El objetivo principal del proyecto, desarrollado por el investigador del Núcleo de Estudios Ambientales UC Temuco, Dr. Erico Carmona, fue conocer si las mencionadas nanopartículas de TiO2, ZnO y CuO pueden inducir daños en el ADN de la mosca del vinagre y para esto utilizamos ensayos que nos permitieron visualizar mutaciones en las alas de Drosophila y el rompimiento del ADN en células sanguíneas, llamadas hemocitos. Además, determinamos el tamaño y la forma de las nanopartículas a través del uso de microscopía electrónica, y técnicas de visualización con láser.
Con el desarrollo de la nanotecnología se han creado nuevos materiales con un tamaño extremadamente pequeño conocidos comúnmente como nanomateriales. Estos nanomateriales pueden presentar un tamaño en el orden de los nanómetros (1 a 100 nm), es decir pueden ser tan pequeños como una célula vegetal, animal o incluso más pequeños que una bacteria o un virus. De acuerdo a su naturaleza, forma y uso se les puede clasificar en diferentes tipos, tales como nanofibras, nanotubos, materiales compuestos, nano superficies estructuradas y nanopartículas.
Las nanopartículas son de especial interés, debido a que muestran propiedades físicas-químicas especiales que las hacen útiles y atractivas para diversas aplicaciones tecnológicas e industriales. Por ejemplo, están pueden tener una mayor resistencia al calor, frío y a la fricción, por lo tanto pueden ser utilizadas para construir materiales de construcción más resistentes a condiciones ambientales adversas. Sin embargo, estas mismas propiedades pueden contribuir a un riesgo para salud de los seres humanos y del medio ambiente, ya que sus propiedades toxicológicas pueden ser diferentes a las formas más grandes o micrométricas. El tamaño extremadamente pequeño y la gran área de contacto de las nanopartículas las hacen biológicamente más activas comparado con sus formas más grandes. Por lo tanto, después de una exposición, las nanopartículas pueden ingresar fácilmente a las células e interactuar negativamente con sus componentes, tales como, membranas, proteínas y ADN. Uno de los efectos biológicos negativos más importantes es el daño genético dentro de las células, ya que un incremento en el daño en el ADN está relacionado con una alta incidencia de cáncer y otros tipos de alteraciones, incluyendo infertilidad y desórdenes genéticos, lo que determina razones suficientes para que el daño genético de las nanopartículas deba ser estudiado en profundidad.
Entre otros nanomateriales, las nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2), óxido de zinc (ZnO) y óxido de cobre (CuO) corresponden a nanopartículas ampliamente utilizadas en la fabricación de productos de consumo. De hecho, estas pueden estar presentes en cosméticos, cremas de protección solar, cremas dentales, productos alimenticios, fármacos, pinturas y textiles. Por lo tanto, los seres humanos y el medio ambiente pueden estar expuestos a estos tipos de nanomateriales.
En general, la mayoría de los estudios sobre daño en el ADN de nanopartículas se han llevado a cabo en organismos como bacterias. hongos y en cultivos de células humanas y de mamíferos, existiendo pocos estudios que abarquen los efectos genéticos en organismos superiores, como por ejemplo roedores, plantas e insectos. De esta manera, el presente proyecto se propuso estudiar los efectos genéticos adversos (genotoxicidad) de las nanopartículas de TiO2, ZnO y CuO utilizando para esto a Drosophila melanogaster conocida vulgarmente como la mosca de la fruta o del vinagre. Este insecto es muy utilizado para estudios biológicos y genéticos, debido a que es fácil y económico de mantener en laboratorio. Además, su ciclo de vida es muy corto y su descendencia es numerosa, por lo tanto se puede obtener resultados biológicos de forma rápida y confiable. Además, desde el punto de vista genético, este organismo es muy parecido a los mamíferos, debido a que presentan genes similares en función. Así, la mosca del vinagre nos puede ayudar a estudiar y entender como las nanopartículas pueden causar efectos genéticos adversos y también nos permite experimentar sin tener que sacrificar otro de tipos de animales como roedores y conejos.
Los resultados obtenidos mostraron que las nanopartículas de TiO2 y ZnO no inducen un daño en el ADN en los ensayos utilizados con la mosca del vinagre, indicando que estos nanomateriales no muestran genotoxicidad relevante en este insecto. Sin embargo, cuando estudiamos las nanopartículas de CuO se observó un incremento significativo de mutaciones y roturas de ADN en las células de Drosophila, indicando que este tipo de nanopartículas pueden presentar una genotoxicidad importante. Un análisis del daño oxidativo en larvas de Drosophila expuestas a las nanopartículas de ZnO y CuO mostraron también que ambos compuestos nanoparticulados pueden inducir un daño oxidativo en sus tejidos.
De acuerdo a la evaluación general de los resultados obtenidos en el presente proyecto, se concluye que los compuestos a nano escala de TiO2 y ZnO muestran un potencial genotóxico débil, ya que no muestran una actividad mutagénica detectable. Sin embargo, las nanopartículas de CuO pueden mostrar un potencial genotóxico importante, debido a que causó diferentes efectos genotóxicos, tales como mutagenicidad, inducción de recombinación mitótica y roturas de ADN en las células D. melanogaster. De esta forma, la utilización de las nanopartículas de CuO debería tomarse con cautela, al menos hasta que se sepa con certeza el riesgo o peligro que conlleva el uso de nanomaterial para los seres humanos y para el medio ambiente.
Finalmente, los resultados obtenidos en el presente estudio permitieron incrementar el conocimiento sobre el riesgo genético asociado a una exposición con nanopartículas de óxido-metal en D. melanogaster.
Investigador: Dr. Erico Carmona Ortiz.
Unidad: Núcleo de Estudios Ambientales, Grupo de Genotoxicología UC Temuco.
Contacto:ecarmona@uct.cl
Dirección de Comunicación y Marketing.
Vicerrectoría de Extensión y Relaciones Internacionales.