Mecanismos subyacentes a la toxicidad de nanopartículas metálicasaproximaciones in vitro e in vivo

Resumen

Las partículas de algunos materiales bien conocidos, como los metales, muestran a tamaño nanométrico (nanopartículas, NPs) propiedades extraordinarias que están siendo explotadas actualmente en el área de la nanotecnología. Sin embargo, el avance de la nanotecnología se está produciendo tan rápidamente que están surgiendo lagunas de conocimiento acerca del impacto de los nanomateriales manufacturados (NMs) sobre la salud humana y el medio ambiente. Las principales causas de preocupación derivan del comportamiento impredecible de los materiales a escala nano, de su posible presencia generalizada en el medio ambiente y de la posibilidad de que penetren en los organismos debido a su reducido tamaño. Teniendo esto en cuenta, el principal objetivo de esta tesis ha sido identificar y caracterizar el potencial efecto tóxico para el medio ambiente y los mecanismos subyacentes a esta acción tóxica de algunos NMs metálicos y de óxidos metálicos, tales como ZnO, Cu, Ag y Au, usando peces como organismo modelo. Puesto que, tras la exposición a los NMs, el hígado es el órgano al que llegan y, en algunos casos, en el que se acumulan esos NMs cuando penetran en el organismo y alcanzan la circulación sistémica, se ha considerado como relevante para este trabajo el uso de células de hígado (líneas celulares y cultivos primarios). Además, también se han realizado exposiciones in vivo a trucha arcoíris (Oncorhynchus mykis) y se ha estudiado la acumulación de NMs en el organismo observando alteraciones bioquímicas en el hígado y comparándolas con las observadas en las células hepáticas mantenidas in vitro. De acuerdo a su potencial citotóxico en células hepáticas, establecido a partir de las concentraciones inhibitorias 50 (IC50, aquellas concentraciones que causan un 50% de efecto inhibitorio sobre la viabilidad celular) los NMs estudiados en este trabajo se ordenaron del siguiente modo: Ag > ZnO > Cu > Au. Se observó una clara potenciación de la citotoxicidad de NMs de Cu cuando se co-exponían con NMs de ZnO lo que aumenta la preocupación sobre los efectos de NMs que aparecen simultáneamente en el ambiente. Se han evidenciado efectos tóxicos debidos exclusivamente a la fracción nanoparticulada, independientemente de los efectos de los iones que aparezcan tras la disolución. Además, la citotoxicidad de las NPs no parece depender simplemente de su tamaño sino de una serie de factores complejos relacionados con la propia NP, con la liberación de iones y con las transformaciones que sufren esas NPs en los medios de cultivo. Así mismo, las diferencias observadas en la toxicidad de las NPs de Cu y de ZnO dependieron de la especie de la que derivaban las líneas celulares utilizadas. Así, las diferencias observadas entre células de peces y de mamífero parecían estar relacionadas con la tolerancia a los iones liberados de estos NMs. Desde el punto de vista mecanístico se estudió en profundidad el papel jugado por el estrés oxidativo y la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en la toxicidad. Se llegó a la conclusión, contradiciendo una teoría comúnmente aceptada, que la toxicidad de las NPs no depende exclusivamente de la generación de estrés oxidativo. Del mismo modo, en los estudios in vivo se observó que, aunque hubo una inducción clara de estrés oxidativo a nivel hepático, el pez fue capaz de mantener la homeostasis corporal de modo que no aparecieron signos evidentes de toxicidad. Finalmente se investigó cómo influían diferentes recubrimientos, consistentes en distintos ligandos péptido-bifenilo (que contenían glicina, cisteína, tirosina, triptófano y metionina), en la toxicidad de NPs de Au. Se observó una influencia drástica del recubrimiento en la estabilidad y biocompatibilidad de las NPs, lo que abre la puerta al uso de estos recubrimientos para conseguir NMs más seguros que garanticen un desarrollo fiable de las nanotecnologías.