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Un acercamiento a las nanopartículas de plata y su dosificación en estudios toxicológicos orales

1 julio, 2015
Maibel Hernández Arencibia*, María A. Torres Alemán**, Raisa Barrios Castellanos***
Un acercamiento a las nanopartículas de plata y su dosificación  en estudios toxicológicos orales
Maibel Hernández Arencibia

I – Introducción

En la pasada década ha habido un dramático incremento en el uso de nanopartículas tanto en el ámbito investigativo como en la producción industrial, lo que también ha aumentado las dudas sobre su potencial toxicológico (Gil et at, 2010).En contraste con la atención prestada a las nuevas 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). Según Wijnhoven (2009) aproximadamente un 30% de productos nanontecnológicos que se producen contienen nanopartículas de plata (AgNP). 
Las AgNP no están exentas de los rasgos de toxicidad inherentes a la materia a nivel de la nanoescala. Estudios in vitro han revelado la capacidad de producir citotoxicidad (Hussain et al.,  2005), también se ha reportado la liberación de especies reactivas de oxígeno (EROs) (Foldbjerg and Olsen, 2009) entre otros efectos tóxicos.
Por otra parte la actual legislación provee una regulación inadecuada sobre los nanomateriales. Considerando el ya avanzado desarrollo y la continua comercialización de los nanomateriales, es urgente y necesario crear mecanismos de evaluación y regulación gubernamental, tomando en cuenta las novedosas propiedades exhibidas por los nanomateriales (NanoAction, 2007).

II- Desarrollo

II- Desarrollo
María Antonia Torres Alemán
Las singulares propiedades químico-físicas son importantes para entender  los efectos tóxicos  de los materiales ensayados, que incluyen el tamaño de partícula y su distribución, el estado, forma, estructura cristalina, composición química área superficial, superficie química, carga superficial, porosidad (Donaldson, et al., 2004; Oberdörster et al., 2005; Nel, et al., 2006, Monteiro-Riviere and Tran, 2007). 
Propiedades físico-químicas de las nanopartículas de plata (AgNP).
La mayor parte de las nanopartículas de plata son más pequeñas que 100 nm y constan de aproximadamente de 20 a 15 000 millones de átomos de Ag. (Oberdörster et al., 2005a; Warheit et al., 2007, citado en Chen and Schluesener 2008). Las AgNP pueden tener diferentes formas como esferas, varas, forma de plato triangular que son desarrolladas por síntesis químicas, siendo estas últimas las que muestran mayor actividad antibacteriana, presentando una elevada densidad de átomos en la superficie (Wiley et al., 2005). 
Existe una talla crítica, considerablemente menor a los 100 nm, en donde aparecen las novedosas propiedades de las nanopartículas. Esta guarda una estrecha relación con el aumento exponencial de los átomos expuestos en la superficie, típica de diámetros menores de 30 nm (Auffam et al.,  2009). Las nanopartículas poseen una elevada área superficial, lo que incrementa contacto con el medio circundante, asimismo promueve la disolución del material y permite la liberación de iones potencialmente tóxicos (Gil et al.,  2010). 
Potencial farmacológico de las AgNP en relación con sus propiedades físico-químicas.
Se ha reportado en la literatura  que la actividad antimicrobiana da las AgNP está relacionada con una liberación controlada de iones plata (Ag+). El mecanismo de liberación de iones actúa de manera análoga a un sistema de liberación controlada de drogas, en el cual la nanopartículas contiene una concentración inventariada, en este caso Ag+, el cual es transportado o liberado en o cerca del blanco biológico (Liua et al., 2010).Estudios recientes con AgNP han confirmado su potencial antibacteriano (Juan et al., 2010; Liu et al.,  2010) y se ha reportado la capacidad de estas de reforzar la actividad antimicrobiana de otros fármacos (Lakshmi et al., 2007). También en la literatura se hace referencia al uso tópico de geles antimicrobianos con AgNP con una concentración inhibitoria mínima (CIM) y bactericida de 0.78-6.25 µg/ml (Jain et al.,  2009). Las nanopartículas con menos tamaño, mostraron mayor actividad antibacteriana y mayor citotoxicidad (Liu et al.,  2010). También se ha reportado sobre sus acciones fungicidas sobre un amplio espectro de hongos como Aspergillus, Candida, y Saccharomyces (Wright et al.,  1999) y contra levaduras aisladas de la mastitis bovina (Kim et al.,  2007), así como los efectos inhibitorios de la replicación del virus VIH-1 (Sun et al.,  2005). 
Potencial toxicológico de las AgNP en relación con sus propiedades físico-químicas y las dosis establecidas.
Actualmente los estudios de toxicidad in vivo para nanopartículas ingeridas permanecen bastante apegados al uso de la dosimetría tradicional de masa por peso (mg/kg) (Bergin and. Witzmann, 2013). Aunque la dosimetría apropiada para estudios por vía oral no está aún esclarecida, las discrepancias entre los estudios individuales es menos significativa cuando la dosis se compara sobre la base del área superficial, carga o número de partícula (Drake and Hazelwood, 2005; Oberdorster et al.,  2005b, 2007; Maynard et al.,  2010 citados en Bergin and Witzmann, 2013.
En relación con las AgNP, se han realizado varios estudios toxicológicos in vivo por vía oral. Kim et al. (2008) realizó un estudio de toxicidad oral de 28 días, genotoxicidad y distribución según el sexo utilizando AgNP de aproximadamente 60 nm y niveles de dosis de 30, 300 y 1000 mg/Kg. Este mismo autor utilizó dosis de 30, 125 y 500 mg/Kg en un estudio subcrónico oral de 90 días (Kim et al.,  2010) A pesar de las elevadas dosis administradas en ambos estudios no se reportan efectos toxicológicos significativos, excepto por incremento en los valores de fosfatasa alcalina y colesterol en dosis mayores de 300 mg/kg (Kim et al. 2008), y no se reportaron efectos adversos observables (NOAEL) para 30 mg/kg y ligeros efectos observables (LOAEL) para 125 mg/kg en el estudio subcrónico de 90 días (Kim et al., 2010).Sin embargo más recientemente se han realizado otros estudios orales utilizando dosis menores. Hadrup et al., (2011) reportó en un estudio de toxicidad subcrónica de 28 días con AgNP de 14 nm y dosis de 2.25, 4.5 o 9 mg/Kg/día, donde no se evidenciaron efectos adversos (NOAEL) en las dosis ensayadas, pero si se reportaron efectos tóxicos relacionados con la presencia de iones Ag+ liberados del acetato de plata. Asimismo Park et al.,  (2010) utilizó AgNP en forma de baras de 22, 42, 71 y 323 nm en dosis de 0.25, 0.50 y 1 mg/Kg. El estudio reveló un aumento significativo de ASAT, ALAT y fosfatasa alcalina en dosis de 1 mg/Kg y tamaño de partículas 42 nm, lo que se traduce en un efecto hepatotóxico de estas sobre ratones. Estos contrastantes resultados pueden guardar relación con el tamaño de nanopartícula empleado, con la forma o la sustancia en la cual fueron estabilizadas.Otro factor importante en los estudios orales es la biodisponibilidad de la sustancia de ensayo. Históricamente la biodisponibilidad de la plata coloidal ha sido estimada en un 10% con una retención en tejidos menor del  2-3%. La eliminación de la mayor parte de la dosis es por vía fecal, ya sea directamente o seguida de excreción biliar (Armitage et al.,  1996; Drake and Hazelwood, 2005 citados en Bergin and Witzmann, 2013). Estudios de biodistribución en ratas con AgNP de 14 nm y dosis de 12.6 mg/kg revelaron una excreción por vía fecal del 63% de la dosis administrada lo que supone una baja biodisponibilidad (Loeschner et al.,  2011). De la misma forma en ratones usando directamente los niveles en sangre la biodisponibilidad fue menor del 5% de la dosis diaria (Park et al., 2011). Ambos estudios revelaron excreción biliar.
La argiriosis es el efecto adverso más comúnmente asociado con el excesivo consumo de plata en humanos, esta ha sido asociada a una retención de 1-8 g de plata en los tejidos (CASRN, 1988; ATSDR, 1990;  Brandt et al.,  2005; Varner et al.,  2010 citados en Bergin and Witzmann, 2013). Considerando esto y la biodisponibilidad (10%), se asocia una dosis de 0,014 mg/kg/día como la dosis más baja asociada a argiria (CASRN, 1988). Esta dosis fue usada por la EPA para extrapolar una dosis de referencia oral (RfD) de 0,005 mg/kg/día (CASRN, 1988; ATSDR, 1990; Varner et al.,  2010 citados en Bergin and Witzmann, 2013), esta representa la máxima dosis tolerada sin la presencia de efectos adversos. Teniendo en cuenta esos aspectos, los niveles de dosis establecidos para estudios de toxicidad subcrónica y aguda oral, que pueden alcanzar niveles de hasta 1000 y 2000 mg/Kg respectivamente (OECD, 1995 y OECD, 2001) podrían ajustarse para el caso de las AgNP, donde además, elevadas concentraciones atentan contra la estabilidad de la formulación  (Hadrup et al., 2011).

III- Conclusiones

III- Conclusiones
Nanopartículas de plata
Las singulares propiedades de las nanopartículas de plata, principalmente aquellas asociadas con el aumento del área superficial, del número de átomos expuestos en la superficie y la liberación de iones Ag+ constituyen su potencial de acción biológico. Favoreciendo en estas su actividad antimicrobiana contra diversos gérmenes, incluyendo bacterias, hongos y virus; pero también se asocia a sus efectos toxicológicos. Además asientan las bases para reducción y ajuste de las dosis establecidas en las guías de la OECD para estudios toxicológicos orales 

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