La nanotoxicología es el estudio de la toxicidad de los nanomateriales, nanopartículas y nanocomposites. Debido a los efectos cuánticos del pequeño tamaño y la gran superficie en relación con el volumen, los nanomateriales tienen propiedades únicas en comparación con sus propiedades cuando son más grandes.
Los nanomateriales, incluso cuando se hacen de elementos inertes como el oro, se vuelven muy activos en dimensiones nanométricas. Los estudios nanotoxicológicos tienen por objeto determinar si son perjudiciales, y en qué medida estas propiedades pueden ser una amenaza para el medio ambiente y para los seres humanos.Cristina Buzea, Ivan Pacheco, and Kevin Robbie "Nanomaterials and Nanoparticles: Sources and Toxicity" Biointerphases 2 (1007) MR17-MR71.
Toxicología de las nanopartículas Las nanopartículas comprenden tamaños inferiores a los 100 nm de diámetro (aproximadamente), y pueden ser divididas en nanopartículas derivadas de combustión (como el hollín del diesel), nanopartículas fabricadas (como los nanotubos de carbono) y nanopartículas de origen natural (de las erupciones volcánicas, química atmosférica, etc). Las nanopartículas típicas que se han estudiado son: el dióxido de titanio, alúmina, óxido de zinc, negro de carbón, y los nanotubos de carbono, y los "nano-C60".
Algunas nanopartículas parecen ser capaces de trasladarse de su sitio de deposición a sitios distantes, tales como la sangre y el cerebro. Esto ha dado lugar a un cambio radical en la forma de ver a la sustancia xenobiótica en esta subdivisión de la toxicología. Por ejemplo, en lugar de limitarse a los pulmones, las nanopartículas no solo pueden provocar alguna inflamación local, sino que pueden traspasar los alveolos de los mismos y pasar al torrente sanguíneo, y de allí puede ir a cualquier parte del cuerpo. El pulmón se compone de dos partes bien diferenciadas: vías aéreas (transportan el aire hacia dentro y fuera de los pulmones) y los alvéolos (áreas de intercambio de gases muy irrigadas sanguíneamente). Las vías respiratorias son una barrera relativamente robusta, ya que un epitelio, protegido con una capa viscosa de mucosidad, impide que haya contacto de los gases que entran (y demás partículas en suspensión) con el torrente sanguíneo. En el área de intercambio de gases, la barrera entre la pared alveolar y los capilares, es muy delgada. El aire en el lumen de los alvéolos es sólo 0,5 micras de distancia del flujo de sangre. La gran área superficial de los alvéolos y el intenso contacto aire-sangre en esta región hace que los alvéolos estén menos protegidos contra los daños medioambientales si se compara con las vías respiratorias.
La nanotoxicología ha revolucionado la toxicología, ya que además de efectos locales como la mayoría de tóxicos, puede llegar a sitios insospechados antes, debido al pequeño tamaño que tienen.
Toxicidad de las nanopartículas frente a las micropartículas Los estudios toxicológicos han demostrado un aumento de la toxicidad de las nanopartículas (<100 nm) en comparación con las micropartículas (<100 µm) de la misma composición, lo que ha aumentado la preocupación por el impacto en la salud humana de estas partículas de tamaño nanométrico. Sin embargo, si esto es verdad para una amplia gama de partículas, cuando difiere la composición química no es tan claro. Uno de los parámetros que se usan para medir la calidad del aire (entre otros muchos) es la cantidad de partículas en suspensión: el PM10, es decir el contenido total de partículas de tamaño inferior a 10 µm, que corresponden a todo el rango de partículas finas pequeñas, denominadas «partículas inhalables». Estas se han asociado con una amplia gama de efectos sobre la salud, tales como enfermedades respiratorias (aumento de casos de asma), así como cáncer y enfermedades cardiovasculares.
Cualitativamente las partículas individuales se clasifican como: Gruesas, las de diámetros superiores a 2,5 µm. Finas, las de diámetros inferiores a 2,5 µm. Ultrafinas, las de diámetros inferiores a 100 nm.
Últimamente ha habido un mayor enfoque sobre las partículas en suspensión más pequeñas, llamadas partículas ultrafinas, o nanopartículas. Estas partículas no contribuyen mucho a la masa total de partículas en el aire, pero dominan totalmente en número. Las partículas ultrafinas también se han asociado con los resultados de salud antes mencionados pero se consideran potencialmente mucho más peligrosas que las partículas finas, aunque en algunos estudios puntuales esto no es del todo concluyente.
Las partículas micrométricas y las partículas ultrafinas a menudo difieren en su composición química. Sin embargo, las partículas ultrafinas pueden ser más tóxicas, como se sugieren en estudios de toxicidad pulmonar utilizando ratas, donde estas partículas producen mayor respuesta inflamatoria, en comparación con las partículas más grandes de la misma sustancia química. Esta respuesta inflamatoria se debe al ataque por parte de los macrófagos a las nanopartículas que se adhieren a la superficie pulmonar. Probablemente, al no poder fagocitar todas las nanopartículas, se produce un estrés oxidativo que hace que los macrófagos liberen los mediadores inflamatorios que producen dicha inflamación.
Vías de exposición miniaturadeimagen|313x313px|Vías de exposición a nanopartículas y enfermedades asociadas sugeridas por estudios epidemiológicos, in vivo e in vitro. Las vías de entrada de las sustancias químicas en el organismo difieren en situaciones de exposición diversas. En el entorno industrial, la vía principal es la inhalación. La vía transdérmica es importante pero tiene menor trascendencia que la ingestión de sustancias. Las vías de ingreso al organismo de estas sustancias xenobióticas son:
Respiratoria Es la más común y la mayor, los contaminantes llegan rápidamente al organismo a través de los pulmones y luego al resto del cuerpo por medio del torrente sanguíneo. Debemos tener presente que no solo una sustancia en estado gaseoso puede ser inhalada, también pueden ser líquidos (aerosoles) y sólidos (polvo en suspensión), para evitar el ingreso de este agente al organismo se deben utilizar protectores respiratorios con un filtro adecuado al agente contaminante.
Digestiva Podemos ser afectados no solo por ingerir directamente el producto sino por otros elementos contaminados los cuales llevamos a la boca y nariz.
Cutánea Se produce en el momento que ingresan los contaminantes por los poros y estos a su vez llegan al torrente sanguíneo. Los efectos no necesariamente se presentarán de forma inmediata (estado de latencia), se debe tener especial cuidado cuando se produce una lesión con algún elemento contaminado ya que de esta forma el agente tiene acceso directo a nuestro organismo, la piel deja de ser nuestra capa protectora que además hace daño a nuestro organismo.
Peligros de contaminación
Inhalación La vía más sencilla de contaminarse con las nanopartículas, al entrar por la nariz, eventualmente van a llegar a los pulmones, en los cuales las nanopartículas van a atravesar el epitelio pulmonar e introducirse al flujo sanguíneo y llegar a otras zonas y órganos. Estas nanopartículas se pueden depositar en cualquier parte de nuestro cuerpo, esto dependerá de su naturaleza química lo cual definirá su afinidad para buscar un sitio donde reaccionar o donde adherirse, su naturaleza química efectuara diferentes daños los cuales pueden ser leves o muy graves.
Ingestión Puede suceder cuando se toca una superficie contaminada con nanopartículas y se lleva la mano a la boca, también se puede ingerir algún alimento o bebida que previamente fue contaminado. Las partículas que se inhalan son eliminadas por la escalera mucociliar y se tragan, por lo que llegan al estómago y estas atraviesan el tejido del estómago y pueden llegar al torrente sanguíneo alcanzando otros órganos.
Dérmica La piel es un buen aislante contra adsorción de las nanopartículas, si presenta una herida se puede llegar a presentar una exposición directa pero esta exposición será en menor proporción que la inhalación, sabiendo esto, debemos de evitar esta exposición a las nanopartículas y se les debe evitar; aunque la exposición sea menor, el daño puede verse reflejado en el perímetro de la herida o del contacto con un reactivo.
Otras formas Otra vía común por la cual las nanopartículas se pueden introducir al cuerpo es de manera accidental, cuando te picas un parte de tu cuerpo con una aguja, cortarse o lesionarse la piel de otras maneras.
También se puede ser vulnerable a la exposición de nanopartículas por medio de:
· Eliminación de excrementos de los pacientes a los que se les suministra el fármaco.
· Vertidos de nanomateriales.
· Manipulación de objetos contaminados con nanomateriales.
· Consumo de alimentos que estuvieron en contacto con nanofármacos.
· Por la limpieza y mantenimiento de zonas en las que se manipula las nanopartículas.
En otra área en el uso de las nanopartículas dentro de la medicina, se pueden dar ocasiones de exposición en los procedimientos dentales y quirúrgicos que contengan nanopartículas y sean:
· Operaciones de lijado.
· Taladrado.
· Devastado.
· Pulido de materiales
Un ejemplo puede ser el tratamiento de caries dentales, el cual se hace con la aplicación de empastes que incluyen nanomateriales como empastes cerámicos que se ajustan a la fisiología lijando la superficie con instrumental de alta velocidad. Como se está lijando, las nanopartículas salen dispersándose en el aire y se inhalan dando así una exposición para la salud humana.
Uso en el sector salud Las personas que tiene una gran probabilidad de contaminarse con las nanopartículas son los encargados de administrarlas o de prepararlas, como se ha explicado, pueden entrar de diferentes maneras y se corre un riesgo potencial.
Prevención Para minimizar el riesgo de contagio y de exposición de las nanopartículas con cualquiera de las formas antes mencionadas, es necesario cumplir con las indicaciones de seguridad de un laboratorio.
Para la manipulación de nanopartículas se deben de usar:
· Guantes
· Lentes de seguridad
· Bata de algodón
· Cubre bocas
· Tener la ventilación del laboratorio activada en todo momento
· Conocer las sustancias que se están trabajando así como sus propiedades.
· Métodos y dispositivos para reconocer los nanomateriales así como conocer su nivel de exposición en el ambiente de trabajo.
· Conocer las áreas donde se trabajan estos materiales y ubicarlos en una zona recluida donde solo puedan entrar personas autorizadas y preparadas para trabajar con estos materiales.
Nanopartículas tóxicas para el cuerpo humano
· Nanomateriales de carbono Algunas especies de nanomateriales estructurados por carbono pueden causar problemas pulmonares, similares a los trastornos producidos por el amianto.
· Dendrímeros Este tipo de materiales tiene una gran aplicación en el terreno farmacéutico como la aplicación de medicamentos contra el cáncer, sin embargo su uso está restringido debido a su inherente toxicidad.
Existen casos en los que la exposición a dendrímeros ocasiona dermatitis de contacto similar a eritema multiforme.
· Nanopartículas de plata Según estudios de la ENRHES, el consumo de las nanopartículas de plata representa un gran riesgo para la salud humana, sin embargo estos estudios realizados a cerca del tema de toxicidad se encuentran aún en fases iniciales, razón por la cual se solicitó al Comité Científico de Riesgos Sanitarios Emergentes y Recientemente Identificados de la UE un dictamen acerca de los efectos que la nanoplata tiene sobre la salud y el medio ambiente, así como su resistencia antimicrobiana.