Por: Roberto Espinosa Neira* y Hened Saade Caballero**
Personal de Investigación de los Departamentos de *Materiales Avanzados y de **Procesos de Polimerización del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), roberto.espinoza@ciqa.edu.mx y heded.saade@ciqa.edu.mx
En la actualidad, existen avances tecnológicos enfocados en la salud; incluyendo consumibles médicos, como gasas, películas, parches y nanomateriales tales como nanopartículas (orgánicas, metálicas o lipídicas), nanotubos, nanopelículas, entre otros, todos ellos nanoestructurados1 (ver figura 1). Estos dispositivos y/o nanomateriales se utilizan para el tratamiento de heridas asi como terapias anti-tumorales, terapia fotodinámica y/o fototermal, antimicrobiana, transporte de DNA, RNA, etc.1, pero antes de estos usos deben caracterizarse para determinar su toxicidad y si habría reacciones adversas en los pacientes.
¿Qué son los nanomateriales?
Los nanomateriales son productos de creciente importancia en áreas como la electrónica, la cosmética y, por supuesto, la salud. A nivel nanométrico (tamaño no visible al ojo humano), las propiedades físicas y químicas de los materiales cambian, lo que los hace únicos en comparación con los mismos materiales a mayor escala. Estos nanomateriales tienen estructuras que miden menos de 100 nanómetros (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro) y pueden tener formas de partículas, tubos, fibras o esferas2 (ver figura 1). En el campo de la salud, las nanopartículas pueden actuar como vehículos para transportar fármacos, como antibióticos o medicamentos anti-tumorales.
¿Cómo se evalúan los nanomateriales para su uso en salud?
Determinar la seguridad y eficacia de los nanomateriales que serán utilizados en salud humana es un proceso que debe seguir varios pasos, comenzando con estudios en laboratorio y, en última instancia, pruebas clínicas.
Pruebas in vitro: Son el primer paso para la evaluación de los nanomateriales, es decir, en un ambiente controlado fuera del cuerpo. Para ello, se utilizan líneas celulares, que son células de origen humano que crecen y se multiplican en condiciones artificiales que simulan las condiciones dentro del cuerpo humano. Dependiendo del objetivo del estudio, estas células pueden ser sanas o provenientes de tejidos tumorales. Los nanomateriales se agregan a estos cultivos celulares durante un tiempo determinado, generalmente 24 horas, y luego se analiza la cantidad de células vivas. Los resultados indican si el nanomaterial tiene efectos tóxicos o si cumple su función terapéutica. El efecto tóxico del nanomaterial es determinado mediante diversas pruebas que se encargan de determinar la viabilidad celular.
Ensayos in vivo: Después de pasar por los ensayos in vitro, los nanomateriales se evaluan directamente en animales, pruebas in vivo. En el caso de los tratamientos anti-tumorales, se crean tumores en ratones con sistema inmune deficiente. Luego, se aplica el tratamiento con el nanomaterial de manera oral, intravenosa o intramuscular, dependiendo del tipo de terapia. Durante semanas o meses, se analiza el tamaño de los tumores para observar si el tratamiento con nanomaterial reduce su crecimiento.
Pruebas clínicas: Estas son pruebas finales que se realizan en pacientes. Son estrictamente controladas por comités éticos para garantizar la seguridad de los participantes. En esta fase, se evalúa la efectividad y seguridad del tratamiento en un entorno real. En muchas ocasiones, las pruebas clínicas son patrocinadas por las compañías farmacéuticas quienes son dueños de los fármacos a evaluar y tienen equipos de investigación que incluyen médicos y otros profesionales de la salud. Estas pruebas constan de cuatro etapas que pueden durar desde meses hasta años, dependiendo del fármaco a evaluar. Durante la etapa 1, el tratamiento se administra en personas sanas, generalmente, para comprobar que la administración del tratamiento (en píldoras, inyecciones, etc.) no genera algún efecto toxico adverso. En las etapas 2 y 3, se profundiza en la seguridad, la eficacia y la dosis del tratamiento. Posteriormente a estas etapas, las autoridades de salud aprueban el uso del tratamiento o dispositivo en pacientes. Finalmente, en la etapa 4, se exploran nuevos usos para los tratamientos aprobados en las etapas anteriores.
¿Qué métodos se utilizan para evaluar la viabilidad celular?
Después de tratar los cultivos celulares con nanomateriales, se deben analizar los efectos en la viabilidad celular, es decir, cuántas células sobrevivieron al tratamiento. Existen diferentes métodos colorimétricos para evaluar esto, entre los más comunes están los métodos basados en la adherencia celular (por ejemplo el cristal violeta o rojo neutro) y los basados en el metabolismo celular (por ejemplo, MTT, XTT, Wst1, Wst8, etc.). Todos estos métodos miden cambios en la intensidad del color en respuesta a la cantidad de células vivas en un cultivo. En los ensayos basados en la adherencia celular, las tinciones marcan las células vivas que permanecen adheridas en el frasco de cultivo. En contraste, en los ensayos basados en el metabolismo de las células, se agrega un sustrato que metabolizan enzimas de las mitocondrias en las células y generaran un producto, este producto tiene color y la intensidad del color estará en función de la cantidad de células vivas en el cultivo que recibió tratamiento (figura 2). Otros métodos para evaluar la viabilidad celular se basan en la integridad de la membrana plasmática de las células tratadas, algunos de estos son tinciones fluorescentes que se internalizan en la célula cuando la membrana plasmática tiene poros generados por agentes externos, entonces al evaluarlas se observarán células fluorescentes. En contraste, si las células tienen una membrana plasmática sin daños se verán transparentes, lo que significa que el colorante no entró en ellas.
Conclusiones
La evaluación de la viabilidad celular es importante debido a que con estos métodos se puede determinar si un nanomaterial u otro agente, como fármacos, suplementos, etc., tienen efectos adversos sobre las células humanas que fueron expuestas. Los ensayos in vitro son rápidos y accesibles, además de que la información obtenida nos da un panorama del comportamiento de los nanomateriales sobre un sistema biológico, si es o no biocompatible. Así mismo, se puede corregir o mejorar los sistemas para hacerlos más eficientes. Los costos de dichas evaluaciones son variables, pero con el equipo correcto es el mejor inicio para conocer los pros y contras de los sistemas de nanomateriales para uso en salud humana, veterinaria y agrícola. Estos ensayos son el primer paso experimental para determinar que un nanomaterial es apto para su uso en salud. El tiempo que tarde en ser aprobado dependerá de las pruebas in vitro y otras pruebas, así como de la complejidad del producto.
Referencias
Estrada Flores, S.L., García-Morales, C., Pérez Berumen, C.M., Cantú-Sifuentes, L. 2023. Nanomateriales: conceptos, aplicaciones en nanoterapia y regulaciones. Revista QuímicaViva. No. 1, año 22.
Vázquez-Muñoz R., Huerta-Saquero, A. 2018. Toxicidad de los nanomateriales de interés biomédico en los sistemas biológicos. Revista Mundo Nano. 11(20), enero-junio 2018. http://dx.doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2018.20.62715
