Nanopartículas de plata. Aspectos relevantes

23 May, 2013

Maibel Hernández Arencibia, Maria A. Torres Alemán, Raisa Barrios Castellanos

Nanopartículas de plata. Aspectos relevantes

Maibel Hernández Arencibia

Introducción

La nanotecnología es una novedosa ciencia que se ocupa de la manipulación, medición, modelaje o producción de materia a escala inferior a 100 nm; a las partículas cuyas dimensiones oscilan en esta escala se les denomina nanopartículas (Np). (Donalson et al, 2004; Monteiro-Riviere and Tran, 2007)
La revolución nanotecnológica trae avances en áreas de nuestras vidas tan diversas como la ingeniería, la tecnología informática y diagnóstica (Donalson et al, 2004); estas son utilizadas también en campos de la fotónica, el magnetismo, biotecnología, la industria farmacéutica, la medicina; en particular se investiga en los sistemas de liberación controlada de drogas. (Choi et al., 2009) De los más de 800 productos nanontecnológicos que se producen, aproximadamente un 30% contienen nanopartículas de plata (AgNP). (Wijnhoven, 2009) La nanotecnología es el campo más promisorio en la generación de nuevas aplicaciones en la medicina. Los productos más prominentes son las AgNP debido a sus fuertes propiedades antibacterianas, esta se ha utilizado en el tratamiento de heridas y quemaduras o como anticonceptivo. (Chen and Schluesener 2008) La rápida proliferación de una extensa gama de nanomateriales elaborados por ingeniería nanotecnológica representa un dilema para regular lo concerniente a la identificación de riesgos que estos representan. (Oberdörster et al., 2005). Si bien existen algunos productos que contienen nanopartículas unidos a su estructura, concurre entonces una potencial exposición a las nanopartículas a lo largo de su cadena de producción, aplicación y el manejo de sus residuales, por lo que es una necesidad para la toxicología que se pueda medir el probable daño que puedan causar. (Donalson et al, 2004El conocimiento sobre la toxicidad de las nanopartículas y nanotubos es pobre pero sugiere que las nanopartículas son capaces de producir efectos adversos en su portal de entrada, por ejemplo pulmones; pero también algunas nanopartículas pueden escapar del sistema de defensa y translocarse desde su portal de entrada a otros órganos blancos y provocar efectos adversos en esto. (Donalson et al, 2004)
Existen tres elementos claves en la estrategia de investigación de toxicidad: las características físico-químicas, los ensayos in vitro y los ensayos in vivo. Según Oberdörster et al., (2005) hay una fuerte probabilidad de que la actividad biológica dependa de los parámetros físico-químicos

Desarrollo: Plata. Aspectos generales

María Antonia Torres Alemán

Entre las muchas aplicaciones, la plata se utilizó con fines médicos e higiénicos donde se explotaban sus propiedades desinfectantes. Hipócrates, el padre de la medicina, consideraba que el polvo de plata tenía efectos curativos y propiedades contra enfermedades y la enumeraba como tratamiento para las úlceras. A raíz de la Primera Guerra Mundial la plata fue la mejor arma contra las infecciones en las heridas, más adelante se introduce como antibiótico en soluciones oftálmicas y actualmente es utilizada en formulaciones como la sulfadiacina de plata en el tratamiento de quemaduras. (Lakshmi et al. 2007)Estudios medioambientales y en humanos parecen demostrar que algunas formas de plata, especialmente aquella que liberan iones plata (Ag+) son más tóxicas que otros. Aunque la toxicidad aguda de la plata en el medio ambiente es dependiente de la disponibilidad de iones plata libre. Investigaciones han mostrado que estas concentraciones de Ag+ son muy bajas para conducir a la toxicidad. (WHO 2002)

Nanopartículas de plata (AgNP). Propiedades físico-químicas

Los rasgos físico químicos más importantes que repercuten en las diferencias entre las Np y los materiales en su estado natural son el tamaño de partícula, el área superficial, las formas, la carga superficial, la superficie química, el estado de agregación, entre otras. (Donaldson, et al. 2004; Oberdörster et al. 2005; Nel, et al. 2006, Monteiro-Riviere and Tran, 2007)Las AgNP muestran gran variabilidad en la forma, tamaño y superficie química. Se conoce que la actividad biológica de las nanopartículas incrementa con la disminución del tamaño de estas. Se ha descubierto que las partículas nanométricas son biológicamente más activas (más tóxicas) que partículas de igual composición y mayor tamaño (incluso en el rango de los micrómetros) desde que estas pueden alcanzar lugares que no son accesibles para partículas de mayor tamaño. (Donaldson, et al. 2004; Oberdo¨ rster et al. 2005; Nel, et al. 2006) Estudios revelan que llas AgNP de menor tamaño muestran mayor actividad antibacteriana y mayor citotoxicidad. (Liu et al., 2010.)

Nanopartículas de plata (AgNP). Propiedades farmacológicas.

Aspectos toxicológicos

En contraste con la atención prestada a las nueva aplicaciones de las nanopartículas de plata, pocos estudios proveen una escasa idea de la interacción de las AgNP con el cuerpo humano después de su entrada por diferentes vías de exposición. La biotransformación, acumulación en órganos, degradación, posibles efectos adversos y toxicidad son lentamente reconocidas. (Chen and Schluesener 2008) Se han realizado una serie de estudios toxicológicos sobre las AgNP, que incluyen tanto estudios in vitro, como in vivo.Un estudio in vitro realizado en líneas de células hepáticas de rata BRL 3A se encontraron patrones de citotoxicidad similares a los hallados en un estudio in vitro en líneas de gérmenes. Se reportó una disminución de la función mitocondrial, fuga de LDH y morfología anormal de las células, aunque con menor extensión (Hussain et al., 2005). Asimismo se mostró la capacidad de estas para entrar en las células y causar daño celular. (Hussain et al. 2005; Ji et al. 2007) En un estudio de citotoxicidad realizado por Hsin et al., (2008) se reportó que la apoptosis inducida por las AgNP estaba asociada con la generación de especies reactivas de oxígeno y con la activación de NK; la inhibición de cualquiera de estos (EROs y NK) atenuaban la apoptosis inducida por AgNP. Foldbjerg and Olsen (2009) reportaron un incremento drástico de las especies reactivas de oxígeno (EROs) posterior a las 6 y 24 h de administrados AgNP de aproximadamente 63 nm en un estudio realizado in vitro sobre una línea de células monocíticas (THP-1), sugiriendo que el estrés oxidativo es un importante mediador de citotoxicidad de las AgNP)
Un estudio de toxicidad aguda dérmica del gel antimicrobiano de AgNP de uso tópico mostró baja toxicidad en ratas SD (Jaya et al., 2009). Sin embargo en estudios toxicológico subcrónico oral (28 días) y oral (90 días) realizado sobre ratas Spargue Dawly (SD) con nanopartículas de Ag de tamaño 60 nm se reportaron alteraciones en algunos parámetros hematológicos y bioquímicos. (Kim, et al., 2008), y (Kim, et al., 2010)Un estudio de biodistribución realizado en ratas, reveló una significativa acumulación de las AgNp en el sistema retículo endotelial (hígado, bazo). La marcada acumulación de AgNP en estos órganos después de 96 y 168 horas sugieren una lenta excreción renal. (Garza-Ocañas et al., 2010)Estudios ecotoxicológicos realizado sobre embriones de peces Zebras con nanopartículas de Ag y Au de tamaño 10, 20, 30 y 100 nm se encontró que las AgNP de plata produjeron el 100% de muertes 120h posterior a la fertilización, en cambio las AuNP solo un 3% (Bar-Ilan, et al., 2009)

Conclusiones

Las nanopartículas de plata pueden ser esféricas, tener forma de varas o también de placas triangulares truncadas, siendo estas últimas de mayor reactividad. El tamaño puede oscilar entre 1-100 nm, correspondiendo la mayor actividad biológica a aquellas AnNP de menor tamaño. Estas poseen un gran potencial para su uso en la industria farmacéutica y la medicina. Se desataca sus propiedades antibacterianas sobre diversos gérmenes y su capacidad para secuestrar metales pesados que la convierten en punto de mira para la depuración de aguas. Sin embargo no se puede perder de vista que las nuevas propiedades de la nanoescala acarrean riesgos para la salud y se ha demostrado el potencial toxicológico de estas prominentes AgNP.

Referencia bibliografía

Baker, C., Pradhan, A., Pakstis, L., Pochan, D.J., Shah, S.I.. 2005. Synthesis and antibacterial properties of silver nanoparticles. J Nanosci Nanotechnol; 5: 244–249

Bar-Ilan, O., Albrecht, R.M., Fako, V. E., and Furgeson, D. Y.. 2009. Toxicity Assessments of Multisized Gold and Silver Nanoparticles in Zebrafish Embryos. small, 5, No. 16, 1897–1910

Bootharaju, M. S. and Pradeep, T.. 2010. Uptake of Toxic Metal Ions from Water by Naked and Monolayer Protected Silver Nanoparticles: An X-ray Photoelectron Spectroscopic Investigation. J. Phys. Chem. C, 114, 8328–8336

Chen, X., Schluesener, H.J.. 2008. Nanosilver: A nanoproduct in medical application. Toxicology Letters [En línea] 176 1–12 Disponible en: www.sciencedirect.com .Consulta: 16/2/2010.

Choi, S-J., Oh J-M, Choy J-H. 2009. Toxicological effects of inorganic nanoparticles on human lung cancer A549 cells. Journal of Inorganic Biochemistry 103. pp 463–471

Donaldson, K., Stone, V., Tran, C. L., Kreyling, W., Borm, P. J. A.. 2004. Nanotoxicology. Occup. Environ. Med. 61;727-728

Elechiguerra, J.L., Morones, J.R., Camacho, A., Holt, K., Kouri, J.B., Ramírez, J.T., Yacaman, M.J.. 2005 The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology; 16: 2346–2353

Foldbjerg R and Olsen P., 2009. PVP-coated silver nanoparticles and silver ions induce reactive oxygen species, apoptosis and necrosis in THP-1 monocytes. Toxicology Letters., Jul 14

Garza-Ocañas, L., Ferrer, D.A., Burt, J., Diaz-Torres, L. A., Ramírez, M., Tamez, V., Luján, R., Romanovicze, D. and Yacaman, M. J.. 2010. Biodistribution and long-term fate of silver nanoparticles functionalized with bovine serum albumin in rats. The Royal Society of Chemistry. Metallomics. 2, 204–210.

Hsin Y.H., Chen C.F., Huang S., Shih T.S., Lai P. S., Chueh P. J.. 2008. The apoptotic effect of nanosilver is mediated by a ROS- and JNK-dependent echanism involving the mitochondrial pathway in NIH3T3 cells. Toxicology Letters 179. 130–139

Hussain, S., Schlager, J.J., Hofmann, M.C.. 2005. In vitro cytotoxicity of nanoparticles in mammalian germline stem cells. Toxicol Sci; 88: 412–419

Jaya, J., Sumit A., Jyutika, M., Rajwade, P. O., Sanjeev, K., and Kishore, M. P. 2009. Silver Nanoparticles in Therapeutics: Development of an Antimicrobial Gel Formulation for Topical Use. MOLECULAR PHARMACEUTICS VOL. 6, NO. 5, 1388–1401

Ji, J.H., Jung, J.H., Kim, S.S., Yoon, J.U., Park, J.D., Choi, B.S., Chung, Y.H., Kwon, I.H., Jeong, J., Han, B.S., Shin, J.H., Sung, J.H., Song, K.S., Yu, I.J.. 2007. Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nanoparticles in Sprague-Dawley rats. Inhal Toxicol; 19: 857–871

Juan L, Zhimin Z., Anchun M., Lei L, Jingchao Z.. 2010. Deposition of silver nanoparticles on titanium surface for antibacterial effect. International Journal of Nanomedicine :5 261–267

Kim Y S, Moon Y S, Park J D, Kyung S, Hyeon R, H Chung Y, Hee K C, Lee J H , Kyung A H , Kelman J B, Hwang EK y Il J Y .2010. Subchronic oral toxicity of AgNP

Kim, J.S., Kuk, E., Yu, K.N., Kim, J.H., Park, S.J., Lee, H.J., Kim, S.H., Park, Y.K., Park, Y.H., Hwang, C.Y., Kim, Y.K., Lee, Y.S., Jeong, D.H., Cho, M.H.. 2007. Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine; 3: 95–101

Kim, Y.,Kim, J. S., Cho, H. S.‌, Rha, D. S. Kim, J. M.‌, Park, J. D. Choi, B. S.‌, Lim, R.‌, Chang, H. K., Chung, Y. H.‌, Kwon, I. H.‌, Jeong, J.‌, Han, B. S.‌ and Yu, I. J.,.2008. Twenty-Eight-Day Oral Toxicity, Genotoxicity, and Gender-Related Tissue Distribution of Silver Nanoparticles in Sprague-Dawley Rats. Vol. 20, No. 6, Pages 575-583, DOI 10.1080/08958370701874663

Lakshmi S. N. and Cato T. L. 2007.Silver Nanoparticles: Synthesis and Therapeutic Applications. Journal of Biomedical Nanotechnology Vol.3, 1–16,

Liu. H L., Dai S. A, Fu K-Y, Hsu S-h. 2010. Antibacterial properties of silver nanoparticles in three different sizes and their nanocomposites with a new waterborne polyurethane. International Journal of Nanomedicine:5 1017–1028

Monteiro-Riviere NA, Lang Tran C. 2007. Nanotoxicology: characterization, dosing and health effects . Informa Healthcare USA, Inc..New York

Morones JR, Elechiguerra JL, Camacho A, Holt K, Kouri JB, Ramírez JT, Yacaman MJ. 2005. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology; 16: 2346–2353 [CAS]

Nel A, Xia T, Madler L, et al. 2006. Toxic potential of materials at the nanolevel. Rev Sci; 311:622–7.

Oberdörster G, Maynard A, Donaldson K, et al. 2005. Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials: elements of a screening strategy. Review. Part Fibre Toxicol; 2:1–35

Panacek A, Kvitek L, Prucek R, Kolar M, Vecerova R, Pizurova N, Sharma VK, Nevecna T, Zboril R. Silver colloid nanoparticles: Synthesis, characterization, and their antibacterial activity. J Phys Chem B 2006; 110: 16248–16253

Sun, RW, Chen, R, Chung, NP, Ho, CM, Lin, CL, Che, CM. 2005. Silver nanoparticles fabricated in Hepes buffer exhibit cytoprotective activities toward HIV-1 infected cells. Chem Commun (Camb.):5059–5061.

Wijnhoven‌¹S. W.P., Willie J.G.M. Peijnenburg‌², Carla A. Herberts‌³, Werner I. Hagens‌¹, Agnes G. Oomen‌¹, Evelyn H.W. Heugens‌⁴, Boris Roszek‌³, Julia Bisschops‌², Ilse Gosens‌⁵, Dik Van De Meent‌², Susan Dekkers‌¹, Wim H. De Jong‌⁶, Maaike van Zijverden‌⁴, Adriënne J.A.M. Sips‌¹ and Robert E. Geertsma, 2009Nano-silver – a review of available data and knowledge gaps in human and environmental risk assessment, Vol. 3, No. 2, Pages 109-138 , DOI 10.1080/17435390902725914

World Health Organization (WHO). 2002. Silver and silver compounds: Environmental aspects. (Concise international chemical assessment document; 44). 1. Silver – adverse effects 2. Water pollutants, Chemical 3. Risk assessment 4. Environmental exposure I. International Programme on Chemical Safety II. Series. ISBN 92 4 153044 8 (NLM Classification: QV 297). ISSN 1020-6167.http://www.inchem.org/documents/cicads/cicads/cicad44.htm

Wright JB, Lam K, Hansen D, Burrell RE. Efficacy of topical silver against fungal burn wound pathogens. Am J Infect Control 1999; 27: 344–350