semana 10 y 11                               12/08/2020

Investigación - El maravilloso mundo de las nanopartículas

Las nanopartículas son partículas cuyas dimensiones físicas se suelen expresar en unidades de nanómetros, ya que usualmente su tamaño se encuentra en el intervalo comprendido entre 1 hasta 100 nanómetros (nm).

Hay tres tipos de nanopartículas: las naturales, como las que se producen en erupciones volcánicas; las incidentales, como las emisiones de la combustión en motores; y las fabricadas, generadas a propósito con una finalidad.

Específicamente, el impacto que las nanopartículas puedan tener sobre el ambiente a largo plazo, aún no se ha investigado. Para que una Nanopartícula sea considerada un riesgo debe haber una fuente de exposición a ellas y un daño que resulte de esta exposición. Las nanopartículas se comportan de manera distinta a sus contrapartes macro debido a su tamaño, sin embargo, aún no está claro cómo difieren en sus interacciones.

Fuente: https://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1316-48212015000100005

Actividades a entregar

a. ¿Qué es una nanopartícula?

b. Elabora un mapa conceptual con los tipos de nanopartículas.

c. ¿Cómo las nanopartículas cambian en el tiempo una vez que están presentes en el ambiente?

d. ¿Qué efectos podrían tener en los organismos?

e. ¿Qué efectos podrían tener en los ecosistemas?

f. ¿Cuáles son los riesgos potenciales a la seguridad y la salud con las aplicaciones de la Nanotecnología?

g. ¿Quién es responsable si algo pasa?

h. ¿Cuáles son los derechos de un individuo afectado por un proceso o producto de la Nanotecnología (como las Nanopartículas)?

i. ¿Cómo se puede proteger a la sociedad de los riesgos de la Nanotecnología?

solucion 

a. 

Una nanopartícula (nanopolvo, nanoracimo, o nanocristal) es una partícula que posee las tres dimensiones menores que 100 nm. Actualmente las nanopartículas son un área de intensa investigación científica, debido a una amplia variedad de aplicaciones potenciales en campos tales como biomédicos, ópticos, electrónicos, nanoquímica, o agricultura.1​ 2​ 3​4​5​Las partículas están calificadas por su diámetro.6​ Las partículas ultrafinas son las mismas que las nanopartículas entre 1 y 100 nanómetros en tamaño. Las partículas finas están entre los 100 y 2,500 nanómetros. Las partículas gruesas cubren un rango de entre 2,500 y 10,000 nanómetros. 

b. 

c.

Hay dos razones por las cuales las consideraciones ambientales son fundamentales en cuanto a la generación de Nanopartículas. Una, es el hecho de que es una tecnología naciente que aún no ha causado daños. En las últimas décadas se ha desarrollado una conciencia ecológica en cuanto a los efectos que los distintos materiales pueden tener en los ecosistemas, lo que se aprecia en las regulaciones que han surgido en cuanto a su uso. Así mismo, las técnicas asociadas a la generación y el empleo de Nanopartículas han sido desarrolladas recientemente, lo que da una oportunidad única de controlar el desarrollo de esta tecnología desde sus inicios.

En segundo lugar, está la carencia de datos en cuanto a los posibles efectos que tengan las Nanopartículas sobre los organismos y el ambiente, en caso de que fueran liberadas. Por ejemplo, se ha estimado que en 2010 se liberaron entre 260000 y 390000 toneladas de materiales nanoestructurados, los cuales terminaron en rellenos (63-91%), suelos (8-28%), cuerpos de agua (0,4-7%) y en la atmósfera (0,1-1,5%) (3). Se sabe poco acerca de cómo se comportan en distintos ambientes y de los efectos que tienen sobre los seres vivos (2).

d. 

Puesto que las Nanopartículas son producidas con técnicas relativamente nuevas, no hay una reglamentación específica sobre ellas. En este aspecto, la Nanoética es un área de la Ética que estudia la Nanotecnología y sus productos y cuya finalidad es servir de guía para elaborar normas de entrenamiento, prohibición y restricción en cuanto al uso de nanomateriales (4).

Con este trabajo, se pretenden describir los principales usos de las Nanopartículas y su importancia para la sociedad. Así mismo, se busca analizar los posibles problemas que ocasionan al medio ambiente y a los organismos vivos y proponer algunas soluciones para enfrentar estos problemas. Para la consecución de estos objetivos se empleó la metodología descriptiva documental basada en la revisión de las fuentes bibliográficas primarias y secundarias más relevantes sobre este tema. A continuación, se describen los principales usos de las Nanopartículas y su importancia para la sociedad. Seguidamente, se presentan los principales problemas ambientales asociados y algunas medidas propuestas para su solución. Por último, se enumeran las principales conclusiones del trabajo y la lista de referencias bibliográficas que dieron sustento a esta investigación documental.

e.

En la actualidad la aplicación de la nanotecnología y los nanomateriales en numerosas facetas de la vida diaria es una constante que está aumentando de forma exponencial. Aunque estos nuevos materiales pueden representar un avance significativo en campos como la biomedicina, los catalizadores, productos de higiene personal, etc., es necesario evaluar los riesgos que su uso representa, y por ello se han incluido dentro de un grupo denominado contaminantes emergentes En esta charla, se hará una breve descripción sobre los diversos tipos de nanomateriales (fármacos, metales/nanopartículas y microplásticos) y sus características, centrándose en las denominadas nanopartículas metálicas, para analizar posteriormente la forma de evaluar su riesgo. Se centrará en su efecto sobre los ecosistemas acuáticos, al ser estos el destino final de la mayoría de los contaminantes de origen antropogénico. Para ello, se van a presentar los resultados obtenidos por el grupo de investigación en organismos representativos de dos niveles tróficos diferentes: microalgas y moluscos. Para terminar se hará mención a un nuevo tipo de contaminante emergente que está generando mucha alarma social en los últimos tiempos, los nanoplásticos, evaluando sus posibles riesgos en el medio ambiente acuático.

f. 

Los nanomateriales se encuentran de forma natural en las erupciones volcánicas, y también, las emisiones de los vehículos diésel, los humos de soldadura y un gran número de productos de uso cotidiano, como los compuestos de sílica amorfa en neumáticos, el óxido de titanio en cremas y pinturas con acción bloqueadora de la radiación UV, agentes microbianos en forma de partículas de plata nanométrica en tejidos y dispositivos médicos o nanotubos de carbono utilizados para conferir propiedades mecánicas y otras cualidades a materiales usados en electrónica, industria del automóvil o aeroespacial.Investigadores de la Universidad Nortwestern ha desarrollado un material que podría acelerar de forma notable a carga de las baterías en coches eléctricos, y que además ayudaría a aumentar su autonomía para que esas baterías. El desarrollo se basa en un campo de investigación relativamente nuevo: los llamados Covalent Organic Frameworks (COF), una familia de polímeros muy resistentes que tienen una serie de diminutos poros que permiten almacenar energía. Fuente imagen: Northwestern University.

Al analizar los peligros peligros para la salud y la seguridad de los nanomateriales y vías de exposición es preciso en primer lugar evaluar el nivel de riesgo existente por la exposición al agente causante del deterioro de la salud. Las vías de entrada de los nanomateriales en el organismo no difieren de las puertas de entrada conocidas para otros materiales. Existen tres principales vías de exposición posible a los nanomateriales en el lugar de trabajo:

• La inhalación es la vía más frecuente de exposición a las nanopartículas que se propagan por el aire en el lugar de trabajo. Las nanopartículas inhaladas pueden depositarse en las vías respiratorias y en los pulmones, dependiendo de su forma y tamaño. Después de la inhalación, pueden atravesar el epitelio pulmonar, introducirse en el torrente sanguíneo y llegar a otros órganos y tejidos. Se han encontrado también algunos nanomateriales inhalados que habían llegado al cerebro a través del nervio olfativo.
• La ingestión puede producirse por contacto involuntario de la mano y la boca después de tocar superficies contaminadas o por ingestión de alimentos o agua contaminados. La ingestión puede ocurrir como consecuencia de la inhalación de nanomateriales, dado que las partículas inhaladas que se eliminan de las vías respiratorias a través del sistema mucociliar pueden tragarse. Algunos nanomateriales ingeridos pueden atravesar el epitelio intestinal, introducirse en el torrente sanguíneo y alcanzar otros órganos y tejidos.
• La penetración por vía dérmica tiene menos posibilidades de entrada en el organismo porque la piel intacta constituye un eficaz mecanismo de defensa frente a agentes externos, pero cuando existe alguna solución de continuidad con pérdida de la cutícula externa protectora, las nanopartículas pueden penetrar y distribuirse por el organismo como lo hacen otros agentes físicos, químicos o biológicos. En un estudio Gautam Aet al., (2011) de la División de Farmacología y Toxicología del Defence Research & Development Establishment (DRDE), se describe un efecto trasportador de partículas ultrafinas, de tamaño (<0,1 µm - 10 nm), hacia el interior del organismo a través de los folículos pilosos, y en consecuencia, podríamos suponer que las nanopartículas tienen la misma o mayor facilidad de transporte que las partículas ultrafinas, a través de la misma vía.
• Aunque se trata de una vía menos frecuente, a través de la vía digestiva las partículas nanométricas pueden interactuar con el tejido del aparato digestivo. El acceso por esta vía se debe principalmente a la falta de medidas higiénicas durante la manipulación de nanomateriales También, a que las partículas depositadas en las vías superiores del sistema respiratorio pueden pasar al sistema digestivo por un mecanismo de aclaramiento mucociliar y posterior deglución.

Los nanomateriales no solo se utilizan en productos de consumo, sino también en tratamientos médicos nuevos e innovadores. España lidera la aplicación de nanotecnología al diagnóstico y tratamiento del cáncer: En las imágenes inferiores obtenidas mediante microscopio óptico de células epiteliares humanas procedentes de un carcinoma cervical donde se observan (a) nanopartículas magnéticas en su interior (puntos marrones). Y a la derecha células similares tras su división celular (b). Fuente: A. Villanueva et al. Nanotechnology 20, 115103 (20. Fuente imagen superior: ECHA European Chemicals Agency.Al igual que lo que ocurre con las partículas en suspensión, la vía de entrada respiratoria se comporta como la principal vía de acceso de las nanopartículas al organismo, pero con la particularidad de que su capacidad de absorción y distribución por todo el organismo se ve favorecida por su pequeño tamaño. En consecuencia, el potencial de exposición depende principalmente de la posibilidad de que los materiales se propaguen por el aire y, por tanto, son las formas en polvo o aerosol las que presentan un potencial de riesgo mayor que las suspensiones en líquidos, pastas, materiales granulares o compuestos. Por su parte, los nanomateriales suspendidos en líquidos entrañan un potencial de riesgo mayor que las nanoestructuras enlazadas o fijas, como es el caso de una matriz polimérica. Respecto a los peligros para la seguridad que pueden entrañar los nanomateriales y a pesar de que existe muy poca información es importante reseñar, los peligros para la seguridad derivados de la elevada explosividad, inflamabilidad y potencial catalítico de algunos nanopolvos (nanomateriales en forma de polvo), en particular, los nanopolvos metálicos. Influyen en ellos el tamaño de las partículas que posibilita su permanencia en el aire durante más tiempo y su mayor área superficial específica.Las vías de entrada de los nanomateriales en el organismo no difieren de las puertas de entrada conocidas para otros materiales: por las vías respiratorias, a través de la piel o de las mucosas oculares.

Los procesos que sufren las partículas en el organismo son:

• Absorción de las partículas mediante inhalación, contacto con la piel o ingestión.
• Distribución en el organismo.
• Metabolización.
• Eliminación total o parcial por diferentes vías.

La distribución a los distintos órganos puede verse afectada por una propiedad específica y exclusiva que presentan algunos nanomateriales denominada translocación, que consiste en la capacidad de atravesar las barreras biológicas sin perder su integridad. Así, a través de los vasos linfáticos, los vasos sanguíneos y los nervios sensoriales, los nanomateriales pueden alcanzar diferentes partes del cuerpo a las que no tendrían acceso las partículas de mayor tamaño.

g. 

Las tres fuentes principales de patentes nanotecnológicas, a saber, la USPTO, la OEP y la JPO,8 han tratado de resolver respectivamente este problema con la adopción de definiciones que, en general, restringen las invenciones de nanotecnología a una escala de longitud inferior a 100 nanómetros 

h. 

i.

El "Enfoque Estratégico para la Gestión de Productos Químicos a Nivel Internacional", mejor conocido como SAICM (Strategic Approach to International Chemicals Management), ha iniciado discusiones sobre los riesgos de las NT y está elaborando propuestas de acción para reducirlos y prevenirlos. Se trata de un acuerdo voluntario, destinado a proteger la salud humana y el medio ambiente, que busca regular las sustancias químicas en todo el ciclo de vida de los productos, incluyendo aspectos ambientales, de salud ocupacional y de salud pública. El SAICM resulta un ámbito estratégico por ser el único espacio institucional multilateral en el seno de la Organización de las Naciones Unidas donde se están discutiendo los riesgos de las NT y por su carácter participativo, que envuelve representantes de los gobiernos, de organizaciones no gubernamentales tanto de la industria como de interés público, y organizaciones sindicales.

Este artículo da cuenta del estado de la discusión de las NT en el ámbito del SAICM, en América Latina y el Caribe. Contextualiza esa discusión en el avance del desarrollo de las NT en la región y en el surgimiento de crecientes evidencias sobre riesgos de las NT. Ofrece una reflexión sobre los riesgos a la salud y el medio ambiente del ciclo de vida de los nanomateriales, así como el lugar de los diferentes agentes sociales en dicho ciclo. Discute algunas condiciones para el desarrollo responsable de las NT y algunas propuestas que más de cien organizaciones a nivel global han elaborado como forma de evaluar y monitorear el desarrollo de estas nuevas tecnologías y sus productos.