para modelos in vitro como in vivo, pero estos parámetros no aplican en el caso de las nanopartículas donde la nueva estrategia toxicológica debe considerar no sólo su composición química, sino además su tamaño, su forma, estructura de los cristales, radio superficie/volumen y tipo de cubierta, entre otros.
EVALUACIÓN DE LAS NANOPARTÍCULAS
La evaluación toxicológica de nanopartículas requiere de estudios in vitro e in vivo, e implica demostrar su presencia, cinética de distribución, concentración en tejidos específicos y/u organelos celulares, además de establecer el o los órganos blanco de toxicidad en modelos animales, donde la tarea para su detección y cuantificación no es simple. Se debe evaluar, además, la dosis letal cincuenta (DL50), para lo cual se deben establecer los niveles de exposición que se han de utilizar. Otro parámetro importante es el análisis de riesgo y el establecer el nivel máximo de exposición al cual no se observan efectos tóxicos (NOAEL) entre otros.
Evaluar las interacciones de las nanopartículas con tejidos biológicos, así como explicar los efectos producidos por las mismas y el mecanismo de acción involucrado (toxicodinamia), es quizás una de las partes más difíciles de este reto.
También de gran importancia, y poco estudiado hasta la fecha para los nanomateriales existentes en el mercado, es el determinar su absorción via inhalatoria o por la piel, el depósito y/o acumulación en tejidos, el tiempo de permanencia en el cuerpo (vida media) y las vías de eliminación. Dado que no se tienen datos sobre sus efectos por exposición a largo plazo, se debe considerar además la evaluación del posible efecto mutagénico, carcinogénico o teratogénico.
Idealmente, todo estudio toxicológico debe ir acompañado de una caracterización detallada de todas las propiedades fisicoquímicas del material investigado, que pudieran ser relevantes, y las nanopartículas representan un reto por su diversidad, en comparación con los materiales y compuestos químicos tradicionales, por lo que su caracterización debe cubrir diversas fases, que incluyen la de su producción, la de preparación para ser administradas (esto es en el área biomédica, como el caso de las nanopartículas de plata a las que se les atribuye actividad antiviral) y la caracterización posterior a su administración.
FORMACIÓN DE AGREGADOS
Un punto importante que considerar es el hecho de que las nanopartículas tienen tendencia a formar agregados, debido a un incremento en su radio superficie/volumen, que aumenta la atracción interpartícula y además las hace altamente reactivas.
Las nanoparticulas con aplicación en el área biomédica generalmente son estabilizadas con cubiertas específicas para evitar la formación de agregados. Las cubiertas utilizadas generalmente contienen grupos funcionales terminales hidrofílicos (SH, OH, COOH etcétera), los cuales pueden transformar partículas insolubles/inestables en nanopartículas solubles.
Existen datos que indican que la toxicidad de las nanopartículas depende en parte del material que se utilice para la funcionalización de su superficie. Lo anterior plantea otra necesidad: la de conocer los tipos de cubiertas y la funcionalización química de las nanopartículas antes de evaluar su toxicidad.
Ésta información, sin embargo, no siempre es brindada por quienes las producen (al igual que ocurre con los excipientes en el caso de fármacos) quienes por cuestiones de patente, en general sólo brindan información en cuanto al tamaño y pureza.
POTENCIAL RIESGO DE EXPOSICIÓN
Si bien es cierto que los beneficios tecnológicos y comerciales de los nanomateriales son muy amplios y promisorios, particularmente en el campo de la medicina, ya que algunas nanopartículas han sido propuestas para tratamiento de cáncer y enfermedades virales, o como superficies para crecimiento de hueso, además de su utilidad en otros campos, ya sea como materiales de construcción o como fuente de energía alternativa e incluso como materiales de bio-remediación ambiental; también es cierto que existe el riesgo potencial de exposición, y es aquí donde radica la principal preocupación, ya que finalmente, de manera intencional o no intencional, serán liberadas al ambiente, con el potencial impacto hacia el humano y el ecosistema.
Se debe considerar que el riesgo potencial está basado no solamente en la toxicidad de los componentes de las nanopartículas, sino en la concentración y tiempo de exposición a las mismas, por lo que la realización de estudios toxicológicas para conocer sus efectos tóxicos y de estudios epidemiológicos para establecer su asociación con enfermedades permitirá tener un escenario donde se pueda minimizar, prevenir y/o controlar ese riesgo, al poder establecer medidas regulatorias para limitar la exposición a las mismas, en caso de que se haya establecido su toxicidad o bien hasta que ésta haya sido evaluada.
