Nanopartículas: aplicaciones y toxicología

Autores: Víctor Alcolea, CSIC, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica

La nanotecnología se dedica al diseño y manipulación de la materia a escala nanométrica (10-9 m). Las nanopartículas (NP) son una amplia clase de materiales con un tamaño inferior a 100 nm en una de sus tres dimensiones. Muestran propiedades físico-químicas únicas, por lo que representan, cada vez más, un nuevo tipo de materiales importantes para el desarrollo de nanodispositivos con aplicaciones médicas, físicas, farmacéuticas y/o químicas. En el ámbito médico, las NPs han resultado de gran interés para la fabricación de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos, cuyo objetivo es la dosificación óptima del principio activo. En otros ámbitos, como el medioambiental, se han empezado a utilizar nanopartículas de óxido de hierro para eliminar, mediante absorción, metales pesados como el mercurio o arsénico de aguas contaminadas [1].

Actualmente todas las personas estamos en contacto permanente con nanomateriales, ya que, debido a su gran utilidad, se fabrican a nivel industrial y están presentes en fertilizantes, combustibles y cosméticos, entre otros. Un ejemplo son las NPs de óxido de titanio (TiO2), las cuales se utilizan para proporcionar un pigmento blanco y brillante a los cosméticos [2], entre otros muchos usos. El pequeño tamaño de estos materiales permite que estemos expuestos a ellos mediante tres posibles vías: dérmica (en contacto con la piel), inhalación o ingestión. Por lo tanto, debemos preguntarnos si pueden ser dañinas para el ser humano, y si lo son ¿a partir de qué concentraciones o tamaños?

En la actualidad se están llevando a cabo una gran cantidad de investigaciones acerca de la toxicología de las diferentes nanopartículas [3]. Varios estudios concluyen que existen ciertos tipos de nanomateriales que tienen la capacidad de reaccionar con el medio reductor de las células, llevando a cabo un proceso denominado estrés oxidativo, el cual se relaciona con una gran cantidad de enfermedades de alta prevalencia como Alzheimer, diabetes o diferentes tipos de cáncer [4].

Ilustración 1. Patologías asociadas a la interacción con nanopartículas. Reproducido de Buzea, Pacheco, & Robbie, 2007 con el permiso de la American Vacuum Society (https://doi.org/10.1116/1.2815690)

La toxicología de las NPs dependerá de diferentes factores: composición, morfología, estructura cristalina, tamaño y propiedades superficiales (porosidad, área superficial específica y química superficial). En conclusión, una NP podrá ser más o menos tóxica en función de su capacidad para producir reacciones indeseadas en nuestro organismo [5].

De cara al futuro, el objetivo es predecir la toxicología de estos nuevos materiales para minimizar sus efectos negativos sobre la salud y hacer uso de ellos de manera responsable. Para ello se están haciendo grandes esfuerzos en medir las propiedades que determinan la toxicidad, modelizar los nanomateriales y su comportamiento, y estandarizar tanto los procesos de modelado como de caracterización para obtener información fiable y armonizada. Ejemplo de ello son los proyectos europeos BioRiMa y NanoInformaTIX, en los que participa el ICP-CSIC.

Bibliografía

[1]      I. Khan, K. Saeed, and I. Khan, “Nanoparticles: Properties, applications and toxicities,” Arab. J. Chem., 2017.

[2]      C. Buzea, I. I. Pacheco, and K. Robbie, “Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity,” Biointerphases, vol. 2, no. 4, pp. MR17–MR71, 2007.

[3]      M. A. Bañares, L. Tran, and R. Rallo, Modelling the Toxicity of Nanoparticles, Springer., vol. 947. Cham: Springer International Publishing, 2017.

[4]      Z. H. Rappaport, “Lipid Peroxidation: Production, Metabolism, and Signaling Mechanisms of Malondialdehyde and 4-Hydroxy-2-Nonenal Antonio,” Acta Neurochir. Suppl., vol. 98, pp. 9–12, 2006.

[5]      M. van Pomeren, W. J. G. M. Peijnenburg, N. R. Brun, and M. G. Vijver, “A novel experimental and modelling strategy for nanoparticle toxicity testing enabling the use of small quantities,” Int. J. Environ. Res. Public Health, vol. 14, no. 11, 2017.

 Contacto

Pedro Ávila, Responsable de Grupo ECI-CSIC del Programa ACES2030-CM. pavila@icp.csic.es. Coordina ACES2030-CM Manuel Romero del Instituto IMDEA Energía.

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