Interacțiunea nanoparticulelor cu sistemele biologice reprezintă una dintre direcțiile majore de cercetare actuale.

Dincolo de intențiile cercetărilor respective, o privire atentă și avizată va sesiza că uneori acestea sunt departe de a fi complete sau corect desfășurate. Fără a intra în detalii care să îl adoarmă pe cititorul fără o pregătire mai profundă în biochimie (de exemplu), să notăm că, asemenea tuturor produselor cu implicații biologice, și nanoparticulele suferă de o problemă similară când vine vorba de a fi integrate în viața de zi cu zi:

BIOCOMPATIBILITATEA

Știm cu toții că „încercările” de a produce surogate sintetice, ca alternative ale produselor natural, de genul „carne sintetică” (obținută direct din petrol), „lapte artificial”, fibre sintetice utilizate în îmbrăcăminte etc. s-au dovedit a fi tot atâtea eșecuri, mai ales din punctul de vedere al răspunsului organismului uman și a mediului înconjurător la ele. Motivul? Tehnologia actuală este departe de a putea îngloba cerințele funcționale ale biosistemelor, ceea ce generează grave disfuncționalități în ansamblul „surogat-biosistem”.

Încă de sute de ani nanoparticulele metalice au fost produse prin metode extrem de complexe (și care nu sunt încă bine înțelese uneori nici de către știința actuală), fiind descrise mai mult sau mai puțin esoteric în diverse tratate de medicină ayurvedică, proceduri alchimice etc. Orbiți de orgoliu, cercetătorii contemporani au desconsiderat aceste metode, care au fost socotite ca fiind în cel mai bun caz prea empirice. Cu toate acestea, asistăm la o redescoperire uimitoare a principiilor fundamentale ale acestor metode, iar despre produsele nanoparticulate pe bază de argint și aur, care erau preparate chiar și în Evul Mediu, am mai vorbit. Astfel de produse, cum ar fi pulberea de nanoparticule de aur, Swarna Bhasma, a fost folosită sute de ani și încă este folosită în India pentru tratarea foarte multor afecțiuni (diabet, artrite etc.), fără a se remarca vreun efect secundar al utilizării ei.

Cu toate acestea, în momentul „reeditării” experimentelor cu nanoparticule de aur, de exemplu, rezultatele nu au fost chiar identice cu cele înregistrate în cazul utilizării pulberilor obținute prin metodele de obținere consacrate, așa cum sunt menționate în medicina ayurvedică de exemplu.

DESPRE CE ESTE VORBA?

Știm deja că nanoparticulele de aur sau de argint cunosc o utilizare din ce în ce mai intensă în biotehnologie. Utilizarea lor principală este aceea de bioetichetare, de scoatere în evidență a anumitor molecule, datorită proprietăților optice deosebite pe care le au. O altă utilizare de ultimă oră este aceea de că pot fi purtătoare de medicamente antitumorale sau de vectori de iradiere selectivă, în scopul distrugerii tumorilor. Dincolo de a comenta dacă aceste utilizări sunt sau nu sunt bune, să remarcăm implicațiile și necesitățile acestora:

– nanoparticulele trebuie să fie produse în concentrații ridicate;

– trebuie să aibă o forma și/sau o dimensiune cât mai precisă;

– stabilitatea lor în mediul agresiv constituit de mediul biologic trebuie să fie ridicată;

-suprafețele lor trebuie preparate astfel încât să poată primi molecule active de diverse tipuri;

– să aibă un preț scăzut.

Asemenea necesități complexe ridică la rândul lor niște probleme complexe, atât în producerea, cât și în utilizarea lor.

În prezent, pentru a putea fi întrunite aceste condiții, marea majoritate a metodelor de fabricație pornesc de la săruri ale acestor metale, în soluții apoase, în general, cărora li se adaugă diverși agenți reducători (care scot metalul din sare), agenți protectori și alți agenți chimici de control, după caz.

Să luăm pe rând aceste condiții:

1. Sărurile metalelor. Cel mai adesea nanoparticulele de aur, de argint sau de platină sunt obținute pornind de la azotat de argint sau acid cloroauric/cloroplatinic. Aceste săruri în sine sunt cunoscute ca fiind toxice (azotatul de argint fiind poate cel mai puțin toxic dintre ele). Sigur, nu sunt singurele de la care se pornește în mod necesar, însă ideea este că întotdeauna în soluția finală mai rămân reziduuri nereduse din sărurile respective, chiar dacă în cantități foarte reduse.

2. Agenții reducători. Prezența lor și raportul în care se află cu sărurile inițiale și agenții de acoperire determină dimensiunea finală a nanoparticulelor. Ei au rolul de a face posibilă trecerea de la săruri la particule metalice. Borohidratul de sodiu este un astfel de agent reducător și ca el mai sunt și alții. În mod similar cu sărurile utilizate în reacții, și în agentul reducător există reziduuri care rămân la suprafața nanoparticulelor.

Este adevărat că au fost identificate și variante „bio”, formate din diverse extracte de plante, acizi grași, alcooli, însă rezultatele finale nu sunt întotdeauna cele necesare din punct de vedere tehnologic. Soluțiile bio, atunci când sunt funcționale, sunt destul de elaborate și costisitoare, fiind tocmai de aceea foarte rar utilizate sau chiar de loc în producția pe scară largă.

3. Agenții protectivi, de acoperire. Sunt o întreagă pleiadă, iar în funcție de ei se obține stabilitatea finală, biocompatibilitatea și dimensiunea nanoparticulelor. Variante sintetice, precum PVP (polivinilpirolidonul), PEG (polietilenglicolul) sau naturale, precum BSA (plasma bovină), varietăți de amidon, pectine au fost testate pentru diverse aplicații și cu diverse rezultate. De notat că nanoparticulele se pot obține și fără acești agenți, însă stabilitatea lor la concentrații ridicate este redusă, mai ales în interiorul organismului. În plus, ei trebuie să asigure dimensiuni precise ale nanoparticulelor, necesare funcțiilor urmărite, enumerate mai sus. De menționat că aceste acoperiri vor rămâne totdeauna în „coloid”, fiind necesare.

4. Mai ales în cazul metodelor care utilizează produși chimici de sinteză ca reducători, stabilizatori și agenți de acoperire, o etapă esențială în producerea unor nanoparticule cu astfel de funcții este purificarea acestora de către agenții intermediari de reacție, nedoriți. Această purificare, oricât ar fi de bună, nu poate fi perfectă. Desigur, așa cum ne-am obișnuit, „savanții” adeseori merg pe ideea că „este în regulă, fiindcă este vorba doar de o cantitate infinitezimală”, însă realitatea arată că cel mai adesea lucrurile nu stau chiar așa.

Studii efectuate asupra unor nanoparticule de aur, „identice” în aparență, dar produse prin metode total diferite, au arătat foarte mari deosebiri în ceea ce privește comportamentul lor.

Astfel, nanoparticulele de aur produse pe cale chimică au prezentat, în cea mai mare parte, diferite grade de toxicitate, în special citotoxicitate, iar în cazul unor celule normale, sănătoase, acestea au generat totodată un anumit stres oxidativ.

Dimpotrivă, nanoparticulele de aur de aceleași dimensiuni și concentrații, care au fost produse pe cale electrică (de exemplu), pornindu-se de la metalul pur și apă distilată, nu au prezentat niciunul dintre efectele toxice sesizate la celelalte categorii și, în plus, în această situație s-a constatat chiar absența componentei de stres oxidativ. Mai mult, în aceste cazuri, precum și în cazul în care aceste nanoparticule au fost corect produse, ele au demonstrat chiar un anumit potențial antioxidant.

Studii asemănătoare au fost realizate și în cazul argintului, concluziile fiind identice.

Iată sumarul unui astfel de studiu, care evidențiază lipsa de toxicitate a acestor particule, spre deosebire de precursorii lor, AICI.

Un alt studiu, care precizează clar în ce condiții este indusă citotoxicitatea coloizilor de aur, în funcție de impuritățile încă prezente la suprafața lor (rămase din compușii de reacție) este prezentat AICI.

Se poate sublinia astfel una dintre concluziile studiului:

„Our data suggest that the presence of contaminants, such as sodium citrate, on the surface of gold nanoparticles might play a pivotal role in inducing cytotoxicity in vitro.”

Adică:

„Datele obținute de către noi sugerează că prezența contaminanților, precum citratul de sodiu, pe suprafața nanoparticulelor de aur, ar putea juca un rol cheie în inducerea citotoxicității in vitro.”

 

Acest ultim studiu este foarte important, deoarece citratul de sodiu se utilizează ca agent de protecție în multe produse coloidale. Chiar și în țara noastră se comercializează asemenea produse, stabilizate cu citrat de sodiu, evident fără a se menționa pe etichetă. În general, ele pot fi recunoscute prin conductivitatea foarte ridicată a suspensiei coloidale, uneori chiar de zeci sau sute de ori față de concentrația în ppm specificată pe etichetă.