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Proyecto NAMs4NANO: Detalles técnicos y avances

El proyecto NAMs4NANO, financiado por la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), se centra en el desarrollo y validación de Nuevas Metodologías de Evaluación (NAMs) para evaluar los riesgos toxicológicos y ecotoxicológicos de nanomateriales en la cadena alimentaria y de piensos (alimentos para animales). Los nanomateriales, definidos como materiales con al menos una dimensión entre 1 y 100 nm, presentan desafíos específicos debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, como alta área superficial, reactividad química, y comportamiento dependiente del tamaño, forma y recubrimiento superficial. NAMs4NANO busca implementar métodos alternativos no basados en animales, alineados con el principio 3R (Reemplazo, Reducción, Refinamiento), utilizando enfoques in vitro, in silico, in chemico y ex vivo.

Objetivos técnicos específicos

  1. Desarrollo de NAMs:
    • Caracterización fisicoquímica: Métodos para determinar propiedades como tamaño, forma, carga superficial (potencial zeta), estado de agregación/aglomeración, solubilidad y estabilidad en biofluidos (p. ej., jugos gástricos simulados). Técnicas incluyen dispersión dinámica de luz (DLS), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopia Raman mejorada por superficie (SERS).
    • Absorción y biodisponibilidad: Modelos in vitro de barreras biológicas (p. ej., monocapas celulares de Caco-2 para absorción intestinal) para evaluar el transporte de nanomateriales a través de la mucosa gastrointestinal.
    • Toxicidad: Ensayos para genotoxicidad (p. ej., ensayo de micronúcleos in vitro, test de Ames modificado), citotoxicidad (ensayos MTT o AlamarBlue), estrés oxidativo (medición de especies reactivas de oxígeno, ROS), y potencial inflamatorio (liberación de citoquinas como IL-6 o TNF-α).
    • Interacciones con biomoléculas: Métodos in chemico para estudiar la formación del corona de proteínas en nanomateriales, que afecta su comportamiento biológico.
    • Modelos in silico: Desarrollo de modelos de relación cuantitativa estructura-actividad (QSAR) y simulaciones de dinámica molecular para predecir toxicidad basándose en propiedades fisicoquímicas.
  2. Sistema de cualificación:
    • Propuesta de un marco para validar NAMs según criterios de fiabilidad (reproducibilidad intra- e interlaboratorio) y relevancia (concordancia con efectos biológicos relevantes para humanos). Esto incluye:
      • Procedimientos Operativos Estándar (SOPs): Protocolos detallados para ensayos específicos, como los métodos OECD TG 431 (corrosión cutánea in vitro) adaptados para nanomateriales.
      • Puntos de referencia: Uso de nanomateriales de referencia (p. ej., dióxido de titanio o sílice) para estandarizar resultados.
      • Validación regulatoria: Alineación con los requisitos de la EFSA y la OCDE para aceptación en evaluaciones de seguridad.
  3. Actualización de guías:
    • Revisión de la guía de la EFSA de 2021 sobre evaluación de riesgos de nanomateriales, integrando NAMs para abordar lagunas en la evaluación de exposición oral, persistencia en tejidos y efectos a largo plazo.
  4. Estudios de caso:
    • Análisis de nanomateriales específicos (p. ej., nanoóxidos metálicos, nanoplásticos) para evaluar su comportamiento en matrices alimentarias (p. ej., alimentos procesados, envases).
    • Estudios transversales para correlacionar datos in vitro/in silico con datos in vivo históricos, asegurando la predictividad de los NAMs.

Avances técnicos recientes

  • Informes de septiembre de 2024:
    1. Revisión de NAMs (publicado en EFSA, EN-8826):
      • Compilación de métodos in vitro para evaluar disolución en biofluidos (p. ej., usando espectroscopia de absorción atómica para medir iones liberados).
      • Evaluación de genotoxicidad mediante ensayos combinados (micronúcleos + cometa in vitro) para detectar daño en el ADN inducido por nanomateriales.
      • Identificación de modelos celulares avanzados, como co-cultivos 3D de células intestinales y hepáticas, para simular metabolismo y toxicocinética.
      • Revisión de herramientas in silico, incluyendo modelos QSAR para predecir toxicidad basada en tamaño y carga superficial.
    2. Sistema de cualificación provisional (publicado en EFSA, EN-9008):
      • Propuesta de un marco basado en el enfoque de la OCDE para Integrated Approaches to Testing and Assessment (IATA), adaptado para nanomateriales.
      • Criterios de validación incluyen límites de detección (LOD) y cuantificación (LOQ) para ensayos analíticos, y métricas de reproducibilidad (coeficiente de variación <20%).
      • Recomendaciones para estandarizar la preparación de dispersiones de nanomateriales (p. ej., sonicación controlada para evitar aglomeración).
      • contacto (MESE@efsa.europa.eu).
  • Metodologías destacadas:
    • Ensayos in vitro: Uso de líneas celulares humanas (p. ej., HepG2, THP-1) para evaluar inflamación y estrés oxidativo, con validación frente a datos de toxicidad in vivo.
    • Modelos in silico: Desarrollo de algoritmos de machine learning para predecir la toxicidad de nanomateriales basándose en bases de datos como NanoTox o eNanoMapper.
    • Técnicas analíticas avanzadas: Aplicación de espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) para rastrear nanomateriales en matrices biológicas.
  • Colaboraciones internacionales:
    • Integración con proyectos de la OCDE (p. ej., guías de prueba para nanomateriales, OECD TG series) y programas de la UE como Horizon Europe.
    • Cooperación con la ECHA y la EMA para armonizar métodos de caracterización y evaluación de riesgos, especialmente para nanomateriales en alimentos y productos farmacéuticos.

Estructura organizativa

  • Lots 1 y 2 (coordinados por BfR, con ISS):
    • Revisión sistemática de NAMs existentes y desarrollo de SOPs para ensayos específicos.
    • Validación de métodos mediante estudios interlaboratorio (ring trials) para garantizar reproducibilidad.
  • Lot 3 (coordinado por ISS):
    • Estudios de caso con nanomateriales modelo (p. ej., dióxido de titanio, sílice amorfa) para evaluar su comportamiento en matrices alimentarias complejas.
    • Desarrollo de IATA para combinar datos de múltiples NAMs (p. ej., in vitro + in silico) en una evaluación integral.

Relevancia técnica

  • Los NAMs abordan la heterogeneidad de los nanomateriales, que dificulta el uso de métodos tradicionales. Por ejemplo, la disolución de nanomateriales en entornos biológicos (p. ej., pH ácido del estómago) puede alterar su toxicidad, lo que requiere ensayos específicos.
  • Los modelos in silico permiten predecir efectos a largo plazo (p. ej., bioacumulación) sin necesidad de pruebas extensas, reduciendo costes y tiempo.
  • La estandarización de NAMs facilita su aceptación regulatoria, crucial para evaluar nanomateriales en productos como aditivos alimentarios (E171), envases inteligentes o recubrimientos antimicrobianos.

Próximos pasos (2025-2029)

  • Validación de NAMs: Estudios adicionales para correlacionar resultados de NAMs con datos in vivo, especialmente para efectos crónicos.
  • Integración regulatoria: Finalización de la guía actualizada de la EFSA, incorporando NAMs validados para evaluar exposición oral, distribución tisular y efectos ecotoxicológicos.
  • Ampliación de estudios de caso: Evaluación de nanomateriales emergentes, como nanoplásticos y nanomateriales orgánicos, en matrices alimentarias complejas.
  • Desarrollo de bases de datos: Creación de repositorios de datos abiertos (similar a eNanoMapper) para compartir resultados de NAMs y modelos predictivos.

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Nano

Nanoporos autoensamblados detectan en tiempo real las proteínas del Parkinson y la ELA

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Un equipo con participación de la Universidad Constructor (Alemania) publicó en Nature Nanotechnology el desarrollo de nanoporos flexibles y autoensamblados capaces de detectar trazas de proteínas asociadas a enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), con resolución de una sola molécula y seguimiento en tiempo real del proceso de agregación tóxica de esas proteínas. El dispositivo consiste en un péptido diseñado que se autoensambla en nanoporos octaméricos con estructura alfa-helicoidal, con diámetros y niveles de conductancia ajustables según la aplicación.

La capacidad de programar el diámetro del poro es lo que permite a los investigadores calibrar el dispositivo para detectar biomarcadores específicos de distinto tamaño molecular, algo que los nanoporos de estructura fija utilizados hasta ahora en secuenciación de ADN no logran con la misma flexibilidad. Al operar a resolución de molécula individual, el sistema puede en teoría identificar señales de enfermedad mucho antes de que los síntomas clínicos se manifiesten, un objetivo central de la medicina de precisión aplicada a enfermedades neurodegenerativas donde el diagnóstico temprano determina en gran medida el pronóstico del paciente.

El desarrollo se inscribe en una ola más amplia de avances en nanoporos publicados durante agosto, que incluyó también nanosensores de platino aplicados a electroencefalografía y plataformas de electrónica de piel de espesor nanométrico. La convergencia de estas tecnologías refleja un giro de la nanotecnología médica hacia dispositivos que no solo entregan fármacos, sino que también sensan y diagnostican con una sensibilidad que hasta hace pocos años solo era posible en laboratorios altamente especializados.

Para pacientes con antecedentes familiares de Parkinson o ELA, o para quienes ya muestran síntomas leves e inespecíficos, contar con una prueba capaz de detectar proteínas tóxicas en etapas muy tempranas podría cambiar por completo la ventana de intervención terapéutica disponible, incluso antes de que existan tratamientos capaces de revertir el daño neurológico ya instalado. El desafío que sigue pendiente es trasladar esta sensibilidad de laboratorio a un formato de diagnóstico clínico validado, reproducible y accesible fuera de los centros de investigación donde se desarrolló.

Fuentes: Nature Nanotechnology (Nature Portfolio): https://www.nature.com/subjects/nanobiotechnology Nanowerk: https://nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=70129.php

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Nano

Una nanojeringa de origami de ADN perfora y sella membranas celulares a voluntad

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Un equipo de investigadores publicó en Nature Nanotechnology el desarrollo de una nanojeringa construida con la técnica de origami de ADN, capaz de perforar de forma reversible membranas lipídicas y entregar carga molecular dentro de compartimentos sintéticos que imitan células. El dispositivo se mueve en pasos de aproximadamente 14 nanómetros mediante actuación mecánica impulsada por hebras de ADN que funcionan como combustible molecular, inspirado en los sistemas de inyección por contracción que usan ciertas bacterias para atacar a otras células.

La estructura combina dos haces de origami de ADN de unos 70 nanómetros, unidos por una nanopartícula de oro de unos 10 nanómetros: uno de los haces forma una base de anclaje a la membrana modificada con colesterol, mientras que el otro actúa como aguja deslizante impulsada por el combustible de ADN. Cuatro filas de «puntos de apoyo» (footholds) de ADN, orientados en sentidos opuestos y espaciados cada 7 nanómetros, permiten que la nanopartícula de oro se desplace de forma controlada: hebras bloqueadoras liberan puntos ocupados y hebras removedoras reactivan puntos previamente desactivados, logrando una eficiencia de ensamblaje cercana al 91%. En sus pruebas, el equipo demostró que el dispositivo puede desencadenar reacciones de hibridación en cadena localizadas en la membrana, transcripción de ARN y escisión catalítica de ARN dentro de vesículas del tamaño de una célula.

El avance se enmarca en un campo, la nanobiotecnología basada en ADN, que evolucionó en poco más de una década desde ser una curiosidad estructural hasta convertirse en una de las plataformas de ingeniería más precisas de la biotecnología moderna. A diferencia de otros sistemas de entrega molecular que dependen de nanopartículas pasivas, esta nanojeringa transforma el andamiaje de ADN en una máquina mecánicamente activa capaz de interactuar de forma dinámica con membranas biológicas, abriendo una vía distinta a la de los sistemas lipídicos que hoy dominan la entrega de fármacos de ARN mensajero.

La relevancia para la medicina del futuro está en la posibilidad de programar con precisión nanométrica cuándo, dónde y con qué intensidad se libera una molécula terapéutica dentro de un tejido, algo que los métodos actuales de entrega de fármacos logran solo de manera aproximada. Antes de que esta tecnología llegue a aplicaciones clínicas todavía restan años de trabajo para escalar su producción y validar su seguridad en organismos completos, pero el hecho de que el dispositivo funcione de forma reversible —perforando y luego resellando la membrana sin dañarla— sugiere una hoja de ruta razonable hacia terapias de entrega dirigida mucho más controladas que las actuales.

Fuentes: Nature Nanotechnology: https://www.nature.com/articles/s41565-026-02249-3 AzoNano: https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=41796

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Nano

Una plataforma nanoscópica tragable logra atravesar el estómago para entregar enzimas terapéuticas

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Investigadores de la Facultad de Medicina Yong Loo Lin de la Universidad Nacional de Singapur (NUS Medicine) desarrollaron una plataforma de administración a escala nanométrica, diseñada para ser tragada y transportar enzimas terapéuticas a través del ambiente ácido del estómago sin que estas pierdan su actividad biológica antes de llegar a su destino en el organismo.

El desafío técnico que resuelve este desarrollo es central para toda la industria de biológicos orales: las enzimas y otras proteínas terapéuticas suelen degradarse rápidamente en el ambiente ácido del estómago, lo que obliga hoy a administrar la enorme mayoría de estos tratamientos mediante inyecciones. Una plataforma nanoscópica capaz de proteger la carga terapéutica durante el tránsito digestivo y liberarla de forma controlada en el punto correcto del tracto gastrointestinal podría abrir la puerta a versiones orales de tratamientos que actualmente requieren inyección.

Para la industria farmacéutica, el impacto potencial es significativo: sustituir una inyección por una cápsula tragable reduce drásticamente la carga de tratamiento para pacientes con enfermedades crónicas que requieren dosis regulares de enzimas, mejora la adherencia terapéutica y simplifica la logística de distribución en sistemas de salud con recursos limitados, donde mantener la cadena de frío para biológicos inyectables resulta costoso y complejo.

De cara al paciente, la promesa de fondo es la de una medicina menos invasiva para condiciones que hoy exigen inyecciones frecuentes, desde deficiencias enzimáticas hereditarias hasta ciertos tratamientos oncológicos y metabólicos. El desarrollo se suma a una ola más amplia de nanomedicina orientada a resolver el problema de la administración de fármacos biológicos, un campo en el que distintos laboratorios vienen compitiendo por lograr que tratamientos hoy inyectables se puedan tomar por boca sin perder eficacia clínica.

Fuentes al pie:
Nanowerk: https://www.nanowerk.com/
Nanotechnology News: https://phys.org/nanotech-news/

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