El grupo de investigación BIOCENIT de la URV, liderado por el investigador Robert Rallo, ha coordinado el proyecto europeo MODERN, que ha desarrollado herramientas para predecir la toxicidad de algunos nanomateriales mediante la simulación por ordenador, hecho que supone un paso más para evitar la experimentación con animales. Además, los investigadores han modificado algunos nanomateriales para hacerlos menos perjudiciales para la salud sin que pierdan sus propiedades

La materia puede cambiar drásticamente sus propiedades cuando se modifica su tamaño, especialmente cuando pasa de la escala micro a la nano (un nanómetro es un millón de veces más pequeño que un milímetro). Los nanomateriales están cada vez más presentes en los productos de consumo que utilizamos diariamente, como por ejemplo los neumáticos de los vehículos o las cremas de cosmética. Ahora bien, el uso generalizado de los nanomateriales podría comportar riesgos para la salud ambiental y humana cuando las nanopartículas se introducen en el medio ambiente y los organismos biológicos entran en contacto.

Aun así, todavía no se sabe bien qué nanomateriales pueden ser tóxicos, qué organismos vivos pueden ser víctimas de estos efectos ni de qué manera les puede perjudicar. Precisamente en esto ha trabajado el proyecto de investigación MODERN, que finalizó el pasado mes de diciembre.

La colaboración entre los diferentes investigadores internacionales que han formado parte del proyecto MODERN ha permitido estudiar la toxicidad de algunos nanomateriales (específicamente óxidos metálicos) para establecer modelos que prevean si serán perjudiciales o no antes de exponerse a los organismos biológicos. Lo hacen a partir de la estructura de las nanopartículas y de valorar en el laboratorio (in vitro) la afectación que tienen sobre los organismos, como por ejemplo células, bacterias y algas.

En este proyecto se han desarrollado modelos predictivos que integran los aspectos químicos de los nanomateriales con sus interacciones con organismos biológicos. Se ha desarrollado una base de datos que recopila una multiplicidad de información sobre los nanomateriales y sus propiedades y sobre los organismos vivos y sus comportamientos cuando se exponen a determinadas nanopartículas.

Esta complejidad de datos permite transferir la experimentación in vitro –en el laboratorio con células– al ordenador para hacer una simulación computacional (llamada in silico). Así se reducen las pruebas que se hacen en animales (in vivo) antes de que los productos salgan al mercado, para saber de forma anticipada si serán perjudiciales para los seres vivos y el impacto ambiental que tendrán.

De hecho, uno de los objetivos del proyecto MODERN ha sido encontrar las propiedades que controlan la toxicidad de los nanomateriales, de forma que se puedan desarrollar las llamadas estrategias de diseño seguro (safe-by-design) e implementarlas en los procesos de producción de nanopartículas. El objetivo es reducir el potencial impacto en el medio ambiente y en la salud humana de los nanomateriales utilizados en productos de consumo.

Modificar nanomateriales para hacerlos menos tóxicos

Los investigadores del proyecto MODERN también han descubierto que, modificándolos ligeramente, algunos nanomateriales podrían ser menos tóxicos sin perder sus propiedades. Esto es un progreso importante, puesto que se pueden conseguir productos de la misma calidad pero menos perjudiciales para los organismos vivos.

Un ejemplo son las nanopartículas de óxido de zinc que incorporan las cremas solares, que son tóxicas para algunas especies. La investigación ha detectado que uno de los parámetros que controla la toxicidad del óxido de zinc es su solubilidad. Por eso han probado de modificar algunos átomos de óxido de zinc por átomos de hierro para hacer un nanomaterial que protege igual del sol cuando se incorpora en una crema solar, pero que es menos soluble y por lo tanto menos tóxico.

Describir las propiedades de los nanomateriales

Otro de los resultados del proyecto MODERN ha sido el desarrollo de métodos de modelado molecular que han permitido generar 40 descriptores que describen la estructura de los nanomateriales en función de su tamaño y que pueden ser utilizados para predecir sus propiedades y actividad biológica. Estos descriptores se pueden usar también para la clasificación de los nanomateriales en familias de materiales estructuralmente parecidos.

Para el investigador coordinador del proyecto, Robert Rallo, que lidera el grupo de investigación BIOCENIT del Departamento de Ingeniería Informática y Matemáticas de la URV, el reto es desarrollar una clasificación universal de los diferentes nanomateriales que hay en función de su estructura, propiedades y mecanismos de toxicidad. Aun así, se trata de una tarea muy compleja debido a la gran diversidad de nanomateriales existente, puesto que las nanopartículas están formadas por varios componentes y se tienen que tener en cuenta diferentes aspectos como por ejemplo el núcleo, la capa funcional, la forma, etc.

Proyecto internacional

MODERN es un proyecto del séptimo programa marco de la Unión Europea que empezó en enero de 2013 y ha finalizado en diciembre de 2015. Han participado la Universidad Rovira i Virgili como coordinadora, el Centro de Investigación Medioambiental Helmholtz (Alemania), la Universidad de Aarhus (Dinamarca), el Instituto Nacional de Química Física y Biofísica (Estonia), la Universidad de Bremen (Alemania), la Universidad de Tartu (Estonia) y el Centro de Implicaciones Ambientales de la Nanotecnología de la Universidad de California (Estados Unidos).