Nanomateriales en la salud

Transcripción

1 Nanomateriales en la salud Seminario Día Mundial de la Metrología Red Nacional de Metrología, Chile - Instituto Nacional de Normalización, Instituto Nacional de Salud Pública 20 de mayo del 2021

2 Contenido Generalidades de los nanomateriales Beneficios y posibles riesgos Actividades internacionales 2

3 Qué es nanotecnología? 1 nm = m 3

4 Tipos de nanomateriales Nanotecnología Producidos de manera natural Incendio forestal Antropogénico (incidental) Motores a combustión, de jets Antropogénico (diseñado) Tamaño y forma controlados Rocío del mar Incineradores Semiconductores Ceniza volcánica Contaminación interior Orgánicos Erosión Virus Construcción y demolición Humo de cigarro, de soldaduras By Marko Petek - Own work, CC BY-SA 4.0, By Original hochgeladen von Schwarzm am 30. Aug 2004; Selbst gemacht mit C4D/Cartoonrenderer, GNU FDL - German Wikipedia, original upload 29. Dez 2004 by APPER, CC BY-SA 3.0, Inorgánicos A base de carbono Fullerenos Nanotubos Grafeno y derivados Puntos de carbono Nanodiamantes Etc. Liposomas Dendrímeros Polímeros nanocompuestos Nanopelículas Nanogeles Máquinas moleculares Etc. Puntos cuánticos Partículas magnéticas Partículas metálicas Nanoalambres Nanoconchas Nanorodillos Etc. 4

5 100 nm 100 nm 100 nm Clasificación de los nanomateriales Nanomateriales Nanoobjetos (una o más dimensiones externas en la nanoescala) Materiales nanoestructurados (estructuras internas o superficiales en la nanoescala) Nanopartículas (3 dimensiones externas en la nanoescala) Nanofibras (min. 2 dimensiones externas en la nanoescala) Nanoplacas (min. 1 dimensiones externas en la nanoescala) Compuestos Agregados, aglomerados Sistemas nanoporosos nm 100 nm Moore, Colin. (2018). Engineered nanomaterials and human health: Part 1. Preparation, functionalization and characterization (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry /pac

6 Por qué se utilizan los nanomateriales? Beneficios positivos Propiedades mejoradas Magnetismo Emisión Dureza Reactividad Magnetita (4 nm) Resistencia Conductividad térmica CdSe (8 nm) Penetración en barreras Au (10 nm) Aplicaciones Mody, Vicky V., Singh, Ajay and Wesley, Bevins. "Basics of magnetic nanoparticles for their application in the field of magnetic fluid hyperthermia" European Journal of Nanomedicine, vol. 5, no. 1, 2013, pp Smith, A.M. & Nie, Sh. (2004). Chemical analysis and cellular imaging with quantum dots. Analyst, Vol. 129, No. 8, pp Kattke, Michele & Gao, Elizabeth & Sapsford, Kim & Stephenson, Larry & Kumar, Ashok. (2011). FRET-Based Quantum Dot Immunoassay for Rapid and Sensitive Detection of Aspergillus Amstelodami. Sensors (Basel, Switzerland) Haruta, M. Catalysis Today 1997, 36,

7 Propiedades fisicoquímicas de los nanomateriales Adaptada de la ref.: Hassellöv, M. and Kaegi, R. (2009). Analysis and Characterization of Manufactured Nanoparticles in Aquatic Environments. In Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology 7

8 Aplicaciones de las nanotecnologías Energía Electrónica Alimentos Ambiente Ejemplos de dispositivos médicos integrando nanomateriales Laboral Automotriz Salud Textil Cosméticos Injerto de hueso sintético Animal Implantes médicos Cuidado de heridas Agentes de contraste Rellenos y compuestos dentales Catéteres AIMD IVD 8

9 Nanotecnología en medicina Diagnóstico In vitro, in vivo Imágenes médicas In vivo Terapéutica Sistemas y dispositivos Vacunas Medicina regenerativa Biomateriales Key J, Leary JF. Nanoparticles for multimodal in vivo imaging in nanomedicine. Int J Nanomedicine. 2014;9(1): S_nanocrystal_as_described_in_doi_ SLASHanie png Clogston, J.D., Hackley, V.A., Prina-Mello, A. et al. Sizing up the Next Generation of Nanomedicines. Pharm Res 37, 6 (2020). 9

10 Vacunas ejemplo SARS-Cov-2 Crédito de la foto: Alissa Eckert, MSMI; Dan Higgins, MAMS. Candidatos de vacunas con base a nanopartículas para SARS-CoV-2 Desarrollador Tipo de vacuna Plataforma Estado Moderna/NIAID LNP encapsulated mrna ARN Fase 3 Crédito de imagen: C. Zhang, G. Maruggi, H. Shan, J. Li, Front. Immunol. 2019, 10, 594. BioNJTech/Fosum Pharma/Pfizer Imperial College London Novavax LNP encapsulated mrna ARN Fase 1/2 LNP-nCoVsaRNA ARN Fase 1 Full length recombinant SARS-CoV-2 glycoprotein nanoparticle Subunidad proteica Fase 1/2 Adaptada de: Ruiz-Hitzky, E., Darder, M., Wicklein, B., Ruiz-Garcia, C., Martín-Sampedro, R., del, G., Aranda, P., Nanotechnology Responses to COVID-19. Adv. Healthcare Mater. 2020, 9,

11 Dispositivos de protección respiratoria E = 1 exp 4αE f t πd f = 1 N s N e E f E R + E I + E D + E G + E DR A. Tcharkhtchi, N. Abbasnezhad, M. Zarbini Seydani, N. Zirak, S. Farzaneh, M. Shirinbayan. An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration, Bioactive Materials, Volume 6, Issue 1, 2021, Pages

12 Métodos de prueba actuales para medir la eficiencia de filtración Imagen: 12

13 Existe un riesgo en su uso? Riesgos potenciales Incertidumbre sobre el riesgo Ambiental Biológico Toxicológico Límite de exposición Modo de acción Las propiedades cambian con el tamaño Pueden algunos tamaños y composiciones tener efectos adversos para la salud? Implicaciones para el sistema regulatorio del gobierno Mismo químico, diferentes formas Mismo químico, diferentes tamaños Pueden los nanomateriales atravesar barreras biológicas? Cuáles son nuestras responsabilidades y precauciones? En el laboratorio? En la fábrica o en el ambiente? En los productos de consumo? 13

14 Precaución como una primera respuesta Rutas de exposición Inhalación: Las partículas inhaladas inducen inflamación en el tracto respiratorio causando daño en los tejidos. Exposición dérmica: Las partículas pueden entrar la organismo por medio de la piel. En la actualidad, aún no se conocen los peligros potenciales. Ingestión: Las nanopartículas pueden causar daño hepático. Se ha encontrado que las nanopartículas ingeridas se acumulan en el hígado. Las respuestas inmunoinflamatorias excesivas causan daño hepático permanente. Sanches Priscila Laviola, Geaquinto Luths Raquel de Oliveira, Cruz Rebecca, Schuck Desirée Cigaran, Lorencini Márcio, Granjeiro José Mauro, Ribeiro Ana Rosa Lopes, Toxicity Evaluation of TiO2 Nanoparticles on the 3D Skin Model: A Systematic Review, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 2020, pp

15 Propiedades que podrían afectar la toxicidad de los nanomateriales Grupos funcionales unidos Tamaño Forma Impurezas Composición Nanomaterial Estructura cristalina Solubilidad Características de la superficie Aglomeración Carga 15

16 Algunos estudios Results from recent animal studies indicate that carbon nanotubes (CNT) and carbon nanofibers (CNF) may pose a respiratory hazard. CNTs and CNFs are tiny, cylindrical, large aspect ratio, manufactured forms of carbon. There is no single type of carbon nanotube or nanofiber; one type can differ from another in shape, size, chemical composition (from residual metal catalysts or functionalization of the CNT and CNF) and other physical and chemical characteristics. Such variations in composition and size have added to the complexity of understanding their hazard potential. Occupational exposure to CNTs and CNFs can occur not only in the process of manufacturing them, but also at the point of incorporating these materials into other products and applications. A number of research studies with rodents have shown adverse lung effects at relatively low-mass doses of CNT and CNF, including pulmonary inflammation and rapidly developing, persistent fibrosis. Although it is not known whether similar adverse health effects occur in humans after exposure to CNT and CNF, the results from animal research studies indicate the need to minimize worker exposure. Therefore, on the basis of the study by Heinrich et al. [1995] and the pattern of pulmonary inflammatory responses, NIOSH has determined that exposure to ultrafine TiO 2 should be considered a potential occupational carcinogen. NIOSH Current Intelligence Bulletins (CIBs) Describe los peligros Límites de exposición NIOSH Recommended Exposure Limit: 300 μg/m3 para nano TiO2 1 μg/m3 para CNT y CNF Como y donde medir Límites de los controles 16

17 Infraestructura de la calidad - Nanotecnologías Metrología The system comprising the organizations (public and private) together with the policies, relevant legal and regulatory framework, and practices needed to support and enhance the quality, safety and environmental soundness of goods, services and processes. Evaluación de la conformidad IQ Normalización Acreditación Mejora y asegura la calidad de los productos y servicios Facilita el comercio Posibilita la innovación 17

18 Actividades internacionales - Nanotecnologías Muchos países están participando en el desarrollo internacional de políticas, normas/guías y metrología para las nanotecnologías por medio de canales establecidos y organizaciones. Metrología Testing Programme of Manufactured Nanomaterials NANOMATERIALES (11) fullerenos (C60) SWCNT MWCNT nanopartículas de plata nanopartículas de oro dióxido de titanio óxido de cerio óxido de zinc dióxido de silicio dendrímeros nanoarcillas METAS Información / identificación Propiedades físicoquímicas Destino ambiental Toxicología ambiental Toxicología de mamíferos Seguridad de los materiales JWG1 Terminología y nomenclatura ISO/TC 229 Nanotechnologies JWG2 Medición PARTICIPAN y caracterización 37 países miembros TG 2 Sostenibilidad, consumo y dimensiones sociales WG3 Salud, seguridad y ambiente 18 países observadores 30 comités de enlace de ISO WG4 Especificaciones de materiales 9 organizaciones de enlace externas a ISO WG5 Productos y aplicaciones Incluidos México, Brasil, Colombia de Latinoamérica Participación de Institutos Nacionales de Metrología: NIST, NRC, CENAM, PTB, NPL, LNE, CEM, NMIJ, KRISS, NMISA 87 normas, 33 en desarrollo Incluida Argentina Incluidas: OECD, VAMAS, IUPAC 18

19 Metrología para nanomateriales Trazabilidad del resultado de la medición Patrones de medida y materiales de referencia Calibración de instrumentos Métodos validados Modelos adecuados para la estimación de la incertidumbre de medida Comparaciones internacionales NIST 5 MRC, 6 RM TiO 2, PS, SWCNT, MWCNT, np Au, np Ag, np Si NRC BNNT, CNC JRC TiO 2 nanorods, np Si CENAM np Ag (próximo a disponibilidad), np Si (en desarrollo) BAM Procedure for Raman spectrometer calibration CCQM-P194 Determination of number concentration of colloidal nanoparticles 19

20 Otras actividades internacionales Versailles Project on Advanced Materials and Standards (VAMAS) Apoya el comercio mundial de productos que dependen de tecnologías de materiales avanzados, por medio de proyectos de colaboración internacional destinados a proporcionar la base técnica para mediciones, pruebas, especificaciones y estándares armonizados. 15 países miembros México y Brasil de Latinoamérica 9 organizaciones de enlace ISO, ISO/TC 29, ISO/TC 202, APMP SI : meter Calibrated He-Ne laser Certified Reference Material Transfer Standard 16 Technical Working Areas (TWA) 6 TWA relacionadas con nanomateriales Traceable lamp Spectrometer Raman spectrum Present and Future of Surface-Enhanced Raman Scattering Judith Langer, Dorleta Jimenez de Aberasturi, Javier Aizpurua, Ramon A. Alvarez-Puebla, Baptiste Auguié, Jeremy J. Baumberg, Guillermo C. Bazan, Steven E. J. Bell, Anja Boisen, Alexandre G. Brolo, Jaebum Choo, Dana Cialla-May, Volker Deckert, Laura Fabris, Karen Faulds, F. Javier García de Abajo, Royston Goodacre, Duncan Graham, Amanda J. Haes, Christy L. Haynes, Christian Huck, Tamitake Itoh, Mikael Käll, Janina Kneipp, Nicholas A. Kotov, Hua Kuang, Eric C. Le Ru, Hiang Kwee Lee, Jian-Feng Li, Xing Yi Ling, Stefan A. Maier, Thomas Mayerhöfer, Martin Moskovits, Kei Murakoshi, Jwa-Min Nam, Shuming Nie, Yukihiro Ozaki, Isabel Pastoriza-Santos, Jorge Perez-Juste, Juergen Popp, Annemarie Pucci, Stephanie Reich, Bin Ren, George C. Schatz, Timur Shegai, Sebastian Schlücker, Li-Lin Tay, K. George Thomas, Zhong-Qun Tian, Richard P. Van Duyne, Tuan Vo-Dinh, Yue Wang, Katherine A. Willets, Chuanlai Xu, Hongxing Xu, Yikai Xu, Yuko S. Yamamoto, Bing Zhao, and Luis M. Liz-Marzán ACS Nano (1),

21 Reflexiones El aprovechamiento de las propiedades particulares de los nanomateriales siguen presentando una alternativa para dar solución a los problemas de salud. El universo de los nanomateriales es amplio y complejo Es necesario el desarrollo de la nanotecnología de manera responsable con una plena apreciación de su impacto en la salud. Existen aún muchos retos por resolver tanto para los beneficios como para la evaluación del riesgo a la salud. La IQ es fundamental para el desarrollo y aprovechamiento responsable de los nanomateriales, especialmente el que estén soportados por mediciones comparables y trazables. Hay diversas iniciativas internacionales pero hay brechas entre los países especialmente de Latinoamérica. Es necesario buscar mecanismos de colaboración. 21

22 Muchas gracias por su atención Norma González Centro Nacional de Metrología MÉXICO Phone: +52(442)