Blog original en inglés por Joel Pedersen
Traducido por Jeremy Miller
Theophrastus Phillippus Aureolus Bombastus (¡ay!) von Hohenheim, el médico, alquimista y fundador de la toxicología suizo de la época renacentista más conocido como Paracelso (Figura 1), lo dijo muy bien: «Todas las sustancias son venenos; no hay cosa que no. La dosis correcta diferencia un veneno de un remedio.” O en muy pocas palabras, “la dosis hace el veneno”.
Figura 1. Retrato de Paracelso (¿al contemplar venenos?) (imagen de Wikimedia)
A los investigadores del Centro de Nanotecnología Sostenible se les pregunta a menudo si tal o cual nanomaterial es tóxico. Ésta es una cuestión importante y estamos muy interesados en ella (se puede leer un par de nuestros blogs anteriores sobre el tema aquí [en español] y aquí [en inglés]). La toxicidad de un compuesto es una medida de qué tan peligroso es para los seres vivos. Basado en el dicho de Paracelso, tendríamos que considerar tóxicas todas las sustancias hasta cierto punto, pero eso no es lo que la gente quiere decir por lo general cuando preguntan sobre la toxicidad de las nanopartículas.
Vamos a poner todo en perspectiva. Cuando los toxicólogos llevan a cabo estudios de la toxicidad, la primera clase de experimentos que realizan es exponer a los organismos de prueba (tales como pulgas de agua, el pez cebra, o ratas) a la sustancia en una gama de concentraciones para ver cuándo se observan efectos. Estos efectos pueden incluir la muerte (¡bastante grave!), la inhibición del crecimiento, el aumento de la producción de tumores o el aumento de malformaciones a medida que crecen los organismos. Los resultados se representan como efecto frente a la concentración (o dosis). Tal gráfico se denomina una curva dosis-respuesta (Figura 2).
Figura 2. Ejemplo de una curva dosis-respuesta (imagen modificada, originalmente de Wikimedia)
Una métrica que se reporta frecuentemente es la concentración (o dosis) a la que la mitad de la población de organismos de ensayo exhibe el efecto en cuestión. Por ejemplo, la dosis letal media (DL50) es la dosis que mata a la mitad de la población de los organismos de prueba. Como es de esperar, la dosis letal depende de la vía de exposición (por ejemplo, por ingestión, inhalación o contacto con la piel). ¡Claro que la gasolina sería mucho menos peligrosa al derramarse en la piel que si fueras a beberla! La dosis letal también depende de si usted está expuesto a la sustancia química todo de una vez (exposición aguda) o de manera regular durante un largo período de tiempo (exposición crónica). La dosis letal depende también del organismo. Por ejemplo, los seres humanos son más resistentes que los conejillos de Indias a los efectos de la dioxina, un tipo de contaminante del medio ambiente.1
Figura 3. La misma curva de dosis-respuesta de la Figura 1, sino con “no observed effects level” (NOEL; ningún efecto observado) y el marcador de la dosis letal media (DL50) (imagen modificada, originalmente de Wikimedia)
Con todo eso en cuenta, echemos un vistazo a la toxicidad de algunas sustancias químicas comunes y no comunes. La Figura 4 me muestra al llevar una dosis oral letal aguda de la sal de mesa (NaCl) en una probeta graduada en la mano derecha. Eso es de 2.76 tazas, aproximadamente la cantidad que se necesitaría para matar el 50% de las personas en caso de ingestión de una sola vez (una posibilidad desagradable). Al contraste, en la mano izquierda tengo una dosis letal de arsenito de sodio (Na3AsO3). La dosis letal de Na3AsO3 sólo es 2.87 g. En la Tabla 1 a continuación, he resumido las dosis letales agudas por vía oral para los seres humanos de una serie de compuestos. Los valores de DL50 se extienden de 2.1 kg (4.6 libras) de azúcar a la toxina de manera más aguda letal conocido, la toxina botulínica producida por la bacteria Botulinum Clostridium, actualmente utilizada para prevenir el desarrollo de las arrugas faciales (en BoTox). ¡La dosis letal aguda por vía oral es sólo 7 nanogramos (es decir, 0.000000000007 kg)!
Figura 4. Aquí llevo una dosis oral letal (DL50) de sal (cloruro de sodio, NaCl) en una probeta graduada en la mano derecha (a la izquierda en la foto) y una DL50 de arsenito de sodio (Na3AsO3) en un tubo de prueba en la mano izquierda (visto a la derecha en la foto). Estas dosis orales letales se basaban en datos de ratas que se modificaron a la escala de un humano de 70 kg. (foto de Joel Pedersen)
| Tabla 1. Las dosis orales letales agudas en humanos2 | |||
| Sustancia | DL50(mg/kg)a | Exposición oral letal (g)b | Notas |
| sacarosa | 30,000 | 2,100 (10.5 tazas de azúcar granulado) | Azúcar de caña refinado y remolachas azucareras |
| etanol | 7,000 | 490 (10.3 L de cerveza, 5.2 L de vino, 1.6 L de vodka)c | Alcohol en cervezas, vinos, etc. |
| cloruro de sodio | 3,000 | 210 (2.76 tazas de la sal de mesa de Morton) | Sal de mesa |
| cafeína | 200 | 14 (78 tazas de café estadounidense de un cuarto de litro cada una)d | Ocurre naturalmente en cacao y café |
| nicotina | 50 | 3.5 (14.6 paquetes de cigarrillos)e | Ocurre naturalmente en tabaco |
| vitamina D | 10 | 0.7 (70 cápsulas de 400 UI) | Parte esencial de la gastronomía humana |
| cianuro | 10 | 0.7 (27.8 kg de almendras) | Ocurre naturalmente en almendras y las semillas de manzanas; también en productos químicos industriales |
| aflatoxina | 0.003 | 0.00021 (210 µg) | Producida por hongos en granos y frutos secos |
| botulina | 0.00001 | 0.0000007 (700 ng) | Producida por bacterias en latas de comida almacenadas inadecuadamente |
| a Estas cifras de DL50 se basan en la ingestión oral de ratas y representan las dosis tomadas en una vez que matan al 50% de los animales tratados dentro de 14 días de exposición. Las cifras DL50 se dan en unidades de mg de la sustancia por kg de masa corporal. b Se supone una masa corporal de 70 kg (~154 lb. peso corporal) c Se supone un contenido de etanol de 6% en cerveza, 12% en vino y 40% en vodka) d Se supone 180 mg por taza de 8 oz. (varía entre 95-200 mg) e Contenido medio de nicotina es 12 mg por cigarrillo; 20 cigarrillo por paquete |
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Al determinar si un nanomaterial representa un riesgo, primero tenemos que entender la diferencia entre el riesgo y el peligro. En otras palabras, tenemos que tener en cuenta tanto su toxicidad (riesgo) como la exposición de una persona a ella. Como ejemplo, piense en el blanqueador que tal vez tenga en casa (Figura 5). Cuando está sentado en la plataforma, es peligrosa pero no representa un riesgo. Si usted ha estado expuesto a ella (ya sea por ingestión, inhalación, o contacto con su piel), entonces podría haber un riesgo.
Figura 5. La diferencia entre peligro (hazard) y riesgo (risk). (imagén cortesía de Croplife.org)
Así que si no hay exposición, no puede haber riesgo. En el caso de los nanomateriales, los puntos cuánticos utilizados para la retroiluminación de las pantallas de televisión pueden contener cadmio, un metal tóxico, pero si no entra en contacto con este material, no está en riesgo de los efectos tóxicos del cadmio. La mayoría de personas no estarán expuestas a los puntos cuánticos directamente desde sus televisores, pero ¿qué pasa con las nanopartículas en el medio ambiente en general? Por desgracia, en la actualidad no sabemos a ciencia cierta los niveles de nanomateriales artificiales en el medio ambiente.3 Los científicos han hecho algunas estimaciones aproximadas que se basan en las cantidades de los nanomateriales que se utilizan actualmente en diversas industrias, las estimaciones para la producción y el uso futuros y las predicciones acerca de cómo (y cuántos de) esos materiales podrían entrar en el medio ambiente. Lo bueno es que en la mayoría de casos, las concentraciones tóxicas de los nanomateriales que se han demostrado en riesgo de producir efectos adversos en los organismos estén generalmente más altas que las cantidades estimadas en el medio ambiente en este momento. Lo menos bueno es que las concentraciones de los nanomateriales en el medio ambiente vayan a seguir aumentando durante el futuro previsible.
Por lo tanto, para volver a la pregunta original – ¿Son los nanomateriales tóxicos? Sí, en ciertos niveles. Pero, ¿representan un riesgo? Eso depende de la exposición. Hasta ya, la exposición a través del medio ambiente parece pequeña a nuestro saber. Uno de los objetivos del Centro de Nanotecnología Sostenible es mejorar nuestra comprensión de cómo las nanopartículas pueden entrar en el medio ambiente y qué sucede después de que ocurre.
* Pido el perdón de Friedrich Nietzsche (y Richard Strauss)
RECURSOS INFORMATIVOS (en inglés):
- NOVA: “Cancer Warrior” – Actividad para realizar en laboratorio (Para estudiantes entre 10-18 años)
- NISEnet/National Nanotechnology Infrastructure Network: Los efectos de las nanopartículas de oro y plata en Artemia salina: Un estudio en toxicología (Para estudiantes en la escuela secundaria)
REFERENCIAS
- Korkalainen, M. et al. The AH Receptor of the Most Dioxin-Sensitive Species, Guinea Pig, Is Highly Homologous to the Human AH Receptor.Biochemical and Biophysical Research Communications, 2001, 285, 1121-1129. DOI: 10.1006/bbrc.2001.5317
- Adapted from Trautmann. Assessing Toxic Risk, 2001 & Chaouali et al. Potential Toxic Levels of Cyanide in Almonds (Prunus amygdalus), Apricot Kernels (Prunus armeniaca), and Almond Syrup. ISRN Toxicology, 2013. DOI: 10.1155/2013/610648
- Sun, T. Y. et al. Dynamic Probabilistic Modeling of Environmental Emissions of Engineered Nanomaterials. Environmental Science & Technology 2016, 50, 4701-4711. DOI: 10.1021/acs.est.5b05828
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