Pequeños fármacos en el medio ambiente
La nanomedicina está haciendo progresos. Sin embargo, las minúsculas nanopartículas que se utilizan como portadoras de los medicamentos podrían encontrar su camino en el agua, el suelo y el aire. Los investigadores de Empa están investigando los riesgos potenciales.
Nanogold: La diminuta partícula de oro en primer plano tiene unos 10 nanómetros de diámetro.
D. Keller / Empa, scanning transmission electron microscope, colored
El miedo es un mal consejero. En la serie de cómics "Astérix", el jefe galo Vitalstatistix puede temer que el cielo se le caiga encima. Sin embargo, en el mundo real, los riesgos deben ser evaluados con una mente clara. Para asegurar que las evaluaciones de riesgo no se lleven a cabo emocionalmente sino que conduzcan a decisiones apropiadas, los científicos utilizan modelos para analizar el potencial de peligro de las sustancias o tecnologías. Actualmente, los investigadores de Empa están investigando los riesgos de una clase relativamente nueva de sustancias fabricadas a partir de materiales diminutos: los fármacos fabricados con nanomateriales. Ya se sabe que los productos farmacéuticos convencionales pueden liberarse en el medio ambiente después de ser administrados o ingeridos. En el mundo animal, por ejemplo, las sustancias de tipo hormonal pueden conducir a la formación de huevos de aves de cáscara delgada, a trastornos de la fertilidad en los peces y a la disminución de la población de nutrias.
Pequeñas partículas, grandes tareas
La nanomedicina, por otro lado, ya está reportando resultados prometedores con nuevos medicamentos. Con los nano-diamantes, los médicos están superando la barrera hematoencefálica y con las nanopartículas de oro están luchando contra el cáncer. Ninguna tarea parece demasiado grande para las pequeñas partículas. Poco se sabe de los riesgos de este tipo de nanomateriales en cuanto se liberan al medio ambiente.
Los investigadores de Empa, dirigidos por Bernd Nowack del laboratorio "Technology & Society" en St. Gallen, están calculando actualmente los riesgos de estas nanomedicinas. Entre otras actividades, el equipo está involucrado en el proyecto internacional de investigación e innovación "BIORIMA". El proyecto interdisciplinario desarrolla la gestión de riesgos de los nanobiomateriales para los seres humanos y el medio ambiente y está financiado por "Horizon2020", el programa de financiación de investigación e innovación de la UE.
El destino dentro del cuerpo
Los análisis de riesgo son básicamente una función del potencial de peligro y de la exposición. En otras palabras, una sustancia altamente peligrosa a la que nadie se expone nunca supone tan poco riesgo como una sustancia inofensiva con la que se entra en contacto constantemente. Con el fin de trazar un mapa preciso de los riesgos de las nuevas sustancias, los investigadores determinan primero el valor umbral, a partir del cual una sustancia ya no tiene efectos nocivos, así como la cantidad esperada que se libera en el medio ambiente. Estos datos no son fáciles de obtener, ya que primero hay que determinar el destino de la droga en el cuerpo y su ruta hacia la planta de tratamiento de aguas residuales y de allí a los ríos y lagos -y por lo tanto a la biosfera-. Una vez liberados en el medio ambiente, los polímeros son alterados por la descomposición biológica o físico-química en componentes más pequeños. Además de los estudios farmacológicos, los investigadores utilizan análisis de flujos de materiales y modelos matemáticos ambientales. "Para la mayoría de los nanobiomateriales, no existen estimaciones fiables sobre la cantidad de partículas que se liberan", dice Nowack. Estas lagunas en el conocimiento deben ser cerradas por todos los medios.
No hay problemas con el nano-oro
Nowack cerró las primeras brechas hace algún tiempo, cuando él y su equipo evaluaron el riesgo de las nanopartículas de oro en el medio ambiente. "Actualmente se puede asumir que las nanopartículas de oro no causan ningún problema cuando se usan en aplicaciones médicas", dice el investigador. En su nuevo estudio, el equipo de Nowack analizó otros nanomateriales médicos. Las partículas entre 1 y 100 nanómetros de tamaño son interesantes porque son relativamente fáciles de producir y pueden ser usadas, por ejemplo, para imagenología médica, recubrimientos antimicrobianos o liberación de drogas.
Algunos nanomateriales de uso frecuente podrían ser investigados por primera vez en base a los datos disponibles. Entre ellos se incluye, por ejemplo, el nano-chitosan, un derivado de un polisacárido natural que se encuentra en el caparazón de los crustáceos y que ayuda a la cicatrización de las heridas. Otras sustancias bajo investigación fueron el poliacrilonitrilo, PAN para abreviar, que se utiliza en la terapia antibacteriana, y la hidroxiapatita (HAP), un mineral natural que se utiliza en el contexto de la liberación de medicamentos o la regeneración del tejido óseo.
Los análisis mostraron que el chitosan en su forma convencional es más tóxico para los microorganismos acuáticos que en su nanoforma. Por lo tanto, el nanopolímero era significativamente menos dañino que los medicamentos convencionales que se liberan en el medio ambiente, como los antibióticos o los analgésicos. El segundo nanopolímero, PAN, así como el mineral HAP funcionaron aún mejor. "Estas sustancias son virtualmente no tóxicas en el agua", dice Nowack.
Sin embargo, la situación es diferente para las nanopartículas de plata, que se utilizan en la medicina por su efecto antibacteriano. En la biosfera, el nanomaterial inorgánico ejerce el mismo efecto tóxico sobre los microorganismos que son importantes para el equilibrio de un ecosistema.
Enorme superficie
"Se puede suponer que las propiedades biológicas, químicas y físicas de muchos nanomateriales pueden diferir significativamente de las de otros medicamentos", dice Nowack. Una de las razones de esto es el número extraordinariamente alto de partículas y su superficie mucho más grande. Es importante señalar que actualmente es posible evaluar el peligro ambiental de ciertas sustancias. Sin embargo, para realizar un análisis de riesgos completo es necesario establecer primero la medida en que la flora y la fauna - y en última instancia los seres humanos - entran en contacto con estos nanomateriales. El equipo de Empa está trabajando actualmente en estos datos de exposición para la relativamente nueva clase de nanomateriales como parte del proyecto "BIORIMA".
Los datos que obtienen se utilizan también en el proceso de desarrollo de nuevos productos médicos. La investigadora de Empa, Claudia Som, se refiere al enfoque "seguro por diseño": "Hemos desarrollado directrices para las PYMES que permiten que los nanobiomateriales de riesgo sean clasificados en una fase temprana del costoso proceso de desarrollo", explica el investigador. De esta forma, los análisis de riesgos de Empa apoyan la innovación sostenible en el campo de la nanomedicina.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
M Hauser, G Li, B Nowack; "Environmental hazard assessment for polymeric and inorganic nanobiomaterials used in drug delivery"; J Nanobiotechnol (2019).
H Wigger, B Nowack; "Material-specific properties applied to an environmental risk assessment of engineered nanomaterials – implications on grouping and read-across concepts"; Nanotoxicology (2019).
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