El grup de recerca BIOCENIT de la URV, liderat per l’investigador Robert Rallo, ha coordinat el projecte europeu MODERN, que ha desenvolupat eines per predir la toxicitat d’alguns nanomaterials mitjançant la simulació per ordinador, fet que suposa un pas més per evitar l’experimentació amb animals. A més, els investigadors han modificat alguns nanomaterials per fer-los menys perjudicials per a la salut sense que perdin les propietats

La matèria pot canviar dràsticament les propietats quan se’n modifica la mida, especialment quan passa d’escala micro a nano (un nanòmetre és un milió de vegades més petit que un mil·límetre). Els nanomaterials són cada cop més presents en els productes de consum que utilitzem diàriament, com ara els pneumàtics dels vehicles o les cremes de cosmètica. Ara bé, l’ús generalitzat dels nanomaterials podria comportar riscos per a la salut ambiental i humana quan les nanopartícules s’introdueixen en el medi ambient i els organismes biològics hi entren en contacte.

Tot i així, encara no es coneixen bé quins nanomaterials poden ser tòxics, quins organismes vius poden ser víctimes d’aquests efectes ni de quina manera els pot perjudicar. Precisament en això ha treballat el projecte de recerca MODERN, que va finalitzar el desembre passat.

La col·laboració entre els diferents investigadors internacionals que han format part del projecte MODERN ha permès estudiar la toxicitat d’alguns nanomaterials (específicament òxids metàl·lics) per establir models que prevegin si seran perjudicials o no abans d’exposar-se als organismes biològics. Ho fan a partir de l’estructura de les nanopartícules i de valorar al laboratori (in vitro) l’afectació que tenen sobre els organismes, com ara cèl·lules, bacteris i algues.

En aquest projecte s’han desenvolupat models predictius que integren els aspectes químics dels nanomaterials amb les seves interaccions amb organismes biològics. S’ha desenvolupat una base de dades que recopila una multiplicitat d’informació sobre els nanomaterials i les seves propietats i sobre els organismes vius i els seus comportaments quan s’exposen a determinades nanopartícules.

Aquesta complexitat de dades permet transferir l’experimentació in vitro –al laboratori amb cèl·lules– a l’ordinador per fer una simulació computacional (anomenada in silico). Així es redueixen les proves que es fan als animals (in vivo) abans que els productes surtin al mercat, per saber de forma anticipada si seran perjudicials per als éssers vius i l’impacte ambiental que tindran.

De fet, un dels objectius del projecte MODERN ha estat trobar les propietats que controlen la toxicitat dels nanomaterials, de manera que es puguin desenvolupar les anomenades estratègies de disseny segur (safe-by-design) i implementar-les en els processos de producció de nanopartícules. L’objectiu és reduir el potencial impacte en el medi ambient i en la salut humana dels nanomaterials utilitzats en productes de consum.

Modificar nanomaterials per fer-los menys tòxics

Els investigadors del projecte MODERN també han descobert que, modificant-los lleugerament, alguns nanomaterials podrien ser menys tòxics sense perdre les propietats. Això és un progrés important, ja que es poden aconseguir productes de la mateixa qualitat però menys perjudicials per als organismes vius.

Un exemple són les nanopartícules d’òxid de zinc que incorporen les cremes solars, que són tòxiques per a algunes espècies. La investigació ha detectat que un dels paràmetres que controla la toxicitat de l’òxid de zinc és la solubilitat. Per això han provat de modificar alguns àtoms d’òxid de zinc per àtoms de ferro per fer un nanomaterial que protegeix igual del sol quan s’incorpora en una crema solar, però que és menys soluble i per tant menys tòxic.

Descriure les propietats dels nanomaterials

Un altre dels resultats del projecte MODERN ha estat el desenvolupament de mètodes de modelatge molecular, que han permès generar 40 descriptors que descriuen l’estructura dels nanomaterials en funció de la seva mida i que poden ser utilitzats per predir les seves propietats i activitat biològica. Aquest descriptors es poden fer servir també per a la classificació dels nanomaterials en famílies de materials estructuralment semblants.

Per a l’investigador coordinador del projecte, Robert Rallo, que lidera el grup de recerca BIOCENIT del Departament d’Enginyeria Informàtica i Matemàtiques de la URV, el repte és desenvolupar una classificació universal dels diferents nanomaterials que hi ha en funció de la seva estructura, propietats i mecanismes de toxicitat. Tot i així, es tracta d’una tasca molt complexa a causa de la gran diversitat de nanomaterials existents, ja que les nanopartícules estan formades per diversos components i s’han de tenir en compte diferents aspectes com ara el nucli, la capa funcional, la forma, etc.

Projecte internacional

MODERN és un projecte del setè programa marc de la Unió Europea que va començar al gener de 2013 i ha finalitzat al desembre de 2015. Hi han participat la Universitat Rovira i Virgili com a coordinadora, el Centre d’Investigació Mediambiental Helmholtz (Alemanya), la Universitat d’Aarhus (Dinamarca), l’Institut Nacional de Química Física i Biofísica (Estònia), la Universitat de Bremen (Alemanya), la Universitat de Tartu (Estònia) i el Centre d’Implicacions Ambientals de la Nanotecnologia de la Universitat de Califòrnia (Estats Units).