Este documento discute los nuevos retos que plantea la nanotoxicología. Explica que debido al tamaño nanométrico de las partículas, éstas pueden interactuar con estructuras subcelulares y sus efectos tóxicos no se han estudiado completamente. También describe los factores que influyen en el perfil toxicológico de los nanomateriales y los métodos para evaluar su toxicidad, señalando que los protocolos actuales no están completamente validados para las nanopartículas. Finalmente, presenta algunos proyectos

1. NANOTECNOLOGÍA, UN NUEVO RETO
PARA LA TOXICOLOGÍA
Blanca Suarez
GAIKER IK4
GAIKER-IK4
(suarez@gaiker.es)
© 2011 GAIKER-IK4. Prohibida la utilización inadecuada o modificación de estos datos ,así como la reproducción total o parcial sin citar la fuente
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2. El Centro tecnológico
Nacimos para innovar y NUESTRA VISIÓN es ser referente, con proyección
internacional, y proveedores de conocimiento tecnológico.
N l
Nuestras claves
Un proyecto con el compromiso de todas las personas
Una apuesta decidida por la innovación tecnológica
Una integración de tecnologías internas y externas
Una estrategia centrada en nuestros grupos de interés
Una gestión basada en la mejora continua
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3. El Centro tecnológico
Impacto Empresarial Excelencia Científico Tecnológica
Ingresos totales 11,11 M€ Publicaciones-Comunicaciones
Facturación Empresas 49% • Artículos ISI 7
Patentes (2009) • Libros publicados 1
• Concedidas 1 • Comunicaciones congresos 22
• Solicitadas 2
• Jornadas organizadas 4
Tesis doctorales
Nº Empresas 243
Personas transf. empresas 4 • En curso 7
Proyectos I+D+i Bajo Contrato
I+D bajo contrato 4,38 M€ Proyectos VII Programa Marco
Servicios de innovación 0,54 M€ Retorno económico GAIKER 4,69 M€
Ensayos /Certificación y Explotación de resultados Número en los que participa 15
E+C para empresas 0,19 M€ Proyectos liderados 1
Explotación de resultados
p 0,53 M€
,
*Datos previos a la auditoria
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4. El Centro tecnológico
8 Centros tecnológicos Concentración de conocimiento
1 Proyecto común 1.350 personas
> excelencia científica y tecnológica 94 M€ I+D (2010)
para nuestros clientes
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5. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Áreas de Conocimiento
BIOTECNOLOGÍA
MEDIO AMBIENTE
Y RECICLADO
PLÁSTICOS Y COMPOSITES
Nov-09
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6. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Logros y Reconocimientos
“GESTIÓN DE LA
GESTIÓN
CALIDAD”
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7. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
NANOTECNOLOGIA, UN NUEVO RETO PARA LA
TOXICOLOGIA
•Antecedentes
•Nanotoxicología, estado actual
Nanotoxicología,
•Actividad de Gaiker en nanotoxicología
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8. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Nanoformulaciones
Definición – No existe consenso sobre el tamaño mínimo a máximo de una
nanopartícula, aunque la mayoría de autores restringen su tamaño a 1-100 nm.
Tamaño Número Area de superficie
1 cm 1 6 cm2
1 mm 1000 60 cm2
1 um 10^12 6000 cm2
1 nm 10 21
10^21 60.000.000
60 000 000 cm2
Mayor área de superficie > reactividad > contacto con células y tejidos
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9. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Nanoformulaciones
Nanopartículas. Clasificación.
3 categorías:
-NP de origen natural: Algunas de origen biológico (virus, bacterias), origen mineral o
medioambiental (polvo de arena del desierto, nieblas y humos de actividad volcánica o
fuegos
f e os forestales)
-NP generadas por actividad humana:
A) De forma involuntaria: Procesos industriales (pirolisis a la llama del negro de carbono),
procesos de combustión (diesel carbón….), procesos domésticos (barbacoas, humos de
(diesel, carbón ) (barbacoas
aceite..)
B) Deliberadamente: Nanotecnologías. 2 tipos:
-”Top-down”: Se llega a nanomateriales sometiendo materiales a diversos procesos.
”T d ” S ll i l i d i l di
- “Bottom-up”: Se construyen NP a partir de átomos o moléculas.
(derivadas de la arcilla para aumentar resistencia del plástico, Fabricación de resinas para
acabados del exterior de vehículos….) )
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10. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Antecedentes
¿Por qué preocuparse?
•Entidades nuevas desde un punto de visto toxicológico
Entidades
•Utilización de masa como medida puede no ser adecuado
•¿Son adecuados los procedimientos habituales?
•Diversidad de nanomateriales (inorgánico orgánico)
(inorgánico,
•Solubilidad, aglomeración
•Calidad del preparado, pureza
•Detección y caracterización del nanomaterial
etecc ó ca acte ac ó de a o ate a
Agua Glucosa Anticuerpo Virus Bacteria célula cancerígena punto pelota de tenis
Las nanopartículas tienen
tamaños comparables a
estructuras subcelulares y en
teoría pueden interaccionar con
éstas
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11. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Nanopartículas y cosmética
250
200
Lábiles:
•Liposomas
150 •Nanoemulsiones
2006
100
2009
Inorgánicos
50
•TiO2
0
•ZnO
Cosmetics Clothing Personal care Sporting Sun screens •Fulerenos (Australia)
goods
Fuente: Nanotechnology consumer product inventory
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12. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Perfiles toxicologicos
Factores involucrados en el perfil toxicológico de nanomateriales
Físicos: Químicos: Biológicos:
Tamaño Composición Ruta de entrada
Forma Órganos involucrados
Carga
Area/superficie
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13. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Cinética de nanopartículas
Cinética de nanopartículas. No se ha tenido en cuenta la posibilidad de organismos/órganos dañados
/enfermos. Oberdorster et al 2005.
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14. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Estudios de toxicidad
Registro Europeo de Productos Químicos (REACH)
En Europa existe el Registro Europeo de Productos Químicos (REACH) El REACH (registro
(REACH). (registro,
evaluación, autorización y restricción) es un sistema integrado único europeo y nace con el fin de:
a. Proteger la salud humana y del medio ambiente
b. Mantenimiento y promoción de la competitividad
de la industria europea
a.
a Transparencia
b. Integración con esfuerzos similares
c. Disminución de las pruebas con animales
Los estudios toxicológicos que exige REACH no están adaptados para estudios a nanopartículas.
Desde Europa se está reformando la normativa para que se permita evaluar la seguridad de los
productos nano.
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15. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Estudios de toxicidad
Cantidades
Información toxicológica
Toneladas/año
Toxicidad aguda oral
Irritación (o corrosión)
≥1-10
Sensibilización cutánea
Mutación en bacterias
Toxicidad aguda cutánea o inhalación
Irritación cutánea o ocular
Genotoxicidad in vitro en células de mamífero
≥10 – 100
Toxicidad por administración repetida
Toxicidad
T i id d para la reproducción
l d ió
Evaluación de la toxicocinética (sin ensayos)
Ensayos de mutagenicidad complementarios
≥100 – 1000 Toxicidad subcrónica
Toxicidad para la reproducción
Estudios de genotoxicidad complementarios
Estudios de toxicidad a largo plazo
≥1000
Toxicidad
T i id d reproductiva
d ti
Estudios de carcinogenicidad
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16. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Métodos in vitro validados
•Kit de irritación Episkin
•Corrosividad en piel Episkin, Epiderm y TER
p p , p
•Phototoxicidad 3T3 NRPT
•Absorción en piel (humano/cerdo) con Franz cells
•Genotoxicidad (AMES, micronucleous test, mamífero)
•Embriotoxicidad (células madre embrionarias, ensayo micromasa y
embrión total)
Ninguno ha sido validado para nanoformulaciones
Proyectos del FP6 y FP7 están enfocados en el desarrollo de nuevas estrategias in vitro:
Nanoderm, Nanother, Skintreat…
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17. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Metodología-toxicidad
Genotoxicidad
Rutas de t d
R t d entrada
Uptake celular
Citotoxicidad
Inflamación
Stress celular
Se ha observado una correlación entre area de superficie, capacidad de generación de ROS
y efectos proinflamatorios
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18. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Rutas de exposición-Piel
PIEL
•Evidencia de que existe penetración (principalmente stratum spinosum y
quizás dermis para partículas muy pequeñas (<10 nm)
á í
•No hay evidencia de que partículas > 20 nm penetren la piel
•Es posible que distintas áreas de la piel tengan absorción diferente (flexing)
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19. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Rutas de exposición-Piel
OECD guideline 427- in vivo. No se podrá utilizar en el futuro
OECD guideline 428- separación in vitro de piel humana/cerdo a
través de Franz cells
Formulación •Metodología de
cuantificación
Piel •Integridad de la piel
Integridad
(TER)
Tampón fisiológico
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20. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Rutas de exposición-Piel
•A pesar de que estos productos se •Se desconoce el
deben utilizar en piel sana un 2% de la
sana, comportamiento de estas
población europea padece eczema y formulaciones en piel
una gran proporción es atópica envejecida
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21. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Rutas de exposición-inhalación
•Macrófagos alveolares
•Neumocitos
•Utilización de células primarias derivadas de bronquios y alveolos en
monocapa
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22. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA
Rutas de exposición-inhalación
Soluble NP Metabolismo
Sangre Acumulación en otros órganos
Expulsadas por las células ciliadas
y tragadas
g
NP poco soluble o
•Acumulación en la región
insoluble
alveolar
l l
•Fagocitadas por macrófagos
•Pueden interaccionar con otros
tipos de células y alterar el sistema
p
inmunológico, sistema nerviosos
central…
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23. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Otras Rutas
•Ruta Oral-Intestinal
•Barrera Ocular
•Poca información
•Modelo intestinal Caco-2
•Posibilidad d ll
P ibilid d de llegar all cerebro
b
a través del nervio óptico
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24. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Proyectos Nanotoxicidad
GAIKER
Proyecto NANOTHER
PROYECTO EUROPEO
Integración d una nueva tecnología b d en nanopartículas para ell di
I ió de l í basada í l diagnóstico y terapia d
ó i i de
diferentes tipos de cáncer.
Biodegradable Biodegradable Core
Functionalized Liposome
Liposome
http://www.nanother.eu Nanoparticle
Bioconjugates
oco jug es
Phospholipid Bilayer
Biopolymer-Drug
conjugates 70’s
Nano-carriers development
Peptides-Drug
conjugates
2010
Micelle Corona Micelle Core
Antibody-Drug
conjugates
Drug
Hydrophobic Drug
Hydrophilic Drug
Dendrimer Core Functionalized
PEG Functionalized Polymersomes
y
Functionalized Dendrimer
F ti li d D d i
Polymeric Micelles
Ligand
Antibody
PARTNERS
Coordina GAIKER-IK4 /AHAVA / ALMA CONSULTING GROUP / ARGUS CHEMICALS / CIC BIOGUNE / COLOROBBIA / CONSORZIO
INTERUNIVERSITARIO NAZIONALE PER LA SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALLI / DOMINION PHARMAKINE / ECOLE
NATIONALE SUPERIEURE DE CHIMIE ET DE PHYSIQUE DE BORDEAUX / TECHNOLOGICAL EDUCATIONAL INSTITUTE OF ATHENS /
FEYECON / HAMELN / JRC NUOVOPROBE / PHARMAMAR / TEL AVIV UNIVERSITY / UNIVERSITE VICTOR SEGALEN BORDEAUX 2 /
Nov-09
VICOMTECH-IK4
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25. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Proyectos Nanotoxicidad
GAIKER
Proyecto SKINTREAT
Desarrollo de nuevas estrategias para el tratamiento personalizado de enfermedades de piel.
(Test case: Minerales del Mar Muerto y principios activos convencionales)
EXPECTED OUTPUTS
http://www.skintreat.eu
PARTNERS
Coordinator AHAVA, StratiCELL Screening Technologies SA, Sistemas Genomicos Ltd., Pisa University, Hebrew University of Jerusalem,
SINTEF, Dermatest GmbH, Gaiker Technological Centre, Troyka Ltd., Groupe Mapi, OSM-Dan Ltd., INI-Novation, AFCON Software and
Electronics Ltd., Becomix - Mischtechnik , WizSoft Ltd.
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26. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Proyectos Nanotoxicidad
GAIKER
Proyecto SKINTREAT
PROYECTO EUROPEO
Tarea de GAIKER- Líder WP3 Nanotoxicidad y eficacia de nanoformulaciones
GAIKER
Características Físico-
Físico Citotoxicidad Citotoxicidad
químicas In vitro ex vivo
EFICACIA
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27. BIOTECH FORUM BY EXPOQUIMIA Proyectos Nanotoxicidad
GAIKER
Citotoxicidad
1 Fase
GO GO No GO
Liposomas
Li Excipientes
Principio activo Polimeros
Nanoemulsiones
2 Fase
No GO •Tamaño
•Solubilidad (release rate)
•Estabilidad*
% de principio acitvo •Pureza
en la formulación GO •Esterilidad
final •Biodegradabilidad
•Biodegradabilidad**
•Especificaciones microbiológicas
•Costes de producción
•BLP standards
3 Fase GO ADME
Permeabiliad en sangre GO
*Velocidad de liberación In vivo
**Si no es biodegradable subproductos deben
biodegradable, GO
ser lo suficientemente pequeños para ser
eliminados por el riñón Eficacia
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28. thank you cám òn qúi vi rhât
bedankt eskerrik asko
谢谢 eskerrik asko
k ik k
evgaristó
grazie
go raibh maith agaibh ‫ﺷﻜﺮا‬
‫ﺷﻜ ا‬
Shokrán
arigato gracias
matu suksama
gracias spaisíva
ií danke
d k
moltes gràcies
merci
gracias khrap
Xié Xie
ありがとうございます
thank
thank you
eskerrik
eskerrik asko
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48170 Zamudio | Bizkaia | Spain
T. 0034 94 6002323
suarezb@gaiker.es | www.gaiker.es
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