Nanomateriales funcionales y citotoxicidad

Los investigadores del Cimav buscan desarrollar nuevos tratamientos contra el cáncer de mama utilizando nanomateriales funcionalizados como vehículos acarreadores de fármacos que permitan mejorar el suministro y eficacia de los fármacos así como disminuir sus efectos secundarios, esto en comparación con los tratamientos convencionales de quimioterapia (fármaco libre).

El trabajo de investigación busca que el fármaco se libere de manera selectiva en células cancerosas. Mediante ensayos in vitro con células cancerosas de mama como modelo, se evalúa la efectividad de los nanomateriales funcionalizados, midiendo su penetración en las células así como la liberación y actividad del fármaco.

Los nanomateriales poseen excelentes propiedades físicas y químicas. Además tienen tamaños comparables con biomoléculas (como proteínas, ADN o ácidos orgánicos, por mencionar sólo algunos), lo cual facilita su interacción y los hace excelentes candidatos para funcionalizarse con biomoléculas y/o fármacos. Particularmente en este tipo de estudios se utilizan nanomateriales bio-compatibles como los nanodiamantes y nanopartículas de oro.

Citotoxicidad de nanomateriales

La aportación científica de este proyecto consiste en la investigación de la citotoxicidad de nanomateriales emergentes, específicamente aquellos con poco o ningún estudio de su efecto tóxico, por ejemplo: nanomateriales dopados, bio-conjugados, diversas morfologías y tamaños, entre otros.

Los estudios de cito-toxicidad de los nanomateriales desarrollados en el Cimav se centran en evaluar su impacto en el medio ambiente y la salud humana. En el primer caso, se utilizan microorganismos presentes en suelo, agua y otros macroambientes. Con respecto a la investigación sobre el impacto de los nanomateriales en la salud, se usan células humanas de piel, sistema óseo, respuesta inmune, entre otros.

La investigación se enfoca principalmente en determinar las dosis que causan efectos adversos en las células modelo y conocer los mecanismos de toxicidad. Por ejemplo, se estudian los daños estructurales en la membrana, la oxidación de componentes celulares y la penetración de los nanomateriales en las células.
Los beneficios que aporta este trabajo de investigación son:

• Conocer el daño que podrían causar los nanomateriales en microorganismos relevantes en el medio ambiente y en la salud humana.
• Identificar nanomateriales con capacidad antimicrobiana o aquellos compatibles con células humanas aptos para su uso en aplicaciones médicas.

La mayoría de los nanomateriales evaluados se sintetizan y se caracterizan fisicoquímicamente (composición, tamaño, morfología o carga) en colaboración con especialistas del Departamento de Física de Materiales del Cimav. El trabajo conjunto permite interpretar adecuadamente los efectos en las células, aspecto que no siempre se cumple en otros estudios.

Biorremediación de contaminantes del agua

Con el objetivo de remover contaminantes presentes en el agua, investigadores del Cimav desarrollan tecnologías a partir de microorganismos capaces de sobrevivir y multiplicarse sin oxígeno (consorcios microbianos anaerobios). Una de las características de estas bacterias es que mediante procesos biológicos pueden transformar metales pesados, arsénico, sulfatos y nitratos, de su forma tóxica a su forma no tóxica.

Con este proyecto se busca reducir la concentración de contaminantes a niveles inferiores a lo establecido por las normas nacionales e internacionales para que el agua tratada sea segura para consumo humano.

Los especialistas buscan incorporar materiales como el hierro y piedra caliza para brindar a los microorganismos la energía y soporte donde estos puedan realizar el proceso de remoción de contaminantes.

De esta forma se emplean compuestos económicos, accesibles y biológicos para evitar el uso de compuestos químicos en el tratamiento de obtención de agua con calidad.

El objetivo principal es diseñar e implementar bio-tratamientos en lote (sistemas cerrados) y biorreactores empacados (sistemas continuos) con materiales sólidos (por ejemplo hierro, tamaño micrón o nanométrico) para remover elementos tóxicos del agua.

Los biorreactores (sistemas donde se llevan a cabo procesos biológicos) empacados con materiales sólidos funcionan como una barrera reactiva porosa por la cual se hace pasar el agua contaminada para que los microorganismos transformen los contaminantes a su forma menos móvil (insoluble) y de esa manera retenerlos en la matriz sólida de la barrera.

Este tipo de biobarreras pueden implementarse en los cuerpos de agua donde se localizan las plumas de contaminación. El proceso consiste en pasar el flujo de agua por la biobarrera para remover los contaminantes.

Los cultivos de microorganismos utilizados en el proyecto están adaptados a los diferentes contaminantes del estudio y a las condiciones ambientales particulares (por ejemplo, pH y temperatura) lo cual desarrolla comunidades microbianas específicas y genera un aporte particular comparado con otros estudios.

A diferencia de otros estudios, donde se usan compuestos orgánicos en solución para proveer energía a los microorganismos, los investigadores del Cimav evalúan materiales sólidos e inorgánicos que se empacan a manera de filtro en las bio-barreras. Además, se enfocan en utilizar materiales disponibles y baratos (hierro y piedra caliza).