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Los nanoparticles del dióxido de titanio pueden tener efectos de bajo nivel sobre genes oxidativos de la tensión

Un nanoparticle de uso general en comida, cosméticos, la protección solar y otros productos puede tener efectos sutiles sobre la actividad de los genes que expresan las enzimas que dirigen la tensión oxidativa dentro de dos tipos de células. Mientras que los nanoparticles del dióxido de titanio (TiO2) se consideran no tóxicos porque no matan a las células en las concentraciones inferiores, estos efectos celulares podrían agregar a las preocupaciones por la exposición a largo plazo al nanomaterial.

Los investigadores en el Instituto de Tecnología de Georgia utilizaron técnicas de la investigación de la alto-producción para estudiar los efectos de los nanoparticles del dióxido de titanio sobre la expresión de 84 genes relacionados con la tensión oxidativa celular. Su trabajo encontró que seis genes, cuatro de ellos de una única familia del gen, fueron afectados por una exposición de 24 horas a los nanoparticles.

El efecto fue considerado en dos diversas clases de células expuestas a los nanoparticles: células cancerosas HeLa humanas de uso general en la investigación, y una línea de las células del riñón de la grapa. Los nanoparticles del poliestireno similares de tamaño y la carga eléctrica superficial a los nanoparticles del dióxido de titanio no produjeron un efecto similar sobre la expresión génica.

“Esto es importante porque cada dimensión estándar de salud de la célula muestra que las células no son afectadas por estos nanoparticles del dióxido de titanio,” dijo a Christine Payne, profesor adjunto en la escuela de la tecnología de Georgia de la química y de la bioquímica. “Nuestros resultados muestran que hay un cambio más sutil en la tensión oxidativa que podría ser perjudicial a las células o llevar a los cambios a largo plazo. Esto sugiere que otros nanoparticles sean revisados para los efectos de bajo nivel similares.”

La investigación fue denunciada el 6 de mayo en línea en el gorrón de la química física C. El trabajo fue soportado por los institutos de la salud nacionales (NIH) a través del centro de AVIÓN C-130 en la universidad de Emory, y por una beca de Vasser Woolley.

Los nanoparticles del dióxido de titanio ayudan a hacer blanco pulverizado de los anillos de espuma, a proteger la piel contra los rayos del sol y a reflejar la luz en superficies pintadas. En las concentraciones de uso general, se consideran no tóxicos, aunque varios otros estudios han despertado inquietud por efectos potenciales sobre la expresión génica que puede no afectar directamente la salud a corto plazo de células.

Para determinar si los nanoparticles podrían afectar a los genes implicados en el manejo de la tensión oxidativa en células, Payne y el colega Melissa Kemp - profesor adjunto en el Wallace H. Coulter Department de la ingeniería biomédica en la tecnología de Georgia y la universidad de Emory - diseñaron un estudio para evaluar ampliamente el impacto del nanoparticle en las dos variedades de células.

Trabajando con los estudiantes de tercer ciclo Sabiha Runa y Dipesh Khanal, incubaron por separado las células HeLa y las células del riñón de la grapa con el óxido titanium en los niveles 100 veces menos que la concentración mínima sabida para iniciar efectos sobre salud de la célula. Después de incubar las células por 24 horas con el TiO2, las células lysed y sus contenidos eran analizados usando la polimerización en cadena y técnicas occidentales de la mancha blanca /negra para estudiar la expresión de 84 genes asociados a la capacidad de las células de dirigir procesos oxidativos.

Sorprendieron a Payne y a Kemp encontrar cambios en la expresión de seis genes, incluyendo cuatro de la familia del peroxiredoxin de enzimas que ayuda a las células para degradar el peróxido de hidrógeno, un subproducto de los procesos celulares de la oxidación. Demasiado peróxido de hidrógeno puede crear la tensión oxidativa que puede dañar la DNA y otras moléculas.

El efecto medido era importante - los cambios del cerca de 50 por ciento en la expresión de la enzima comparada a las células que no habían sido incubadas con los nanoparticles. Las pruebas conducto en triplicado y produjeron resultados similares cada vez.

“Una cosa que era realmente asombrosamente era que esta familia entera de proteínas era afectada, aunque algunos hacia arriba-fueron regulados y algunos hacia abajo-fueron regulados,” Kemp dijo. “Éstas eran todas proteínas relacionadas, así que la pregunta es porqué responderían diferentemente a la presencia de los nanoparticles.”

Los investigadores no están seguros cómo los nanoparticles atan con las células, pero sospechan que puede implicar la corona de la proteína que rodea las partículas. La corona se compone de las proteínas de suero que sirven normalmente como comida para las células, pero adsorbe a los nanoparticles en el medio de cultivo. Las proteínas de la corona tienen un efecto protector sobre las células, pero pueden también servir como manera para que los nanoparticles aten a los receptores de la célula.

El dióxido de titanio es bien sabido para sus efectos foto-catalíticos bajo luz ultravioleta, pero los investigadores no piensan que esté en juego aquí porque su cultivar fue hecho en luz ambiente - o en la oscuridad. Los nanoparticles individuales tenían diámetros de cerca de 21 nanómetros, pero en cultivo celular formó agregados mucho más grandes.

En el trabajo futuro, Payne y Kemp esperan aprender más sobre la acción recíproca, incluyendo donde las proteínas enzima-que producen están situadas en las células. Para eso, pueden utilizar Híper-Tau, una proteína del reportero que se convirtieron para rastrear la situación del peróxido de hidrógeno dentro de las células.

La investigación sugiere que una nueva evaluación pueda ser necesaria para otros nanoparticles que podrían crear efectos sutiles aunque se han juzgado seguros.

El “trabajo anterior había sugerido que los nanoparticles pueden llevar a la tensión oxidativa, pero nadie había observado realmente a este nivel y en tan muchas diversas proteínas al mismo tiempo,” Payne dijo. “Nuestra investigación observaba tales concentraciones inferiores que plantea preguntas sobre qué más pudo ser afectado. Considerábamos específicamente la tensión oxidativa, pero puede haber otros genes que son afectados, también.”

Esas diferencias sutiles pueden importar cuando se agregan a otros factores.

La “tensión oxidativa se implica en toda clase de inflamatorio y las inmunorespuestas,” Kemp observaron. “Mientras que el dióxido de titanio solamente puede apenas modular los niveles de la expresión de esta familia de proteínas, si está suceso ése al mismo tiempo usted tiene otros tipos de tensión oxidativa por diversas razones, después usted puede tener un efecto acumulativo.”

Source:

Georgia Institute of Technology