Bases reactivas de la toxicidad de nanomateriales.

• Autores: Victor Alcolea Rodriguez
• Directores de la Tesis: Raquel Portela Rodríguez (dir. tes.), Miguel A. Bañares González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Reactive bases of nanomaterial toxicity.
• Tribunal Calificador de la Tesis: Pilar Iniesta Serrano (presid.), Antonio Jesús Salinas Sánchez (secret.), María Olga Guerrero Pérez (voc.), Magda Blosi (voc.), María del Puerto Morales Herrero (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Médica por la Universidad Complutense de Madrid; la Universidad de Alcalá y la Universidad San Pablo-CEU
• Menciones:
  • Internacional
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Materias:
  • Física
    • Química física
      • Catálisis
      • Química del estado sólido
    • Física del estado sólido
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • La extensa producción de nanomateriales de ingeniería (ENMs) ha resultado en un incremento de la exposición humana y ambiental, generando preocupaciones de seguridad y la necesidad de evaluaciones de riesgos. Las evaluaciones tradicionales basadas en ensayos in vivo presentan limitaciones, requiriendo métodos alternativos. Este estudio presenta medidas in chemico y ensayos in vitro para determinar los mecanismos reactivos responsables de la toxicidad de los nanomateriales, contribuyendo al desarrollo de Vías de Resultados Adversos (AOPs) y Nuevas Metodologías de Enfoque (NAMs). Esta metodología resalta la importancia de la reactividad intrínseca de los nanomateriales, reconociéndola como un aspecto crucial en la categorización de los ENMs. En este contexto, caracterizar las reactividades superficiales de los nanomateriales con moléculas sonda y vincularlas con efectos adversos in vitro se propone como una herramienta de cribado prometedora. Estas alternativas innovadoras comparten un objetivo común: minimizar el uso experimental de animales y reducir costos y el tiempo asociados con los métodos actuales.

    La determinación de las métricas de dosis asociadas con efectos tóxicos es esencial para reconocer la exposición de los nanomateriales al medio. Un método general propuesto para determinar el número y la naturaleza de los centros reactivos superficiales en los nanomateriales implica la quimisorción de metanol en fase gaseosa seguida de una reacción superficial a temperatura programada (TPSR). Específicamente, la capacidad oxidante puede cuantificarse a través de reacciones con sondas en fase líquida, con la evaluación del consumo de tioles y la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) para categorizar la reactividad de los nanomateriales. En cuanto a la toxicidad, se evalúan la viabilidad celular vía WST-1, la liberación de LDH, la formación de autofagosomas, así como la disfunción proteica a través de la proteómica para las líneas celulares pulmonares A549 y THP-1 tratadas con PMA. La metodología presentada ha sido validada a través de la evaluación de 10 nanomateriales de referencia.

    La implementación de estas estrategias identifica a CuO, junto con ZnO (NM-110 y NM-111), como los materiales más oxidantes, así como los que tienen el mayor impacto en la viabilidad celular en las líneas celulares A549 y THP-1 tratadas con PMA, lo que lleva a una alteración de la homeostasis debido a su alta toxicidad. En cambio, SiO2 (NM-200 y NM-201) exhibe baja capacidad de adsorción y reactividad, lo que se vincula con la ausencia de efectos adversos en las líneas celulares. Los nanomateriales con reactividad oxidante moderada, como CeO2 (NM-211 y NM-212), así como los ENMs ácidos como TiO2 (NM-101 y NM-105), inducen la formación de autofagosomas en ambas líneas celulares pulmonares. Por lo tanto, la autofagia se describe como un mecanismo citoprotector para prevenir la pérdida de homeostasis.

    El estudio abarca otros nanomateriales avanzados, incluyendo nanobiomateriales, multicomponentes, así como micro y nanoplasticos. Estos nanomateriales muestran características fisicoquímicas únicas, presentando desafíos para una evaluación uniforme. En consecuencia, se proponen metodologías alternativas para determinar su reactividad y estructura. Se propone la microscopía Raman como una técnica no destructiva para el análisis molecular. Se complementa con la reacción programada por temperatura con metanol (MeOH-TPRx). Además, se emplea la Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) para evaluar la morfología de estos nanomateriales emergentes tanto en su estado original como después de someterse a varios procesos, incluida la dispersión o el tránsito simulado a través del tracto gastrointestinal humano. Esta ampliación enriquece nuestra comprensión de las interacciones de los nanomateriales y sus efectos en entornos biológicos.