El recubrimiento de las nanopartículas con fosfatos podría evitar la toxicidad de estas

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Tierras raras es el nombre común que reciben los elementos del grupo 15, el escandio (Sc) e Itrio (Y). Estos elementos se utilizan para hacer  imanes y diodos emisores de luz , y los óxidos se utilizan como catalizadores y pulimentos de vidrio . Pero debido a que algunos trabajadores expuestos a estos materiales sufren problemas pulmonares crónicos. Algunos desarrollan fibrosis pulmonar, la formación irreversible de tejido conectivo fibroso en los pulmones que causa tos y dificultad para respirar.

Micrographs of lanthanum oxide nanoparticles.

Micrografías de nanopartículas de La2O3

Los investigadores han empezado a preguntarse acerca de la toxicidad de las nanopartículas de óxido de tierras raras. Un nuevo estudio muestra cómo estas nanopartículas dañan las células , y luego desencadenan inflamación y daño pulmonar en ratones. En 2012 , el laboratorio de Tian Xia, un biofísico de la UCLA, estaba mirando a los efectos biológicos de las nanopartículas de 24 óxidos de metal. Los investigadores notaron que las tierras raras activaban las vías de la inflamación que se habían asociado con problemas pulmonares crónicos . Xia y Andre Nel , director del Center for Environmental Implications of Nanotechnology en la Universidad de California (Los Angeles), decidieron hacer un estudio detallado de 10 nanopartículas de óxido de tierras raras fuera, incluyendo el óxido de lantano y óxido de neodimio, para explorar el mecanismo detrás de la toxicidad pulmonar de estos materiales .

Comenzaron por analizar lo que ocurrió a las nanopartículas en cervezas ácidas que se asemejan a la parte interior de los lisosomas de la célula. Estudios anteriores habían demostrado que las nanopartículas de tierras raras eran absorbidos por lisosomas de los macrófagos en los pulmones. Para imitar esto, los investigadores agregaron nanopartículas a soluciones ácidas que contienen aminoácidos y fosfatos. Iones de las tierras raras de la superficie de las nanopartículas se disolvían y reaccionaban con los fosfatos en la solución. Los complejos tierras raras – fosfatos resultantes se depositaban sobre las partículas como espinas de erizo de mar. En las fotos podéis ver nanopartículas de óxido de Lantano (La2O3) en agua (arriba) y nanopartículas de La2O3 en una solución de fosfato ácido (abajo), es decir, los complejos óxido – fosfatos dipositados sobre las nanopartículas dándole un aspecto de erizo de mar.

En los lisosomas de los macrófagos , la fuente primaria de fosfato sería los lípidos en la membrana del lisosoma . Los investigadores pusieron las nanopartículas en una solución ácida en el interior de vesículas de lípidos que se parecían a la membrana del lisosoma . La reacción con los fosfatos de la membrana del lisosoma rompería esta y se derramaría el contenido de los lisosomas desencadenando cascadas de señalización inflamatoria, tal como se observa en las células y animales expuestos a nanopartículas de óxido de tierras raras . Estudiaron  los efectos de las nanopartículas de La2O3 en los ratones . Los macrófagos de los pulmones de los ratones mostraron evidencia de daño lisosomal , y desarrollaron fibrosis pulmonar . Los investigadores no vieron efectos en los animales que inhalaron nanopartículas de dióxido de titanio.

Nanopartículas de La2O3 en agua y en solución ácida con fosfatos(PSF) sin recubrimiento (As-received) de fosfatos y con (PO4-coated)

Para miticar los efectos tóxicos, el equipo colocó las nanopartículas de óxido de tierras raras en una solución de pH neutro que contenía fosfatos , que conducía a un recubrimiento de fosfato liso sobre las partículas . En los estudios con ratones , los macrófagos todavía ocupaban las nanopartículas recubiertas , pero los animales no mostraron signos de enfermedad pulmonar o signos de la cascada inflamatoria que le precede . En la foto de la izquierda podéis ver: Nanopartículas de La2O3 en agua y en solución ácida con fosfatos (PSF) sin recubrimiento (As-received) de fosfatos y con (PO4-coated).

Xia dice que el recubrimiento probablemente no obstaculizar la función de las partículas , pero reconoce que eso es algo que tendría que ser probado en cada aplicación.

Por lo que el recubrimiento de estos materiales con fosfato podría mitigar el riesgo para los trabajadores expuestos a las partículas , según el estudio .

Fuentes:

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