Ciencia

Investigadores de la UNED describen los riesgos de toxicidad de los dendrímeros: nanotransportadores utilizados en biomedicina e industria

Estas moléculas de gran potencial se aplican en terapia genética, vacunas, agentes de contraste, industria química y cosmética e ingeniería

El profesor Oscar Herrero Felipe, adscrito al Grupo de Biología y Toxicología Ambiental de la UNED, lidera una investigación sobre dendrímeros, nanotrasportadores de sustancias aplicados en medicina e industria, que ha descrito los efectos tóxicos y el potencial riesgo que suponen para el medioambiente y en su uso en biomedicina, vacunas, agentes de contrastes, industrias química y cosmética e ingeniería. El estudio, además, demuestra que los organismos vivos expuestos pueden desencadenar respuestas adaptativas para eliminar estas nanopartículas del cuerpo.

Se trata de la primera vez que se estudian los efectos tóxicos de los dendrímeros en un modelo de insecto y sus larvas.

Las características únicas de los dendrímeros permiten su aplicación en muy diversos campos del conocimiento, como la ciencia de los materiales, la biología y la biomedicina, la química, la ingeniería o la electrónica. Particularmente en el campo de la nanomedicina, sus propiedades fisicoquímicas han impulsado su uso como nanotransportadores de drogas, en terapia génica para transporte y liberación de genes; como aditivos en la industria farmacéutica, como adyuvantes en vacunas; potenciadores en cosmética; agentes de contraste en imágenes médicas para diagnóstico temprano; o en inmunoensayos y terapia fotodinámica, entre otras aplicaciones.

Se han descrito efectos tóxicos de estas nanomoléculas en líneas celulares de mamífero, entre otros, asociados principalmente al aumento de la producción de especies reactivas de oxígeno. Dada su capacidad de interactuar y desestabilizar las membranas celulares, las distintas clases de dendrímeros difieren en su capacidad tóxica.

Óscar Herrero Felipe, del Departamento de Física Matemática y de Fluidos Facultad de Ciencias de la UNED.

Sin embargo, existe muy poca información acerca de los efectos tóxicos que pueden producir en el medio ambiente, sobre especies ecotoxicológicamente relevantes. Este hecho, junto con la dificultad técnica actual para poder detectar adecuadamente este tipo de nanomoléculas en muestras ambientales, supone un riesgo que debe ser abordado, de cara a conocer las posibles implicaciones de su presencia medioambiental sobre la salud de los ecosistemas.

Efectos moleculares y fisiológicos

El trabajo ha analizado efectos agudos y de toxicidad retardada, centrándose en el estudio de las alteraciones de diversos genes biomarcadores y de los efectos genotóxicos derivados del daño al ADN. Se trata de la primera vez que se estudian los efectos tóxicos de los dendrímeros en un modelo de insecto y sus larvas. Estudios previos de otros grupos demostraron la capacidad de estas nanomoléculas de inducir toxicidad por daño oxidativo. Este estudio describe que la exposición a los dendrímeros alteró significativamente la actividad de los genes seleccionados, tanto en las exposiciones agudas como en los estudios de toxicidad retardada, especialmente a la concentración más baja estudiada y en el caso de los dendrímeros con grupos amino terminales, G3-NH2. También se detectaron efectos genotóxicos, aunque en el caso del daño al ADN fueron los dendrímeros con grupos carboxilo terminales, G3-OH, los que mostraron el efecto más significativo.

Otro de los efectos más llamativos consiste en la constatación de que las larvas estudiadas eliminaban de su cuerpo el contenido intestinal expuesto a la acción de los dendrímeros, probablemente como una respuesta fisiológica adaptativa, un mecanismo de autodefensa.

Pequeños grandes desconocidos

Estructura de un Dendrímero.

Los dendrímeros son polímeros nanométricos obtenidos por síntesis química y que se caracterizan por presentar una estructura muy bien definida, con un núcleo central a partir del cual van creciendo unidades repetitivas de ramificación, formando capas concéntricas. El número de capas ramificadas de un dendrímero puede aumentarse progresivamente, generación a generación (G), haciendo que estas moléculas tengan tendencia a adoptar estructuras globulares que pueden exponer en su superficie distintos grupos terminales. Las propiedades fisicoquímicas del dendrímero vienen determinadas por su núcleo, su interior y sus grupos superficiales, pudiendo modificarse y diseñarse específicamente estos tres componentes, de cara a conseguir un propósito concreto. Así, su diseño modulará el potencial de estos nanomateriales para encapsular moléculas en su interior (proceso de complejación), unirlas en su superficie (proceso de conjugación), o interaccionar con una amplia diversidad de sustratos.

En la investigación del profesor Herrero se valoran en mosquitos de la especie modelo Chironomus riparius los efectos ecotoxicológicos de dendrímeros de tercera generación (G3) con núcleos de poliaminoamida (PAMAM). El estudio se ha llevado a cabo exponiendo larvas acuáticas de cuarto estadio del insecto a dendrímeros de los grupos G3-OH y G3-NHy en concentraciones crecientes

“Este trabajo, explica el profesor Herrero, “aporta nueva y valiosa información sobre las posibles implicaciones medioambientales de la exposición a los dendrímeros PAMAM, y serán necesarios en el futuro nuevos estudios que permitan evaluar el riesgo derivado de la presencia de estas partículas nanométricas en ecosistemas naturales. La experimentación ha contado con el soporte económico del vicerrectorado de Investigación, Tranferencia del Conocimiento y Divulgación Científica de la UNED y los resultados son frutuo de una valiosa colaborción con la Universidad de Alcalá”.

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