El método sin animales predice la toxicidad de las nanopartículas para materiales industriales más seguros

Los investigadores del Helmholtz Zentrum München, junto con científicos de toda Europa, desarrollaron un novedoso método sin animales para predecir el efecto tóxico de las nanopartículas en el pulmón humano. El método tiene por objeto permitir el desarrollo, diseño por diseño, de materiales industriales más seguros.

Nuestros pulmones están expuestos diariamente a una multitud de partículas peligrosas en el aire. Las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño, pueden llegar a la sensible región alveolar del pulmón humano y desencadenar la inflamación incluso después de una sola inhalación, provocando enfermedades graves como enfermedades cardíacas, daños cerebrales y cáncer de pulmón por una exposición prolongada. En la fabricación, las nanopartículas tóxicas pueden ser liberadas en el medio ambiente durante la producción, el procesamiento, la degradación o la combustión de los materiales. A pesar de los avances en los modelos de nanotoxicología, actualmente ni las herramientas de ensayo in vitro ni las de ensayo con silicio pueden predecir con fiabilidad los resultados adversos o sustituir los ensayos in vivo. A fin de facilitar la introducción de materiales más seguros en nuestras vidas, se necesitan nuevas estrategias de ensayo para predecir la posible toxicidad de las nanopartículas industriales antes y durante el proceso de fabricación.

Desbloqueo de los mecanismos celulares

En el Helmholtz Zentrum München, el grupo de investigación del Dr. Tobias Stöger se centra en una mejor comprensión mecánica de las interacciones entre las nanopartículas y las células pulmonares, especialmente en vista de la inflamación resultante. En cooperación con los socios del proyecto europeo SmartNanoTox, el grupo de investigación descubrió que, en el caso de ciertos materiales, la respuesta inflamatoria duradera a una sola exposición a una nanopartícula puede originarse a partir de dos acontecimientos celulares clave que hasta ahora eran desconocidos: En primer lugar, el proceso de cuarentena, que es la deposición de compuestos inmóviles excretados de las nanopartículas envueltas con moléculas biológicas en la superficie de la célula. Segundo, el llamado ciclo de nanomateriales que implica el movimiento de las nanopartículas entre diferentes tipos de células pulmonares alveolares.

"Con estos nuevos conocimientos, desarrollamos un enfoque integral más profundo sobre cómo una respuesta inflamatoria en el pulmón se origina a partir de las interacciones entre partículas y células. Ser capaz de señalar el origen de estos dos eventos clave y describirlos cuantitativamente fue un gran avance, ya que nos ayudó a construir nuestro método de predicción", dice Stöger.

Un paso más cerca del desarrollo de materiales seguros por diseño

Utilizando sólo un pequeño conjunto de datos de mediciones in vitro y combinándolo con el modelado in silico, los investigadores reunieron información sobre la toxicidad de las nanopartículas y lograron predecir el espectro de la inflamación pulmonar (de aguda a crónica) asociada con una gama de 15 materiales seleccionados. añade Stöger: "Poder hacer tal predicción significa que podemos dar un paso más hacia el desarrollo de un material seguro por diseño. Esto tendrá profundas repercusiones en la seguridad, la rapidez y la rentabilidad de los nuevos materiales".

Beneficio adicional: Pruebas sin animales

Actualmente, las pruebas de seguridad se basan en gran medida en estudios con animales. Si bien la experimentación con animales sigue siendo indispensable para los estudios mecanicistas y toxicológicos crónicos, son menos adecuados para las pruebas de predicción dentro de una producción segura de nuevos materiales. Este estudio introduce una estrategia alternativa de experimentación sin animales, capaz de realizar pruebas de alto rendimiento y conectable con el modelado in silico.