Más atención a los efectos imperceptibles de las nanopartículas
La nanotecnología cada vez resulta más común en productos como la ropa, el maquillaje o los dispositivos electrónicos de uso diario. Se puede afirmar por tanto que el sector industrial ya está familiarizado con la producción de este tipo de materiales, pero no así que se conozca con precisión su destino una vez dejan de cumplir con su función. El proyecto NANO-ECOTOXICITY estudió sus efectos sobre organismos edáficos. El crecimiento económico, el aumento de la población y la escasez de recursos son tres elementos importantes de una de las ecuaciones más complicadas que ha de resolver la humanidad. Muchos científicos afirman que parte de la solución reside en la nanotecnología, que permite crear productos más pequeños, rápidos, ligeros, inteligentes y asequibles que además precisan menos materia prima y consumen menos energía. No obstante, aún es necesario lograr avances importantes antes de considerar a la nanotecnología como la panacea del desarrollo científico. Todavía existen incógnitas en torno a su influencia sobre la salud y el medio ambiente y existe un debate candente al respecto entre científicos, industria, políticos y organizaciones dedicadas al medio ambiente. NANO-ECOTOXICITY es uno de los muchos proyectos financiados con fondos europeos que se han propuesto arrojar luz en el debate. Su estudio sobre nanopartículas metálicas se basa en observaciones que apuntan a que la acumulación de estas nanopartículas (NP) en el suelo será cada vez mayor y que no existen datos fiables sobre su absorción por parte de los organismos edáficos ni sobre los efectos que podría tener sobre ellos. El equipo, coordinado por el Dr. Claus Svendsen, ejecutó ensayos de toxicidad para evaluar el efecto de nanopartículas de óxido de cinc (ZnO) y plata (Ag) sobre lombrices (Eisenia andrei y Lumbricus rubellus), con el fin de señalar las principales rutas de absorción de nanopartículas metálicas en estos organismos. La Dra. María Díez Ortiz, directora científica de NANO-ECOTOXICITY, hizo referencia a sus descubrimientos científicos y a sus esperanzas de que estos contribuyan a ampliar el conocimiento que se posee y den lugar a herramientas y metodologías estandarizadas capaces de evaluar riesgos y peligros medioambientales. ¿En qué consiste el proyecto NANO-ECOTOXICITY? La nanotecnología se basa en la idea de que al modificar el tamaño y la forma de los materiales a escala atómica, es decir, nanométrica, es posible ajustar las propiedades ópticas, electrónicas o magnéticas para dotarlos de características nuevas con valor comercial. No obstante, se ha hecho patente la preocupación que despiertan estas nuevas propiedades pues podrían generar reacciones desconocidas al interactuar con organismos biológicos y, por tanto, provocar efectos tóxicos hasta ahora desconocidos. El tamaño de las nanopartículas (NP) es similar al de los virus, por lo que su absorción y transporte a través de los tejidos se basa en mecanismos distintos a los de las moléculas. Existe cierta preocupación ante la posibilidad de que las pruebas toxicológicas normales no puedan aplicarse o no sean fiables en el caso de las NP, y por tanto los procedimientos de evaluación de riesgos vigentes no resulten eficaces. La mayoría de las investigaciones sobre seguridad de las nanotecnologías para el medio ambiente se refieren al entorno acuático. Sin embargo, los últimos estudios sobre el destino de las NP apuntan a que los suelos serán los que absorban la mayor proporción de las mismas. Las nanopartículas se procesarán, tras su introducción en las rutas de residuos líquidos, en plantas de tratamiento de aguas residuales y se acumularán en los lodos resultantes. Dado que estos lodos suelen utilizarse en terrenos agrícolas, es probable que ese sea su destino final. ¿Cuáles son los objetivos principales del proyecto? El proyecto trata sobre la toxocinética - la velocidad a la que una sustancia química se introduce en un organismo y acaba afectándole- de las NP metálicas en contacto con los organismos que habitan en los suelos. Su objetivo es determinar el destino de las NP y su efecto en los ecosistemas terrestres mediante estudios prácticos con NP de óxido de cinc y plata, las cuales presentan distintas cinéticas con respecto a su destino final. Además se evaluarán la toxicidad de las nanopartículas de metal en los suelos a corto y largo plazo, la ruta de exposición principal en las lombrices y si resulta distinta a la de los metales iónicos y, por último, la influencia del medio de exposición sobre la toxicidad de las NP metálicas. ¿Cuáles son los aspectos innovadores del proyecto y de la forma en la que aborda dichos temas? Pusimos en marcha un estudio de larga duración consistente en acumular NP de plata en el suelo y dejarlo envejecer durante un año. Su toxicidad se evaluó al comienzo del experimento y tras tres, siete y doce meses de maduración. Los resultados mostraron que la toxicidad de la plata aumenta con el tiempo, lo que implica que las pruebas de toxicidad a corto plazo habituales podrían subestimar el riesgo medioambiental de este tipo de NP. Por otro lado, descubrimos en estudios de corta duración que los organismos expuestos a NP de plata presentaban una mayor acumulación de este metal que los expuestos a la misma concentración de plata iónica. No obstante, estos organismos expuestos a NP de plata presentaron menos efectos tóxicos. Esta observación entra en conflicto con la creencia general en el ámbito de la toxicología de que la concentración asimilada guarda una relación directa con la concentración de sustancias químicas en el emplazamiento estudiado y también con su toxicidad. Una observación que, por otro lado, crea un paradigma nuevo para la nanoecotoxicología. Lo que aún se ignora es si las NP metálicas acumuladas podrían acabar por volverse tóxicas a largo plazo (por ejemplo por disolución y liberación de iones) en las células y los tejidos en los que se almacenan las NP de plata. En este caso, la concentración elevada acumulada de NP podría provocar una toxicidad a largo plazo mayor que la de las formas iónicas. De ser así, las NP acumuladas resultarían una especie de bomba de relojería con efectos y toxicidad a largo plazo. No obstante, cabe reseñar que las concentraciones medioambientales redirigidas que surgen del empleo actual de las NP -tal y como apuntan los resultados de proyectos europeos como NANOFATE2- son varias veces menores que aquellas utilizadas en estos estudios, por lo que no es probable que se acumule en el medio ambiente ni en humanos una cantidad semejante de plata derivada de NP. ¿Qué dificultades surgieron y cómo se resolvieron? Los principales escollos fueron el seguimiento de las nanopartículas en tejidos y suelos debido a la estructura matricial compleja que presentan. El análisis de las nanopartículas resulta un reto de por sí, incluso en un entorno acuático. En el caso de estas matrices para obtener información es necesario emplear concentraciones de exposición no realistas debido a los bajos umbrales de detección de las técnicas especializadas utilizadas en los análisis. Incluso puede ser necesario extraer las partículas de las matrices con el consiguiente riesgo de cambiar su estado. Este proyecto me otorgó la oportunidad de desplazarme a la Universidad de Kentucky para trabajar con Jason Unrine y utilizar muestras de suelo extraídas cuidadosamente con agua para su análisis inmediato mediante «fraccionamiento de flujo de campo» [Field-flow fractionation] y espectrometría de masas con fuente de plasma acoplado inductivamente [ICP-MS] con el fin de identificar el estado de las nanopartículas en mis suelos madurados. Para controlar la forma (especiación) en la que la plata y el cinc resultantes de las exposiciones a nanopartículas podían encontrarse en las lombrices colaboré con investigadores de NANOFATE de la Universidad de Cardiff que fijaron y seccionaron los tejidos de lombriz. Afortunadamente, pude contar con el tiempo necesario para utilizar instalaciones especializadas como las del sincrotrón Diamond Light Source del Reino Unido a fin de averiguar dónde y en qué forma se encuentran las nanopartículas y los metales en los tejidos. El principal reto radica en que tan pronto como se extraen las NP del contenedor en el que se comercializaron, estas empiezan a cambiar, sobre todo cuando se depositan en entornos como suelos naturales, cursos de agua e incluso organismos. Por tanto, una buena parte de la labor de caracterización necesaria durante la exposición se destina a desentrañar el estado de las nanopartículas a las que han estado expuestos los organismos y la velocidad a la que cambian de partículas inmaculadas a iones disueltos o partículas con superficies completamente diferentes. Durante este proyecto de corta duración se descubrieron soluciones técnicas al respecto, pero el problema logístico persistirá durante muchos años debido a que el equipo de análisis es muy especializado y caro y por tanto su disponibilidad es escasa. ¿Cuáles son los resultados concretos de la investigación hasta ahora? El proyecto nos ha permitido extraer varias conclusiones en relación a la repercusión de las NP en el medio ambiente y a formas de evaluarla. En primer lugar, ahora sabemos que la acidez del suelo, su pH, influye en la capacidad de disolución y la toxicidad de las NP. Además hemos descubierto que la toxicidad de las NP de plata aumenta con el tiempo y que sus recubrimientos influyen sobre su toxicidad en invertebrados subterráneos. Las lombrices expuestas a nanopartículas de plata durante veintiocho días acumularon concentraciones de plata mayores que las expuestas a iones de este metal, sin que se apreciara un efecto tóxico del exceso de plata de las nanopartículas. La ingesta de suelo por parte de las lombrices se reveló como la principal ruta de exposición a NP de plata y cinc. ¿Cómo pueden tanto los responsables industriales como políticos garantizar que los nanomateriales no repercutirán sobre el medio ambiente? Confiamos en que este proyecto y el proyecto europeo de mayor dimensión NANOFATE con el que guarda relación proporcionen conocimientos y herramientas que permitan emplear metodologías de evaluación de riesgos y de peligros medioambientales estandarizadas aplicables a las nanopartículas artificiales con unas pocas modificaciones racionales. Los sistemas y protocolos actuales de evaluación de riesgos generados por sustancias químicas conllevan un proceso de desarrollo de decenios y, en los casos en los que no existen nuevos mecanismos de toxicidad, nuestros resultados apuntan a que las NP encajan en este marco siempre y cuando se midan los parámetros adecuados y se caractericen las exposiciones realistas de manera correcta. Nuestra investigación pretende definir los ajustes metodológicos mínimos necesarios. Hasta ahora todo parece indicar que los beneficios potenciales de la nanotecnología pueden explotarse y gestionarse de forma segura en paralelo a otras sustancias químicas. Aunque a estas alturas ya estamos bastante seguros de que las NP artificiales no suponen efectos más graves que sus formas iónicas sobre parámetros biológicos importantes como la reproducción, los resultados de NANO-ECOTOXICITY muestran que aún es necesario avanzar considerablemente antes de poder afirmar con rotundidad que no existe ningún efecto nuevo de bajo perfil o a largo plazo. Como ocurre con el resto de sustancias químicas, una aseveración de este tipo resulta imposible con ensayos de corta duración. Consideramos que las decisiones finales adoptadas por la industria y las entidades encargadas de regular el empleo seguro de las nanopartículas deberían tomarse y se tomarán en función del «peso de los indicios», siempre y cuando existan diferencias entre los niveles probables de exposición previstos y los que causan cualquier tipo de efectos o acumulaciones en especies de un ecosistema. ¿A qué temas dedicará su atención en el futuro? El proyecto ya ha concluido pero de contar con una nueva dotación de fondos trataríamos situaciones hipotéticas de exposición medioambiental de importancia creciente mediante un análisis de los mecanismos por los que las nanopartículas se modifican en el entorno e interactúan con tejidos y organismos vivos pertenecientes a distintos niveles de la cadena trófica. Personalmente desearía investigar la transformación y las interacciones de las nanopartículas en tejidos vivos. Hasta ahora, los estudios que han identificado esta acumulación «en exceso» de metales no tóxicos en organismos expuestos a nanopartículas han sido solo a corto plazo. Al margen del evidente mayor potencial de transferencia en la cadena trófica, tampoco se conoce si a largo plazo los metales derivados de NP se convertirán en tóxicos una vez introducidos en los tejidos y las células. Este tipo de transformación y liberación de iones metálicos dentro de tejidos podría generar una toxicidad a largo plazo mayor en el caso de las NP que en el de sus formas iónicas. Además, desearía comprobar las exposiciones en un ecosistema modelo funcional en el que se representen interacciones entre especies y transferencias tróficas. Este tipo de interacciones entre la biota y las nanopartículas resultan relevantes en los sistemas edáficos naturales, por lo que conviene ser cautos a la hora de predecir las consecuencias ecológicas de las nanopartículas en función de ensayos de laboratorio dedicados a una sólo una especie. Las NP complejas podrían seguir una serie de rutas distintas ante la presencia completa de todos los componentes biológicos de los sistemas edáficos en las que se eliminen sus recubrimientos y se reemplacen con materiales exudados. Es necesario, por tanto, realizar estudios para cuantificar la naturaleza de estas interacciones e identificar el destino, la biodisponibilidad y la toxicidad de formas degradadas de NP presentes en suelos reales. La coordinación del proyecto corrió a cargo del Consejo Nacional de Investigación del Entorno Natural del Reino Unido (NERC).Para más información, consulte: Consejo Nacional de Investigación del Entorno Natural del Reino Unido (NERC) http://www.nerc.ac.uk Ficha informativa del proyecto
Países
Reino Unido