Toxicidad OG

 En la vida cotidiana se utilizan varios tipos de nanomateriales. Debido a su pequeño tamaño, pueden ser tanto beneficiosos como perjudiciales para los seres humanos, los animales y los organismos acuáticos. El mecanismo de inducción de mutabilidad y carcinogenicidad de los nanomateriales en las células, los tejidos y los materiales nucleares de los animales y los seres humanos es distinto, en parte debido a las diferencias en la relación superficie/volumen, que muestra características biológicas y fisicoquímicas distintivas del material a granel.

Los nanomateriales se utilizan ampliamente en medicamentos, productos de consumo y sistemas de administración de fármacos. Sin embargo, el uso extensivo de nanomateriales puede provocar la contaminación del medio ambiente. Estos nanomateriales pueden afectar a los seres humanos a través de varias vías, como el consumo oral, la inhalación y la absorción dérmica, induciendo toxicidad e impactando en la salud. A pesar de que se ha explorado cómo los nanomateriales pueden inducir mutagenicidad y carcinogenicidad, los mecanismos subyacentes de esta toxicidad están menos estudiados.

Mecanismos de toxicidad de los nanomateriales

Mecanismos de carcinogenicidad de los nanomateriales

Ecomutageneidad y genotoxicidad de los nanomateriales

Nanomateriales como nuevas opciones médicas para el tratamiento de los cánceres

El papel del estrés oxidativo y sus implicaciones en el cáncer

Tratamiento del cáncer con nanopartículas

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Síntesis y toxicidad de las nanopartículas de óxido de grafeno: Una revisión bibliográfica de los estudios in vitro e in vivo

Los nanomateriales se han utilizado ampliamente en muchos campos en las últimas décadas, como la electrónica, la biomedicina, los cosméticos, el procesamiento de alimentos, los edificios y la aeronáutica. La aplicación de estos nanomateriales en el ámbito médico podría mejorar las técnicas de diagnóstico, tratamiento y prevención. El óxido de grafeno (GO), un derivado oxidado del grafeno, se utiliza actualmente en biotecnología y medicina para el tratamiento del cáncer, la administración de fármacos y la obtención de imágenes celulares. Además, el GO se caracteriza por sus diversas propiedades fisicoquímicas, como su tamaño a nanoescala, su elevada superficie y su carga eléctrica. Sin embargo, el efecto tóxico del GO en las células y órganos vivos es un factor limitante que restringe su uso en el campo médico. Recientemente, numerosos estudios han evaluado la biocompatibilidad y la toxicidad del GO in vivo e in vitro. En general, la gravedad de los efectos tóxicos de este nanomaterial varía según la vía de administración, la dosis a administrar, el método de síntesis del GO y sus propiedades fisicoquímicas. Esta revisión reúne estudios sobre el método de síntesis y la estructura del GO, las técnicas de caracterización y las propiedades fisicoquímicas. Asimismo, nos basamos en la toxicidad del GO en modelos celulares y sistemas biológicos. Además, mencionamos el mecanismo general de su toxicidad.

2)

Eficacia antioxidante y anticancerígena de Anethum graveolens contra células de carcinoma de mama humano a través del estrés oxidativo y la dependencia de la caspasa

Anethum graveolens, perteneciente a la familia Apiaceae, se ha utilizado ampliamente con fines medicinales y terapéuticos desde hace mucho tiempo. Las plantas contienen un gran número de componentes eficaces con menos toxicidad. Por ello, hoy en día se está intentando buscar componentes vegetales que puedan prevenir y revertir las enfermedades crónicas, como el cáncer. En este estudio, se estudió la eficacia antioxidante y anticancerígena in vitro de Anethum graveolens (AG-ME) en líneas celulares de carcinoma humano de mama (MCF-7), pulmón (A-549) y cuello de útero (HeLa). La eficacia antioxidante de AG-ME se evaluó mediante ensayos de antioxidante total, eliminación de radicales DPPH, eliminación de H2O2 y antioxidante reductor ferroso. Además, se determinó el potencial anticancerígeno del AG-ME contra diferentes líneas celulares de cáncer. El AG-ME mostró una fuerte actividad antioxidante, tal y como se observó en los ensayos antioxidantes. El AG-ME también mostró un potencial anticancerígeno/citotóxico dependiente de la dosis contra las líneas celulares MCF-7, A-549 y HeLa. La reducción del GSH y el aumento de la actividad de la SOD inducidos por la AG-ME indican el papel del estrés oxidativo en la muerte de las células MCF-7 inducida por la AG-ME. Los resultados también mostraron que la AG-ME desencadenó la producción de ROS y redujo significativamente el nivel de MMP. Además, el aumento dependiente de la dosis de las actividades de la caspasa 3 y la caspasa 9 sugiere que la muerte de las células MCF-7 inducida por la AG-ME es dependiente de la caspasa. En conjunto, el presente estudio proporciona un razonamiento y una garantía para los usos de A. graveleons con fines médicos como agente antioxidante y anticanceroso. Se requieren investigaciones adicionales para examinar las actividades biológicas y anticancerígenas en un sistema in vivo para descubrir un posible uso beneficioso de AG-ME contra las enfermedades.

3)

Asociación entre el marcador de pronóstico tumoral visfatina y las citoquinas proinflamatorias en pacientes hipertensos

La visfatina ha sido señalada como un factor de riesgo y un potencial marcador de diagnóstico en el cáncer. Es una adipocina, secretada por la grasa visceral y asociada a la patogénesis de la hipertensión arterial. Se investigaron los niveles circulatorios de visfatina en pacientes hipertensos con hipertrigliceridemia, que son los factores de riesgo de varios cánceres, y su asociación con citoquinas proinflamatorias. Para este estudio se inscribieron un total de 81 (hombres/mujeres: 33/48) sujetos con o sin hipertensión. El grupo 1 era normotenso, el grupo 2 hipertenso y el grupo 3 con hipertensión con hipertrigliceridemia. Se registraron los datos antropométricos y bioquímicos. Se midieron los niveles de visfatina en plasma mediante un kit ELISA. Las citocinas inflamatorias plasmáticas se estimaron mediante un ensayo multiplex basado en microesferas. Los resultados revelaron que el grupo de hipertensión con hipertrigliceridemia tiene los niveles más altos de visfatina en comparación con los grupos de hipertensión y control, con una diferencia significativa ().  Además, la visfatina circulatoria mostró la mayor correlación posible con las citoquinas proinflamatorias entre los pacientes hipertensos con hipertrigliceridemia. Encontramos una correlación positiva entre la visfatina y la presión arterial diastólica, así como con las lipoproteínas de alta densidad. En conclusión, los resultados del presente estudio demuestran que los niveles de visfatina en plasma se encontraron elevados en pacientes hipertensos con hipertrigliceridemia y se asociaron con citoquinas proinflamatorias. Dado que se ha documentado que la hipertensión es la comorbilidad más común observada en los pacientes con cáncer, la visfatina puede ser una nueva diana terapéutica potencial para la hipertensión en pacientes y supervivientes de cáncer.

4)

Actividad antioxidante de las nanopartículas de telmisartán-Cu(II) conectadas a la 2-pirimidinamina y su evaluación de las actividades de citotoxicidad

Las nanopartículas de cobre (Cu-Nps) son uno de los materiales prometedores para el avance de la nanociencia y la tecnología. En este trabajo, sintetizamos nanopartículas de cobre de telmisartán y 2-pirimidinaminas mediante la reacción de Biginelli utilizando nanopartículas de cobre de telmisartán (Cu-Nps) como catalizador reutilizable. La síntesis de los derivados de 2-pirimidinaminas (1a-c) se realizó en agua y en condiciones libres de disolventes (enfoque de química verde). La síntesis de la 2-pirimidinamina con la nanopartícula de cobre telmisartán (Cu-Nps-Pyr) también se aisló el producto inesperado de la síntesis de la preparación de la 2-pirimidinamina. Se llevaron a cabo actividades antioxidantes y citotóxicas tanto en la 2-pirimidinamina (1a-1c) como en la 2-pirimidinamina con nanopartículas de cobre de telmisartán (Cu-Nps-Pyr). Los derivados de 2-pirimidinamina sintetizados (1a-c) se caracterizaron a partir de espectroscopia FT-IR, 1H y 13C NMR, y análisis de masas y elementales. Las nanopartículas de cobre de telmisartán sintetizadas (Cu-Nps) se caracterizaron mediante espectroscopia UV, DRX, SEM, EDX, AFM (microscopía de fuerza atómica), perfil, ondulación y rugosidad. La actividad antioxidante se evaluó en base a la eliminación de radicales ABTS⋅+ y a la peroxidación del ácido linoleico. Cu-Nps-Pyr-1b mostró una actividad antioxidante sustancial (97,2%) contra el ensayo ABTS⋅+ y una actividad del 91,2% contra los ensayos AAPH en comparación con Trolox. La citotoxicidad se evaluó utilizando las líneas celulares HepG2, HeLa y MCF-7, el Cu-Nps-Pyr-1a es de alta toxicidad ( μm) contra la línea celular HeLa cancel en comparación con la doxorubicina. Las NPs de cobre desarrolladas con 2-pirimidinamina (Cu-Nps-Pyr) podrían proporcionar avances prometedores como actividades antioxidantes; esta nanocomposición podría considerarse un tratamiento anticancerígeno en futuras investigaciones.

5)

Estrategia eficaz de remediación del xenobiótico zoxamida mediante cepas bacterianas puras, Escherichia coli, Streptococcus pyogenes y Streptococcus pneumoniae

La zoxamida, un fungicida peligroso de clase IV, es peligrosa para el medio ambiente debido a su naturaleza altamente persistente. Hasta la fecha, no existen informes sobre la biodegradación de la zoxamida. La escasez de conocimientos en este campo llevó a la presente investigación a evaluar la biodegradación de este fungicida benzamida por tres cepas bacterianas, Escherichia coli (EC), Streptococcus pyogenes (SPy) y Streptococcus pneumoniae (SP). La biotransformación de la zoxamida se examinó en montajes de caldo nutritivo durante un periodo de 28 días, seguido de un análisis de los metabolitos con espectrofotómetro UV-visible y GC-MS. Los resultados mostraron un potencial de biodegradación de bajo a medio de las células bacterianas para metabolizar la zoxamida. El porcentaje de biotransformación más alto lo observó E. coli con un 29,8%. El orden de vida media calculado para los resultados de la degradación fue de días. El análisis por GC-MS indicó la formación de varios metabolitos, entre ellos, 2-(3,5-dicloro-4-metilfenil)-4-etil-4-metil-4H-1,3-oxazin-5(6H)-ona, 3,5-dicloro-N-(3-hidroxi-1-etil-1-metil-2-oxopropil)-4-metilbenzamida y 3,5-dicloro-4-metilbenzamida. La investigación podría influir en las estrategias de biotratamiento para la erradicación ecológica de xenobióticos.

Toxicidad Parte 1

Puntos cuánticos de grafeno contra la agregación IAPP humana y la toxicidad in vivo

El desarrollo de nanomateriales biocompatibles se ha convertido en una nueva frontera en la detección, tratamiento y prevención de enfermedades amiloides humanas. Aquí demostramos el uso de puntos cuánticos de grafeno (GQD) como un potente inhibidor contra la agregación in vivo y la toxicidad del polipéptido amiloide de los islotes humanos (IAPP), un sello distintivo de la diabetes tipo 2. Los GQD iniciaron el contacto con IAPP a través de interacciones electrostáticas e hidrofóbicas, así como el enlace de hidrógeno, lo que posteriormente llevó la fibrilación peptídica fuera de la vía para eliminar los intermedios tóxicos. Tales interacciones, sondeadas in vitro por un ensayo cinético de tioflavina T, enfriamiento por fluorescencia, espectroscopia de dicroísmo circular, un ensayo de viabilidad celular e in silico por simulaciones discretas de dinámica molecular, traducidas en una recuperación significativa del pez cebra embrionario del daño provocado por IAPP in vivo, como lo indica la mejora de la eclosión, así como la disminución de la producción de especies reactivas de oxígeno, anormalidad y mortalidad del organismo. Este estudio apunta al potencial del uso de nanomateriales de dimensión cero para la mitigación in vivo de un rango de amiloidosis

Toxicidad del grafeno en células pulmonares humanas normales

Los nanomateriales de grafito como el óxido de grafito (GO) exfoliado térmicamente son versátiles en muchas aplicaciones. Sin embargo, se sabe poco sobre sus efectos sobre los sistemas biológicos. En este estudio caracterizamos el GO utilizando la dispersión dinámica de la luz (DLS) junto con los aspectos toxicológicos relacionados con la citotoxicidad y la apoptosis en células pulmonares humanas normales (BEAS-2B). El ensayo MTT observó una disminución significativa de la concentración y la viabilidad celular a diferentes concentraciones (10-100 μg/ml) después de 24 y 48 h de exposición y se observó un aumento significativo de las células apoptóticas tempranas y tardías en comparación con las células control. Nuestro estudio demuestra que el GO induce citotoxicidad y apoptosis en células pulmonares humanas

Toxicidad del óxido de grafeno y nanotubos de carbono de paredes múltiples contra células humanas y pez cebra

El grafeno posee propiedades físicas y químicas únicas, que han inspirado una amplia gama de posibles aplicaciones biomédicas. Sin embargo, se sabe poco sobre los efectos adversos del grafeno en el cuerpo humano y el medio ambiente ecológico. El propósito de nuestro trabajo es hacer una evaluación sobre la toxicidad del óxido de grafeno (GO) contra la línea celular humana (línea celular de neuroblastoma de médula ósea humana y línea celular de carcinoma epitelial humano) y el pez cebra(Danio rerio)comparando los efectos tóxicos de GO con sus nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWNT) hermanos. Los resultados muestran que el GO tiene una toxicidad moderada para los organismos, ya que puede inducir una inhibición menor (alrededor del 20%) del crecimiento celular y un ligero retraso en la eclosión de embriones de pez cebra a una dosis de 50 mg / L, pero no resultó en un aumento significativo de la apoptosis en el embrión, mientras que los MWNT exhiben toxicidad aguda que conduce a una fuerte inhibición de la proliferación celular y defectos morfológicos graves en embriones en desarrollo incluso a una concentración relativamente baja de 25 mg / L. La toxicidad distintiva de go y MWNTs debe ser atribuida a los diferentes modelos de interacción entre nanomateriales y organismos, que surge de las diferentes estructuras geométricas de los nanomateriales. Colectivamente, nuestro trabajo sugiere que GO hace toxicidad real para los organismos que plantean riesgos ambientales potenciales y el resultado también está arrojando luz sobre la toxicidad dependiente de la estructura geométrica de los nanomateriales grafíticos.

Propiedades físico-químicas basadas en la toxicidad diferencial del óxido de grafeno/óxido de grafeno reducido en células pulmonares humanas mediadas por estrés oxidativo

Los derivados del grafeno (GD) se están evaluando actualmente para aplicaciones tecnológicas y biomédicas debido a sus propiedades físico-químicas únicas sobre otros alótropos de carbono, como los nanotubos de carbono (CNT). Pero, la posible asociación de sus propiedades con los efectos in vitro subyacentes no se han examinado completamente. Aquí, evaluamos la interacción comparativa de tres GD: óxido de grafeno (GO), GO reducido térmicamente (TRGO) y GO químicamente reducido (CRGO), que difieren significativamente en su tamaño lateral y densidad de grupos funcionales, con células pulmonares humanas fenotípicamente diferentes; células epiteliales bronquiales (BEAS-2B) y células epiteliales alveolares (A549). Los estudios celulares demuestran que la GD ineterniza e induce significativamente la citotoxicidad mediada por estrés oxidativo en ambas células. La intensidad de la toxicidad estuvo en línea con la reducción del tamaño lateral y el aumento de los grupos funcionales reveló más potencial de toxicidad de TRGO y GO respectivamente. Además, las células A549 mostraron más susceptibilidad que BEAS-2B, lo que reflejó la respuesta celular diferencial dependiente del tipo celular. Los estudios moleculares revelaron que la GD indujo un mecanismo de muerte celular diferencial que fue prevenido eficientemente por sus respectivos inhibidores. Este es un estudio previo a lo mejor de nuestro conocimiento que involucra a TRGO para su evaluación de seguridad que proporcionó información invaluable y nuevas oportunidades para aplicaciones biomédicas basadas en GD.

Efectos comparativos del grafeno y el disulfuro de molibdeno sobre la toxicidad de los macrófagos humanos

El grafeno y otros materiales 2D, como el disulfuro de molibdeno, se han utilizado cada vez más en electrónica, compuestos y biomedicina. En particular, MoS2 y los híbridos de grafeno han atraído un gran interés por sus aplicaciones en la investigación biomédica, estimulando así una investigación pertinente sobre su seguridad en células inmunes como los macrófagos, que comúnmente envuelven estos materiales. En este estudio, se encontró que la viabilidad y activación de los macrófagos M1 y M2 no se ve afectada por el grafeno de pocas capas (FLG) y MoS.2 a dosis de hasta 50 μg ml−1. La absorción de ambos materiales se confirma mediante microscopía electrónica de transmisión, espectrometría de masas de plasma acoplada inductivamente y espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplada inductivamente. En particular, ambos materiales 2D aumentan la secreción de citoquinas inflamatorias en los macrófagos M1. A la dosis más alta, FLG disminuye la expresión de CD206 mientras que MoS2 disminuye la expresión de CD80. Las expresiones de los genes CathB y CathL aumentan dependiendo de la dosis por ambos materiales. A pesar de un impacto mínimo en la vía autofágica, se encuentra que FLG aumenta la expresión de Atg5 y el flujo autofágico, como se observa en Western blotting de LC3-II, en macrófagos M1. En general, FLG y MoS2 son de poca toxicidad en los macrófagos humanos a pesar de que se encuentran para desencadenar el estrés celular y las respuestas inflamatorias.

El estrés oxidativo y la activación mitocondrial como los principales mecanismos subyacentes a la toxicidad del grafeno contra las células cancerosas humanas

Debido al desarrollo de la nanotecnología, el grafeno y los nanomateriales a base de grafeno han atraído la mayor atención debido a sus propiedades físicas, químicas y mecánicas únicas. El grafeno se puede aplicar en muchos campos, entre los cuales las aplicaciones biomédicas, especialmente el diagnóstico, la terapia contra el cáncer y la administración de medicamentos, han suscitado mucho interés. Por lo tanto, es esencial comprender mejor las interacciones grafeno-célula, especialmente la toxicidad y los mecanismos subyacentes para un uso y desarrollo adecuados. Esta revisión presenta el conocimiento reciente sobre la citotoxicidad del grafeno y la influencia en diferentes líneas celulares de cáncer

Evaluación de la toxicidad celular inducida por óxido de grafeno y análisis de transcriptoma en células renales embrionarias humanas

El grafeno, una lámina de carbono bidimensional con espesor de un solo átomo, muestra una inmensa promesa en varias aplicaciones nanocientíficas y nanotecnológicas, incluso en sensores, catálisis y biomedicina. Aunque varios estudios han demostrado la citotoxicidad del óxido de grafeno en diferentes tipos de células, no existen estudios exhaustivos sobre células embrionarias humanas de riñón (HEK293) que incluyan análisis transcriptómicos y una investigación in vitro sobre los mecanismos de citotoxicidad después de la exposición al óxido de grafeno. Por lo tanto, expusimos las células HEK293 a diferentes concentraciones de óxido de grafeno durante 24 h y realizamos varios ensayos celulares. Los ensayos de viabilidad y proliferación celular revelaron un efecto citotóxico significativo dependiente de la dosis en las células HEK293. Los ensayos de citotoxicidad mostraron un aumento de la fuga de lactato deshidrogenasa (LDH) y la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), y una disminución de los niveles de glutatión reducido (GSH) y un mayor nivel de glutatión oxidado indicativo de estrés oxidativo. Este enfoque mecanicista detallado mostró que la exposición al óxido de grafeno provoca disminuciones significativas en el potencial de la membrana mitocondrial y la síntesis de ATP, así como en el daño al ADN y la actividad de la caspasa 3. Además, nuestro análisis de RNA-Seq reveló que las células HEK293 expuestas al óxido de grafeno alteraron significativamente la expresión de genes involucrados en múltiples vías biológicas relacionadas con la apoptosis. Además, la exposición al óxido de grafeno perturbó la expresión de factores de transcripción clave, promoviendo estas vías relacionadas con la apoptosis mediante la regulación de sus genes aguas abajo. Nuestro análisis proporciona información mecanicista sobre cómo la exposición al óxido de grafeno induce cambios en las respuestas celulares y la muerte celular masiva en las células HEK293. Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que describe una combinación de respuestas celulares y transcriptoma en células HEK293 expuestas a nanopartículas de óxido de grafeno, proporcionando una base para comprender los mecanismos moleculares de la citotoxicidad inducida por óxido de grafeno y para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas.

Avances recientes en investigaciones de toxicidad de materiales de la familia del grafeno

Recientemente, los materiales de la familia del grafeno (GPM) se han introducido entre todos los campos de la ciencia y aún reciben numerosa atención. Además, la aplicabilidad de estos materiales en muchas áreas los hace muy atractivos. Los GMG han atraído el interés académico e industrial, ya que pueden producir una mejora dramática en las propiedades de los materiales con un contenido de relleno muy bajo. Este artículo presenta hallazgos recientes sobre las propiedades de toxicidad de GMG basados en la literatura más actual. Este artículo estudia los efectos de los GMG en bacterias, células de mamíferos, animales y plantas. Este artículo también revisa los resultados de las pruebas in vitro e in vivo, así como la posible actividad anticancerígena y los mecanismos de toxicidad de los GMG. También se analizó el efecto de la funcionalización del grafeno en la pacificación de sus fuertes interacciones con las células y los efectos tóxicos asociados. Los autores del artículo creen que el trabajo adicional debe centrarse en estudios in vitro e in vivo sobre posibles interacciones entre GMG y diferentes sistemas vivos. La investigación adicional también debe centrarse en la disminución de la toxicidad de los GMG, que todavía plantea un gran desafío para las aplicaciones biomédicas in vivo. En consecuencia, el impacto potencial del grafeno y sus derivados en los seres humanos y la salud ambiental es un asunto de interés académico. Sin embargo, primero es necesario investigar los peligros potenciales suficientes para la evaluación del riesgo.

Efectos combinados de la nanopartícula de óxido de grafeno y óxido de zinc en células humanas A549: biodisponibilidad, toxicidad y mecanismos

Los efectos tóxicos de los sistemas multinanomateriales están recibiendo más atención debido a su liberación de varios nanomateriales. Sin embargo, el conocimiento de la influencia de los nanomateriales de carbono bidimensionales en la biodisponibilidad y la toxicidad combinada de las nanopartículas de óxido metálico en las células humanas es limitado. En este estudio, analizamos la interacción y toxicidad combinada de las nanopartículas de óxido de grafeno (GO) y óxido de zinc (nano-ZnO) en la línea celular A549 epitelial del carcinoma de pulmón humano. Los resultados mostraron que GO (1, 5 y 10 mg L−1) no cambió la precipitación y Zn2+ liberación de nano-ZnO en el medio de cultivo celular y tuvo baja capacidad de adsorción a Zn2+. Sin embargo, GO podría reducir la biodisponibilidad y toxicidad de nano-ZnO en la viabilidad celular, el estrés oxidativo, la despolarización mitocondrial y el daño a la membrana. El análisis metabolómico mostró que la exposición al nano-ZnO solo y la coexposición a ambos nanomateriales cambiaron significativamente los perfiles del metaboloma y tuvieron mayores impactos similares en el ciclo del ácido tricarboxílico, la síntesis de glutatión, la síntesis de nucleósidos y el metabolismo de los lípidos. Sin embargo, GO redujo el impacto del nano-ZnO en los cambios de pliegue de los metabolitos más alterados. Además, en este estudio, encontramos que GO aumentó la toxicidad de Zn2+, que difería de los efectos de GO en nano-ZnO. Esta diferencia podría deberse a diferentes modos de acción, de modo que GO disminuyó la absorción de nano-ZnO, pero inhibió el eflujo de Zn2+ en células. Los resultados de este estudio proporcionaron información sobre la evaluación combinada de la toxicidad de las nanopartículas de GO y óxido metálico

Evaluación de la toxicidad de la exposición al óxido de grafeno en el ojo

El grafeno y sus derivados son los nuevos nanomateriales de carbono con la perspectiva de grandes aplicaciones en electrónica, almacenamiento de energía, biosensores y medicina. Sin embargo, se sabe poco sobre la toxicidad del grafeno o sus derivados en el caso de exposición ocular ocasional o repetida. Se realizaron estudios in vitro e in vivo para evaluar la toxicidad de la exposición al óxido de grafeno (GO) en el ojo. Las células primarias del epitelio corneal humano (hCorECs) y las células del epitelio de la conjuntiva humana (hConECs) fueron expuestas a GO (12.5–100 μg/mL). La exposición aguda a GO (2 h) no indujo citotoxicidad a los hCorECs. Sin embargo, la exposición a corto plazo a GO (24 h) ejerció una citotoxicidad significativa para los hCorECs y hConECs con aumento de especies reactivas intracelulares de oxígeno (ROS). El glutatión (GSH) redujo la citotoxicidad inducida por GO. Además, realizamos pruebas de irritación ocular aguda en conejos albinos de acuerdo con las pautas de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE), y los conejos no exhibieron opacidad corneal, enrojecimiento conjuntival, anormalidad del iris o quimiosis en ningún momento después de la instilación de 100 μg / ml de GO. Sin embargo, la exposición repetida a GO durante 5 días (50 y 100 μg / ml) causó opacidad corneal leve reversible, enrojecimiento conjuntival y daño del epitelio corneal a las ratas Sprague-Dawley, que también fue aliviado por GSH. Por lo tanto, nuestro estudio sugiere que la citotoxicidad dependiente del tiempo y la dosis inducida por GO para hCorECs y hConECs a través del estrés oxidativo. La exposición ocasional a GO no causó irritación ocular aguda; La exposición repetida a corto plazo a GO generalmente resultó en daño reversible al ojo a través del estrés oxidativo, que puede ser aliviado por el antioxidante GSH.

La baja toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno se refleja en los cambios marginales de expresión génica de las células madre hematopoyéticas humanas primarias

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son un prometedor nanomaterial de próxima generación con múltiples aplicaciones biomédicas. Para aplicaciones del mundo real, los estudios exhaustivos sobre su influencia en la funcionalidad de las células humanas primarias son obligatorios. Aquí, informamos los efectos de los GQD en el transcriptoma de las células madre hematopoyéticas CD34 después de un tiempo de incubación de 36 horas. De las 20 800 expresiones génicas registradas, solo una, a saber, la selenoproteína W, 1, es cambiada por los GQD en comparación directa con las células madre hematopoyéticas CD34 cultivadas sin GQD. Solo un metaanálisis revela que la expresión de 1171 genes se ve débilmente afectada, teniendo en cuenta los cambios más prominentes solo por el cultivo celular. Se identifican ocho vías de señalización correspondientes, débilmente afectadas, que incluyen, entre otras, la activación de la apoptosis. Estos resultados sugieren que los GQD con tamaños en el rango de unos pocos nanómetros apenas influyen en las células CD34 a nivel de transcriptoma después de 36 h de incubación, demostrando así su alta usabilidad para estudios in vivo, como el etiquetado de fluorescencia o los protocolos de entrega, sin fuertes efectos sobre el estado funcional de las células.

Síntesis, toxicidad, biocompatibilidad y aplicaciones biomédicas del grafeno y los materiales relacionados con él

El grafeno es un cristal atómico bidimensional, y desde su desarrollo se ha aplicado de muchas formas novedosas tanto en la investigación como en la industria. El grafeno posee propiedades únicas y se ha utilizado en muchas aplicaciones, como sensores, baterías, pilas de combustible, supercondensadores, transistores, componentes de maquinaria de alta resistencia y pantallas de visualización en dispositivos móviles. En la última década, las aplicaciones biomédicas del grafeno han despertado un gran interés. Se ha informado de que el grafeno tiene actividades antibacterianas, antiplaquetarias y anticancerígenas. Varias características destacadas del grafeno lo convierten en un candidato potencial para aplicaciones biológicas y biomédicas. La síntesis, la toxicidad, la biocompatibilidad y las aplicaciones biomédicas del grafeno son cuestiones fundamentales que requieren una investigación exhaustiva en cualquier tipo de aplicaciones relacionadas con el bienestar humano. Por lo tanto, esta revisión aborda los diversos métodos disponibles para la síntesis del grafeno, con especial referencia a la síntesis biológica, y destaca las aplicaciones biológicas del grafeno con un enfoque en la terapia del cáncer, la administración de fármacos, la bioimagen y la ingeniería de tejidos, junto con una breve discusión de los desafíos y las perspectivas futuras del grafeno. Esperamos ofrecer una revisión exhaustiva de los últimos avances en la investigación sobre el grafeno, desde la síntesis hasta las aplicaciones.

Aplicaciones y toxicidad de los nanomateriales de la familia del grafeno y sus compuestos

El grafeno ha atraído mucha atención de la comunidad científica debido a su enorme potencial en diferentes campos, incluidas las ciencias médicas, la agricultura, la seguridad alimentaria, la investigación del cáncer y la ingeniería de tejidos. El potencial de exposición humana generalizada plantea preocupaciones de seguridad sobre el grafeno y sus derivados, conocidos como nanomateriales de la familia del grafeno (GNF). Debido a sus propiedades químicas y físicas únicas, el grafeno y sus derivados han encontrado lugares importantes en sus respectivos campos de aplicación, sin embargo, también se encuentra que tienen efectos citotóxicos y genotóxicos. Desde el descubrimiento del grafeno, se están llevando a cabo una serie de investigaciones para descubrir el potencial tóxico de los GNF para diferentes modelos celulares y animales, encontrando su idoneidad para ser utilizados en nuevos y variados campos innovadores. Este artículo presenta una revisión sistemática de la investigación realizada sobre las GNF y da una idea del modo y la acción de estas pequeñas de tamaño nanométrico. El documento también hace hincapié en los desarrollos recientes y actualizados en la investigación sobre GFN y sus nanocompuestos por sus efectos tóxicos

La toxicidad del grafeno como arma de doble filo de riesgos y oportunidades explotables: un análisis crítico de las tendencias y desarrollos más recientes

El aumento de los volúmenes de producción y la ampliación del espectro de aplicación del grafeno han suscitado preocupación por sus posibles efectos adversos para la salud humana. Numerosos informes demuestran que el grafeno, independientemente de su forma particular, ejerce sus efectos sobre una amplia gama de organismos vivos, incluidas las bacterias y virus procariotas, las plantas, los micro y macroinvertebrados, las células de mamíferos y humanos y los animales enteros in vivo. Sin embargo, los datos experimentales disponibles son a menudo una cuestión de divergencia significativa e incluso controversia. Por lo tanto, proporcionamos aquí un análisis crítico de los informes más recientes (2015-2016) acumulados en el campo de la biocompatibilidad y toxicología de materiales relacionados con el grafeno para dilucidar los logros de vanguardia, las tendencias emergentes y las oportunidades futuras en el área. Los hallazgos experimentales de los diversos sistemas modelo in vitro e in vivo se analizan en el contexto de los escenarios de exposición al grafeno más probables, como la inhalación respiratoria, la vía de ingestión, la administración parenteral y la exposición tópica a través de la piel. Los factores clave que influyen en la toxicidad del grafeno y sus derivados complejos, así como los posibles enfoques de mitigación de riesgos que explotan las propiedades fisicoquímicas del grafeno, las modificaciones superficiales y las posibles vías de degradación, también se discuten junto con sus aplicaciones emergentes para la atención médica, el diagnóstico y los enfoques terapéuticos innovadores.

Evaluación in vitro de la toxicidad del óxido de grafeno en células humanas RPMI 8226

Este estudio había investigado la posible toxicidad del óxido de grafeno y sus mecanismos en células de mieloma múltiple (células RPMI 8226) utilizando citometría de flujo y un lector de microplacas multifuncional. Las células RPMI 8226 se cultivaron con varias concentraciones de óxido de grafeno, luego se midió la viabilidad celular, el malondialdehído, el glutatión y la apoptosis. Encontramos que el óxido de grafeno dependiente de la dosis redujo la viabilidad de las células RPMI 8226 del mieloma múltiple humano. También encontramos que los niveles intracelulares de malondialdehído aumentaron, mientras que los niveles de glutatión disminuyeron dependiendo de la dosis. No hubo cambios obvios en la tasa de apoptosis celular en comparación con el grupo de control. En resumen, el óxido de grafeno depende de la dosis citotóxica para las células RPMI 8226 cultivadas, y su toxicidad está estrechamente asociada con el aumento del estrés oxidativo.

Toxicidad de materiales relacionados con grafeno y dicalcogenuros de metales de transición

El dramático aumento en el desarrollo y la aplicación de materiales relacionados con el grafeno (grafeno, óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido), así como de dicalcogenuros de metales de transición en capas de tamaño nanométrico da un fuerte incentivo para estudiar la toxicidad de estos nanomateriales. Se encontró que el tamaño, el área de superficie, la forma, el número de capas y la cantidad y el tipo de grupos que contienen oxígeno influyen fuertemente en la toxicidad de los nanomateriales. Aquí se revisan importantes estudios de toxicidad con un enfoque en los materiales mencionados anteriormente.

Cribado del potencial tóxico de los nanomateriales de la familia del grafeno utilizando sistemas de ensayo de toxicidad in vitro e in vivo alternativos

Objetivos

Las aplicaciones ampliamente prometedoras de los nanomateriales de grafeno plantean preocupaciones considerables con respecto a su evaluación de riesgos para el medio ambiente y la salud humana. El objetivo del presente estudio fue evaluar el perfil de toxicidad de los nananomateriales de la familia del grafeno (GNGF) en modelos alternativos de ensayos de toxicidad in vitro e in vivo.

Métodos

Los GNF utilizados en este estudio son nanoplaquetas de grafeno ([GNPs]–prístinos, carboxilato [COOH] y amida [NH2]) y óxidos de grafeno (capa única [SLGO] y pocas capas [FLGO]). Las células epiteliales bronquiales humanas (células Beas2B) como sistema in vitro y el nematodo Caenorhabditis elegans como sistema in vivo se utilizaron para perfilar la respuesta de toxicidad de los GFN. Se utilizaron ensayos de citotoxicidad, ensayo de formación de colonias para toxicidad celular y potencialidad de reproducción en C. elegans como puntos finales para evaluar la toxicidad de los GFN.

Resultados

En general, los GNP exhibieron una toxicidad más alta que los GOs en las células Beas2B, y entre los GNPs el orden de toxicidad fue prístino>NH2>COOH. Aunque el orden de toxicidad de los PNG se mantuvo en C. elegans toxicidad reproductiva, se encontró que los GOs eran más tóxicos en los gusanos que los GNPs. En ambos sistemas, SLGO exhibió una dependencia de dosis profundamente mayor que FLGO. La posible razón de su toxicidad diferencial reside en sus características fisicoquímicas distintivas y su comportamiento de aglomeración en los medios de exposición.

Conclusiones

El presente estudio reveló que la toxicidad de los GFN depende de las formas físicas del nanomaterial de grafeno, las funcionalizaciones de la superficie, el número de capas, la dosis, el tiempo de exposición y, obviamente, de los sistemas modelo alternativos utilizados para la evaluación de la toxicidad.

Una revisión de los estudios de toxicidad en nanomateriales a base de grafeno en animales de laboratorio

Resumimos los hallazgos de los estudios de toxicidad en nanomateriales a base de grafeno (GNM) en mamíferos de laboratorio. La inhalación de grafeno (GP) y óxido de grafeno (GO) indujo sólo una toxicidad pulmonar mínima. La exposición de las vías respiratorias en bolo a GP y GO causó inflamación pulmonar aguda y subaguda. El GO de gran tamaño (L-GO) era más tóxico que el GO de tamaño pequeño (S-GO). El GP administrado por vía intratraqueal pasó a través de la barrera aire-sangre hacia la sangre y el GO intravenoso se distribuyó principalmente en los pulmones, el hígado y el bazo. S-GO y L-GO se acumularon principalmente en el hígado y los pulmones, respectivamente. La información limitada mostró la potencial toxicidad y genotoxicidad conductual, reproductiva y de desarrollo de los GNM. Hay indicios de que el estrés oxidativo y la inflamación pueden estar involucrados en la toxicidad de los GNM. La reactividad superficial, el tamaño y el estado de dispersión de los GNM desempeñan un papel importante en la inducción de la toxicidad y la biodistribución de los GNM. Aunque este documento de revisión proporciona información inicial sobre la toxicidad potencial de los GNM, los datos siguen siendo muy limitados, especialmente cuando se tienen en cuenta los muchos tipos diferentes de GNM y sus posibles modificaciones. Para llenar el vacío de datos, se deben realizar más estudios utilizando mamíferos de laboratorio expuestos utilizando la ruta y la dosis previstas para los escenarios de exposición humana.

Nanomateriales a base de grafeno: aplicaciones biológicas y médicas y toxicidad

El grafeno y sus derivados, debido a una amplia gama de propiedades únicas que poseen, pueden utilizarse como material de partida para la síntesis de nanocomplejos útiles para estrategias terapéuticas innovadoras y biodiagnósticos. Aquí, resumimos los últimos avances en grafeno y sus derivados y sus aplicaciones potenciales para la administración de fármacos, la administración de genes, el biosensor y la ingeniería de tejidos. También se presenta una comparación simple con los usos de los nanotubos de carbono en biomedicina. También discutimos su toxicidad y biocompatibilidad in vitro e in vivo en tres reinos de vida diferentes (células bacterianas, de mamíferos y vegetales). Se produjeron todos los aspectos de cómo se internaliza el grafeno después de la administración in vivo o la exposición celular in vitro, y explican cómo la barrera hematoencefálica puede superponerse con los nanomateriales de grafeno

Toxicidad de las nanopartículas de la familia del grafeno: una revisión general de los orígenes y mecanismos

Debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, los nanomateriales de la familia del grafeno (GFN) son ampliamente utilizados en muchos campos, especialmente en aplicaciones biomédicas. Actualmente, muchos estudios han investigado la biocompatibilidad y toxicidad de los GFN in vivo y en introducción. En general, los GFN pueden ejercer diferentes grados de toxicidad en animales o modelos celulares siguiendo diferentes vías de administración y penetrando a través de barreras fisiológicas, posteriormente se distribuyen en tejidos o se localizan en células, siendo finalmente excretados fuera de los cuerpos. Esta revisión recopila estudios sobre los efectos tóxicos de las GFN en varios órganos y modelos celulares. También señalamos que varios factores determinan la toxicidad de los GNF, incluido el tamaño lateral, la estructura de la superficie, la funcionalización, la carga, las impurezas, las agregaciones y el efecto corona, etc. Además, se han revelado varios mecanismos típicos subyacentes a la toxicidad de GFN, por ejemplo, destrucción física, estrés oxidativo, daño al ADN, respuesta inflamatoria, apoptosis, autofagia y necrosis. En estos mecanismos, (receptores tipo toll-) TLR-, factor de crecimiento transformante β- (TGF-β-) y factor de necrosis tumoral-alfa (TNF-α) vías dependientes están involucradas en la red de vías de señalización, y el estrés oxidativo juega un papel crucial en estas vías. En esta revisión, resumimos la información disponible sobre los factores reguladores y los mecanismos de toxicidad de las GFN, y proponemos algunos desafíos y sugerencias para futuras investigaciones de las GFN, con el objetivo de completar los mecanismos toxicológicos y proporcionar sugerencias para mejorar la seguridad biológica de las GFN y facilitar su amplia aplicación.

Toxicidad del grafeno prístino en experimentos en un modelo de embrión de pollo

La evaluación de la citotoxicidad potencial del grafeno es un factor clave para aplicaciones médicas, donde las escamas o una superficie de grafeno pueden usarse como moléculas bioactivas, portadoras de fármacos o biosensores. En el presente trabajo, los efectos del grafeno prístino (pG) en el desarrollo de un organismo vivo, con énfasis en los estados morfológicos y moleculares del cerebro, se investigaron utilizando un modelo de embrión de pollo. Los huevos de gallina fertilizados se dividieron en el grupo de control y los grupos administrados con pG suspendido en agua mili-Q a concentraciones de 50 μg/L, 100 μg/L, 500 μg/L, 1.000 μg/L, 5.000 μg/L y 10.000 μg/L (n=30 por grupo). Las soluciones experimentales se inyectaron en ovo en la albúmina y luego se incubaron los huevos. Después de 19 días de incubación, se midió la supervivencia, el peso del cuerpo y los órganos, y los índices bioquímicos del suero sanguíneo. Las muestras de cerebro se recolectaron para el examen microscópico de la ultraestructura cerebral y las mediciones de la expresión de genes y proteínas. La supervivencia de los embriones disminuyó significativamente después del tratamiento con pG, pero los pesos corporales y de órganos, así como los índices bioquímicos, no se vieron afectados. En todos los grupos de tratamiento, se observaron algunas ultraestructuras atípicas del cerebro, pero no fueron mejoradas por el aumento de las concentraciones de pG. La expresión del antígeno nuclear celular proliferante en el nivel de ácido ribonucleico mensajero se rereguló a la baja, y el número de núcleos positivos para antígeno nuclear celular proliferante se redujo significativamente en los grupos de 500-10,000 μg / L en comparación con el grupo de control, lo que indica una disminución de la tasa de síntesis de ácido desoxirribonucleico en el cerebro. Los presentes resultados demuestran algunos efectos nocivos de las escamas de pG aplicadas en el organismo en desarrollo, incluido el tejido cerebral, que deben considerarse antes de cualquier aplicación médica

El caolín alivia la toxicidad del óxido de grafeno para las células de mamíferos

El desarrollo de nuevos vehículos a nanoescala para la administración de fármacos promueve el crecimiento del interés en las investigaciones de interacción entre nanomateriales. En este trabajo, informamos de los estudios in vitro de la respuesta fisiológica de las células eucariotas a la incubación con óxido de grafeno y nanoarcilla de caolín plano. Los materiales de la familia del grafeno, incluido el óxido de grafeno (GO), son prometedores para numerosas aplicaciones debido a sus propiedades electrónicas únicas. Sin embargo, el óxido de grafeno revela toxicidad para algunas líneas celulares a través de un mecanismo no identificado. Por lo tanto, los métodos y agentes que reducen la toxicidad del óxido de grafeno pueden ampliar su aplicación práctica. Se utilizó una prueba colorimétrica, citometría de flujo y métodos de ensayo de índice celular para evaluar los efectos de la aplicación separada y combinada de óxido de grafeno y caolín en células de mamíferos. Hemos demostrado que la aplicación conjunta de óxido de grafeno y caolín redujo los efectos negativos del grafeno en casi un 20%, muy probablemente debido a la coagulación de las nanopartículas entre sí, que se detectó por microscopía de fuerza atómica.

Evaluación de la toxicidad in vivo de los materiales de grafeno: métodos actuales y perspectivas futuras

El grafeno, un nuevo nanomaterial de carbono 2D con propiedades únicas, ha atraído una atención masiva. La evaluación de su toxicidad es de gran importancia debido a sus aplicaciones potenciales en muchos campos, especialmente en biomedicina. En esta revisión, se discutirá y resumirá la toxicidad de los nanomateriales a base de grafeno (GNM) y los mecanismos relacionados a nivel molecular y celular, varios enfoques para la evaluación de la toxicidad in vivo de los GNM y los principales factores que definen su toxicidad. Esta revisión permitirá una mejor comprensión de la toxicidad in vitro e in vivo de los GNM, lo que, según creemos, puede facilitar el diseño y la fabricación de sistemas basados en GNM novedosos, biocompatibles y eficientes para aplicaciones biomédicas.

Toxicidad del óxido de grafeno en bacterias intestinales y células Caco-2

En los últimos años, los nuevos nanomateriales han recibido mucha atención debido a su gran potencial para aplicaciones en la agricultura, la seguridad alimentaria y el envasado de alimentos. Entre ellos, el grafeno y el óxido de grafeno (GO) están emergiendo como nanomateriales prometedores que pueden tener un profundo impacto en el envasado de alimentos. Sin embargo, existen algunas preocupaciones de los consumidores y la comunidad científica sobre la posible toxicidad y biocompatibilidad de los nanomateriales. En este estudio, investigamos las propiedades antibacterianas de GO contra las bacterias intestinales humanas. La citotoxicidad de GO también se estudió in vitro utilizando la línea celular Caco-2 derivada de un carcinoma de colon. Se utilizó microscopía electrónica para investigar la morfología de GO y la interacción entre las escamas de GO y las células Caco-2. Go a diferentes concentraciones (10 a 500 μg/ml) no mostró toxicidad contra las bacterias seleccionadas y una acción citotóxica leve sobre las células Caco-2 después de 24 h de exposición. Los resultados muestran que la adsorción débil de nutrientes medios puede contribuir a la baja toxicidad de GO. Este estudio sugiere que el GO es biocompatible y tiene un potencial para ser utilizado en la agricultura y la ciencia de los alimentos, lo que indica que se necesitan más estudios para explotar sus aplicaciones potenciales.

Un estudio comparativo de la toxicidad de graphdiyne y óxido de grafeno para las células endoteliales de la vena umbilical humana

El éxito del óxido de grafeno (GO) ha atraído amplios intereses de investigación en el desarrollo de nuevos nanomateriales 2D (NM). Graphdiyne (GDY) es un nuevo miembro de los NM 2D basados en carbono que poseen sp- y sp2-átomos de carbono hibridados. Sin embargo, la toxicidad de GDY se investiga menos como GO. En este estudio, comparamos la toxicidad de GDY y GO con las células endoteliales de la vena umbilical humana (HUVÉCs). La exposición a hasta 100 μg/ml de GDY y GO indujo citotoxicidad, pero no hubo diferencias estadísticamente significativas entre GDY y GO. A concentración no citotóxica, 25-μg/ml de GDY o GO condujeron a la internalización de los NM, típicamente en el citoplasma pero no en los núcleos. Solo GO pero no GDY aumentó significativamente la adhesión de THP-1 a los HUVÉC expuestos a NM. Mientras tanto, en comparación con GDY, GO promovió de manera más efectiva la liberación de la molécula de adhesión celular intracelular soluble-1 (sICAM-1), lo que indica los efectos diferenciales de GDY y GO sobre la activación endotelial. Ni GDY ni GO indujeron superóxido intracelular. Sin embargo, GO promovió significativamente la expresión de los genes de estrés del retículo endoplásmico (ER) activando el factor de transcripción 4 (ATF4) y la proteína de unión a la caja X 1 empalmada (XBP-1s), así como los genes de piroptosis NLR familia del dominio de la pirina que contiene 3 (NLRP3) y gasdermin D (GSDMD), mientras que GDY no mostró este efecto. Los resultados sugirieron que GDY y GO podrían internalizarse en HUVECs dando lugar a efectos citotóxicos. Sin embargo, GO fue más potente para activar la activación endotelial probablemente debido a la activación de los genes de estrés ER y piroptosis.

Evaluación de la toxicidad de los derivados del grafeno en las células de la superficie luminal pulmonar

Se espera que los nanomateriales a base de grafeno tengan un profundo impacto en una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, los estudios dedicados a investigar los supuestos efectos adversos para la salud de estos nanomateriales están muy poco representados en la literatura científica actual. Hemos investigado el vitro toxicidad celular a corto plazo asociada a derivados del grafeno (GD): óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido. Este estudio se centró en la toxicidad de la GD en dos tipos de células (es decir, células epiteliales y macrófagos) que se encuentran en el aspecto luminal del sistema respiratorio, donde la exposición inicial a estos materiales es más prominente. El óxido de grafeno exhibió una acción citotóxica leve en comparación con los nanotubos de carbono en células epiteliales y macrófagos. La interacción del nanomaterial con la superficie celular generó especies reactivas de oxígeno durante la fase inicial de los estudios de microscopía electrónica de exposición y transmisión mostró que las escamas de óxido de grafeno de diferentes tamaños son tomadas por las células a través de una vía endocítica, tanto en células epiteliales como en macrófagos.

La toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno

Recientemente, ha habido un interés en rápida expansión en un nuevo nanomaterial, los puntos cuánticos de grafeno, debido a su profundo potencial en diversas aplicaciones avanzadas. A pesar de su emocionante perspectiva de aplicación, la toxicología del material debe abordarse bien antes de su uso práctico en áreas altamente prospectivas, especialmente para bioposiciones como la biodetección, la biocomposición y la nanomedicina(por ejemplo, la administración de fármacos). Esta revisión proporciona una descripción completa del estado actual de la investigación con respecto a la toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno (GQD), incluidos los GQD en bruto, los GQD dopados químicamente y los GQD funcionalizados químicamente. Resume los ensayos existentes sobre toxicidad tanto in vivo como in vitro. Se discuten temas importantes que incluyen el mecanismo de absorción por las células y los parámetros que rigen la toxicidad de los GQD (como la concentración, los métodos de síntesis, el tamaño de las partículas, la química de la superficie y el dopaje químico). También cubre demostraciones sobre la regulación de la toxicidad de los GQD a través de la modificación química, ya que también es evidente un mecanismo de toxicidad a través de la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) por parte de algunos GQD. Sobre la base de la evaluación del estado actual de la investigación, también se sugieren posibles perspectivas futuras.

Grafeno en el medio acuático: adsorción, dispersión, toxicidad y transformación

Los nanomateriales de la familia del grafeno (GNG), incluido el grafeno prístino, el óxido de grafeno reducido (rGO) y el óxido de grafeno (GO) ofrecen un gran potencial de aplicación, lo que lleva a la posibilidad de su liberación en ambientes acuáticos. Tras la exposición, el grafeno /rGO y el GO exhiben diferentes propiedades de adsorción hacia los adsorbatos ambientales, por lo que se discuten las interacciones moleculares en la interfaz GFN-agua. Después de la adsorción de solutos, los comportamientos de dispersión/agregación de los GFN pueden verse alterados por la química de la solución, así como por la presencia de partículas coloidales y biocoloides. GO tiene un rendimiento de dispersión diferente del grafeno prístino y el rGO, lo que se demuestra aún más a partir de las propiedades de la superficie. Tras la exposición en ambientes acuáticos, los GNG tienen impactos adversos en los organismos acuáticos (por ejemplo, bacterias, algas, plantas, invertebrados y peces). Se revisan los mecanismos de toxicidad de las GFN a nivel celular y se presentan los puntos poco claros restantes sobre mecanismos tóxicos como el daño a la membrana. Además, destacamos las rutas de transformación de GO a rGO. También se revisa la degradación de los GFN tras la exposición a la irradiación UV y/o biota. En vista de las preguntas sin respuesta, la investigación futura debe incluir una caracterización integral de las GFN, nuevos enfoques para explicar la agregación de las GFN, los comportamientos ambientales de la GO metaestable y la relación entre la dispersión de las GFN y las propiedades de adsorción relacionadas.

Comportamiento y toxicidad del grafeno y sus derivados funcionalizados en sistemas biológicos

El grafeno, como una clase de nanomaterial de carbono 2D, ha atraído un gran interés en diferentes áreas en los últimos años, incluida la biomedicina. La toxicidad y el comportamiento del grafeno en los sistemas biológicos son, por lo tanto, cuestiones fundamentales importantes que requieren una atención significativa. En este artículo, se revisa la toxicidad del grafeno describiendo el comportamiento del grafeno y sus derivados en microorganismos, células y animales. A pesar de ciertas inconsistencias en varios resultados experimentales detallados e hipótesis de mecanismos de toxicidad, los resultados de numerosos informes coinciden en que las propiedades fisicoquímicas como los grupos funcionales de superficie, cargas, recubrimientos, tamaños y defectos estructurales del grafeno pueden afectar su comportamiento in vitro / in vivo, así como su toxicidad en sistemas biológicos. Se espera que este artículo de revisión proporcione una comprensión general de los impactos, el comportamiento y la toxicología del grafeno y sus derivados en varios sistemas biológicos.

Toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno en embriones de pez cebra

Objetivo

Para evaluar la biosecuidad de los puntos cuánticos de grafeno (GQD), estudiamos sus efectos sobre el desarrollo embrionario del pez cebra.

Métodos

In vivo,la biodistribución y la toxicidad para el desarrollo de los GQD se investigaron en peces cebra embrionarios a concentraciones de exposición que oscilaron entre 12,5-200 μg/ml durante 4-96 h después de la fertilización (hpf). Se examinaron la mortalidad, la tasa de eclosión, la malformación, la frecuencia cardíaca, la absorción de GQD, el movimiento espontáneo y el comportamiento larvario.

Resultados

La fluorescencia de los GQD se localizó principalmente en los intestinos y el corazón. A medida que aumentaba la concentración de exposición, la eclosión y la frecuencia cardíaca disminuían, acompañadas de un aumento de la mortalidad. La exposición a un alto nivel de GQD (200 μg / ml) resultó en varias malformaciones embrionarias que incluyen edema pericárdico, quiste vitelino, columna doblada y cola doblada. El movimiento espontáneo disminuyó significativamente después de la exposición a GQD a concentraciones de 50, 100 y 200 μg/ml. Las pruebas de comportamiento larvario (prueba de luz visible) mostraron que la distancia total de natación y la velocidad disminuyeron dependiendo de la dosis. Los embriones expuestos a 12,5 μg/ml mostraron hiperactividad, mientras que la exposición a concentraciones más altas (25, 50, 100 y 200 μg/ml) causó una hipoactividad notable en la prueba de luz-oscuridad.

Conclusión

Las bajas concentraciones de GQD fueron relativamente no tóxicas. Sin embargo, los GQD interrumpen la progresión del desarrollo embrionario a concentraciones superiores a 50 μg/ml.

Toxicidad ocular de la exposición reducida al óxido de grafeno o al óxido de grafeno en ojos de ratón

Con la amplia aplicación y producción en masa de productos de nanopartículas, los nanocontaminantes ambientales serán cada vez más comunes. El ojo es un órgano importante responsable de la visión en la mayoría de los organismos vivos, y está directamente expuesto a la atmósfera. El contacto directo entre el ojo y las nanopartículas en el medio ambiente puede conducir potencialmente a daños oculares. Sin embargo, las publicaciones centradas en el potencial dañino para los ojos de las nanopartículas son escasas. Por lo tanto, para evaluar el impacto de las nanopartículas en los ojos, investigamos la toxicidad ocular del óxido de grafeno reducido (RGO) y el óxido de grafeno (GO) utilizando métodos biológicos morfológicos y moleculares.moleculares in vivo e in vitro en la presente obra. Los hallazgos muestran que la exposición repetida a corto plazo a GO puede causar inflamación intraocular obvia, una capa estromal corneal incrasada, apoptosis celular en la córnea, neovascularización del iris y citotoxicidad significativa de las células epiteliales corneales de rata (rCEC), mientras que RGO no causa toxicidad ocular significativa en ratones.

Endoperóxidos revelados como origen de la toxicidad del óxido de grafeno

La aplicación biomedicinal de óxido de grafeno (GO) está limitada por su citotoxicidad y mutagenicidad. Para determinar qué fragmentos químicos de GO son responsables de esta toxicidad, se generaron y compararon los GO que contienen grupos redox-activos variables en la superficie. Los resultados revelan que los endoperóxidos juegan un papel decisivo en el estrés oxidativo inducido por GO.

Las posibles aplicaciones biomedicinales del óxido de grafeno (GO), por ejemplo, como portador de biomoléculas o reactivo para la terapia fototérmica y la biodesección, están limitadas por su citotoxicidad y mutagenicidad. Se cree que estas propiedades son al menos parcialmente causadas por el estrés oxidativo inducido por GO en las células. Sin embargo, no se sabe qué fragmentos químicos de GO son responsables de este efecto desfavorable. Generamos cuatro GO que contienen grupos redox-activos variables en la superficie, incluido Mn2+, radicales centrados en C y endoperóxidos (EP). Una comparación de las capacidades de estos materiales para generar especies reactivas de oxígeno en células de cáncer de cuello uterino humano reveló que los EP desempeñan un papel crucial en el estrés oxidativo inducido por GO. Estos datos podrían aplicarse al diseño racional de GOs biocompatibles no tóxicos para aplicaciones biomédicas

Toxicidad y eficacia de los nanotubos de carbono y el grafeno: la utilidad de las nanopartículas a base de carbono en la nanomedicina

Los nanomateriales a base de carbono han atraído un gran interés en aplicaciones biomédicas como imágenes avanzadas, regeneración de tejidos y administración de fármacos o genes. La toxicidad de los nanotubos de carbono y el grafeno sigue siendo un tema debatido, aunque se han reportado muchos estudios toxicológicos en la comunidad científica. En esta revisión, se resumen los efectos biológicos de los nanotubos de carbono y el grafeno en términos de toxicidad in vitro e in vivo, genotoxicidad y toxicocinética. La dosis, la forma, la química de la superficie, la ruta de exposición y la pureza desempeñan un papel importante en el metabolismo de los nanomateriales a base de carbono, lo que resulta en una toxicidad diferencial. El examen cuidadoso de las propiedades físico-químicas de los nanomateriales a base de carbono se considera un enfoque básico para correlacionar la respuesta toxicológica con las propiedades únicas de los nanomateriales de carbono. El mecanismo tóxico mediado por especies reactivas de oxígeno de los nanotubos de carbono ha sido ampliamente discutido y se han propuesto estrategias, como la modificación de la superficie, para reducir la toxicidad de estos materiales. Los nanomateriales a base de carbono utilizados en la terapia fototérmica, la administración de fármacos y la regeneración de tejidos también se analizan en esta revisión. La toxicocinética, la toxicidad y la eficacia de los nanotubos y el grafeno a base de carbono aún deben investigarse más a fondo para allanar el camino para las aplicaciones biomédicas y una mejor comprensión de sus posibles aplicaciones a los seres humanos.

Evaluación sistemática de la toxicidad y el mecanismo potencial de los derivados del grafeno in vitro e in vivo

El grafeno es un cristal bidimensional que se despoja del grafito prístino y está hecho de una sola capa de átomos de carbono. Al contener numerosos grupos funcionales, los derivados del grafeno (GD) podrían modificarse fácilmente y han despertado una gran atención para posibles aplicaciones en biomedicina. Sin embargo, el grafeno prístino y el óxido de grafeno (GO) podrían despertar toxicidad celular y animal. Para detectar GD con alta biocompatibilidad aplicada para biomedicina, se realizó una comparación general sobre las toxicidades de seis GD con diversos tipos de modificación de la superficie, tamaño y estado redox, incluyendo GO, GO reducido (rGO), punto cuántico de grafeno (GQD), GQD nominado (GQD-NH2),GQD carboxilo (GQD-COOH) y punto cuántico de óxido de grafeno (GOQD). En contraste, se encontró que el gran tamaño de partícula, el estado de oxidación, la alta concentración y el largo tiempo de exposición eran factores desfavorables que afectaban la viabilidad celular. Exploramos además el mecanismo de diferente toxicidad, que podría contribuir a la destrucción de la membrana celular por bordes afilados de GD (liberación de LDH, hemólisis), producción de ROS, respuestas inmunoinflamatorias y activación de vías apoptóticas (IKK / IκBα / NF-κB y BAX / BCL-2). En general, nuestros datos combinados exploraron principalmente el mecanismo bioquímico y molecular relacionado que subyace a los comportamientos biológicos y la toxicidad de los GD, y también identificamos que GQD, GQD-NH2,GQD-COOH y GOQD podrían usarse de manera segura para la aplicación biomédica como portadores de fármacos

Papel de los nanocompuestos de grafeno en la terapia del cáncer: aplicaciones teranósticas, destino metabólico y problemas de toxicidad

El grafeno y sus nanocompuestos modificados han ganado mucha atención en los últimos tiempos en la terapia del cáncer como nanoteranósticos debido al bajo costo de producción, la facilidad en la síntesis y las propiedades fisicoquímicas (área de superficie ultra grande con estructura plana y conjugación π-π con los medicamentos / biomoléculas insaturados y aromáticos) que son favorables para múltiples cargas útiles y orientación de medicamentos. Sin embargo, los nanocompuestos de grafeno son un desarrollo relativamente nuevo y rápido. La adopción de nanocompuestos de grafeno en la investigación de nanobiomedicina del cáncer plantea preguntas sobre el metabolismo y la disposición in vivo, así como la interacción biológica y el perfil de seguridad de estas nanopartículas. En la literatura se dispone de hallazgos limitados in vitro e in vivo, lo que indica las inconsistencias sobre los factores que afectan la bioincontacción y la toxicidad in vivo. En la actualidad, existe una falta de biodistribución anticipada y un patrón de toxicidad del grafeno. Parece que la funcionalización de la superficie, el recubrimiento biocompatible y el tamaño son los factores clave para determinar el destino metabólico de los nanocompuestos de grafeno. Los datos de toxicidad in vitro e in vivo sugieren que los nanocompuestos de grafeno exhiben toxicidad dependiente de la dosis y el tamaño. Esta revisión resume los resultados actualizados de la investigación de este prometedor nanomaterial inorgánico para el tratamiento del cáncer. Además, también se discutirán en detalle el destino metabólico y los problemas de toxicidad del grafeno y sus nanocompuestos.

Control de la interfaz grafeno-bio: dispersiones en sueros animales para una mayor estabilidad y una menor toxicidad

La exfoliación en fase líquida del grafito en seis sueros animales diferentes y la evaluación de su toxicidad se informan aquí. Anteriormente, informamos de la exfoliación del grafeno utilizando proteínas, y aquí extendemos este enfoque a fluidos animales complejos. Una licuadora de cocina con un flujo de alta turbulencia dio alta calidad y máxima eficiencia de exfoliación en todos los sueros probados, en comparación con los valores encontrados con los métodos de corte y ultrasonido. Los espectros Raman y la microscopía electrónica confirmaron la formación de grafeno de tres o cuatro capas, tamaño submicrómetro, independientemente del suero utilizado. El grafeno preparado en suero se transfirió directamente a los medios de cultivo celular sin post-tratamientos. Contrariamente a muchos informes, un estudio de nanotoxicidad de este grafeno completamente disperso a células renales embrionarias humanas, células de cáncer de pulmón humano y nematodos(Caenorhabditis elegans)no mostró toxicidad aguda durante hasta 7 días a varias dosis (50-500 μg / ml), pero la exposición prolongada a dosis más altas (300-500 μg / ml, 10-15 días) mostró citotoxicidad para las células (∼95% de muerte) y toxicidad reproductiva para C. elegans (Reducción del 5-10% en el tamaño de la cría). Se encontró que el origen de la toxicidad se debía a las láminas de grafeno más pequeñas altamente fragmentadas (<200 nm), mientras que las hojas más grandes no eran tóxicas (dosis de 50-300 μg / ml). En contraste, se ha encontrado que el grafeno producido con colato de sodio como mediador es citotóxico para estas células en estas dosis. Demostramos que la toxicidad del grafeno exfoliado en fase líquida se atribuye a fracciones altamente fragmentadas o agentes exfoliantes no biocompatibles. Por lo tanto, las suspensiones de grafeno / suero de baja toxicidad se producen por un método fácil en medios biológicos, y este enfoque puede acelerar el desarrollo tan esperado de grafeno para aplicaciones biológicas.

Comprensión mecanicista hacia la toxicidad de los materiales de la familia del grafeno para las algas de agua dulce

Toxicidad in vitro y ambiental del óxido de grafeno reducido como aditivo en lubricantes automotrices

A pesar del potencial innovador de los nanomateriales, su incorporación segura y sostenible en una variedad de mercados industriales provoca una comprensión profunda y clara de su toxicidad potencial tanto para los seres humanos como para el medio ambiente. Entre los muchos materiales con gran potencial, el grafeno ha demostrado ser prometedor en una variedad de aplicaciones; sin embargo, el impacto de los productos a base de grafeno en los sistemas vivos sigue siendo poco conocido. En este artículo, ilustramos que mediante la explotación de las propiedades tribológicas de las nanoláminas de grafeno, podemos mejorar con éxito tanto el comportamiento de fricción como la capacidad antidesgaste del aceite lubricante para la transmisión mecánica. En virtud de reducir la fricción y mejorar la vida útil del lubricante, podemos pronosticar una reducción en la pérdida de energía basada en la fricción, además de una disminución en la huella de carbono de los vehículos. El impacto ambiental positivo antes mencionado se fortalece aún más teniendo en cuenta la falta de toxicidad aguda encontrada en nuestra extensa investigación in vitro, en la que se probaron células eucariotas y procariotas. Colectivamente, nuestro cuerpo de trabajo sugiere que mediante el uso de nanoaditivos seguros podríamos contribuir a reducir el impacto ambiental del transporte y, por lo tanto, dar un paso positivo hacia un sector automotriz más sostenible. El flujo de trabajo propuesto aquí para la evaluación de la toxicidad humana y ambiental permitirá el estudio del material de grafeno desnudo de tamaño nanométrico y se puede aplicar ampliamente a la traducción de nanomateriales a base de grafeno en el mercado.

Materiales a base de grafeno Toxicidad in vitro y sus relaciones estructura-actividad: una revisión sistemática de la literatura

Las propiedades únicas de los materiales a base de grafeno (GBM) los colocaron entre los nanomateriales más emocionantes de la última década. Los científicos y la industria esperan trabajar no solo con GBM eficientes, sino también seguros y sostenibles. Diseñar un GBM más seguro por diseño implica adquirir el conocimiento de qué características fisicoquímicas (PCC) pueden aumentar la toxicidad. En esta revisión sistemática, se extrajeron los datos de la literatura para proporcionar la información disponible sobre la relación estructura-actividad de los GBM. Se incluyen 93 artículos que estudian un total de 185 GBM. Los óxidos de grafeno (GOs) y los grafenos de pocas capas (FLG) son los GBM más estudiados. Mientras que los óxidos de grafeno reducidos a menudo se clasificaban como poco oxidantes y débilmente citotóxicos, los puntos cuánticos de grafeno eran en su mayoría moderada o altamente citotóxicos. Los FLG demostraron relaciones entre el tamaño medio y el estrés oxidativo, entre el tamaño lateral y la citotoxicidad y el estrés oxidativo, y entre el grosor y la citotoxicidad. También subrayamos las relaciones entre el tamaño mediano, el tamaño lateral y el grosor de los GO y el estrés oxidativo. Sin embargo, parece difícil destacar las relaciones claras estructura-actividad para la mayoría de los PCC y los puntos finales biológicos porque, a pesar de una gran cantidad de datos disponibles, los GBM a menudo están demasiado mal caracterizados en términos de descriptores de PCC y la investigación de los puntos finales biológicos no está lo suficientemente estandarizada. Existe una necesidad urgente de una mejor estandarización de la investigación experimental tanto de los PCC como de los puntos finales biológicos para permitir que los equipos de investigación desempeñen un papel en el trabajo colaborativo hacia la construcción de un GBM más seguro por diseño a través de una mejor comprensión de sus impulsores clave de toxicidad.

Toxicidad de diferentes formas de grafeno en un modelo de embrión de pollo

En el presente trabajo, se investigó la toxicidad de tres formas de grafeno: grafeno prístino (pG), óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (rGO) utilizando un modelo de embrión de pollo. Los huevos de gallina fertilizados se dividieron en el grupo de control y los grupos administrados con pG, GO y rGO, en concentraciones de 50, 500 y 5000 μg / ml. Las soluciones experimentales se inyectaron in ovo en los huevos, y en el día 18 de incubación, se midió la supervivencia embrionaria, el peso corporal y de los órganos, la ultraestructura de las muestras hepáticas y la concentración de 8-hidroxi-2′-desoxiguanosina (8-OHdG) en los hígados. La supervivencia de los embriones disminuyó significativamente después del tratamiento con todos los tipos de grafeno, pero no de manera dependiente de la dosis. Los pesos corporales solo se vieron ligeramente afectados por las dosis más altas de grafeno, mientras que los pesos de los órganos no fueron diferentes entre los grupos de tratamiento. En todos los grupos experimentales, se observó una ultraestructura atípica de hepatocitos y daño mitocondrial. La concentración del marcador de daño en el ADN 8-OHdG en el hígado disminuyó significativamente después de los tratamientos con pG y rGO. Se necesitan más estudios in vivo con diferentes modelos animales para aclarar el nivel de toxicidad de los diferentes tipos de grafeno y estimar las concentraciones apropiadas para evaluar sus aplicaciones biomédicas y su peligro ambiental

Toxicidad de nanotubos de carbono de paredes múltiples, óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido para embriones de pez cebra

Objetivo

Este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos tóxicos de 3 nanomateriales, es decir, nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), óxido de grafeno (GO) y óxido de grafeno reducido (RGO), en embriones de pez cebra.

Métodos

Los embriones de pez cebra de 2 h después de la fertilización (hpf) fueron expuestos a MWCNTs, GO y RGO en diferentes concentraciones (1, 5, 10, 50, 100 mg / L) durante 96 h. Posteriormente, se evaluaron los efectos de los 3 nanomaterias sobre el movimiento espontáneo, la frecuencia cardíaca, la velocidad de eclosión, la longitud de las larvas, la mortalidad y las malformaciones ls.

Resultados

El análisis estadístico indicó que RGO inhibió significativamente la eclosión de embriones de pez cebra. Además, RGO y MWCNT disminuyeron la longitud de las larvas eclosionadas a 96 hpf. No se observó ninguna malformación morfológica o mortalidad evidente en los embriones de pez cebra después de la exposición a los tres nanomateriales.

Conclusión

MwCNTs, GO y RGO fueron tóxicos para los embriones de pez cebra para influir en la eclosión de los embriones y la longitud de las larvas. Aunque no se observaron malformaciones morfológicas y mortalidad obvias en embriones de pez cebra expuestos, aún se necesitan más estudios sobre la toxicidad de los tres nanomateriales.

Derivación de los límites de exposición ocupacional para nanotubos de carbono de paredes múltiples y grafeno utilizando datos de toxicidad por inhalación subcrónica y un modelo de dosimetría de partículas de múltiples trayectorias

En este estudio, nuestro objetivo fue proporcionar los límites de exposición ocupacional (OEL) recomendados para nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) y nanomateriales de grafeno basados en datos de un estudio de toxicidad por inhalación subcrónica utilizando un modelo de dosimetría pulmonar. Se utilizó un nivel de efectos adversos no observados (NOAEL) de 0,98 mg m−3 y 3,02 mg m−3 en ratas para MWCNTs y grafeno, respectivamente. Los NOAELs se obtuvieron de un estudio de inhalación de 13 semanas en ratas. Las fracciones de deposición de MWCNTs y grafeno en el tracto respiratorio de ratas y humanos se calcularon utilizando el modelo de dosimetría de partículas de múltiples trayectorias (modelo MPPD, v3.04). La fracción de deposición en la región alveolar fue de 0,0527 y 0,0984 para MWCNTs y 0,0569 y 0,1043 para grafeno en ratas y pulmones humanos, respectivamente. Luego, las concentraciones de exposición equivalente en humanos (HEC) de MWCNTs y grafeno se calcularon de acuerdo con el método del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH). El HEC se estimó en 0,17 mg m−3 para mwCNTs y ser de 0,54 mg m−3 para el grafeno, que fue relevante para el NOAEL de rata de 0,98 mg m−3 y 3,02 mg m−3 para MWCNTs y grafeno, respectivamente. Finalmente, estimamos los OEL recomendados aplicando factores de incertidumbre (UFs) al HEC de la siguiente manera: un UF de 3 para las diferencias de especies (ratas a humanos), 2 para una duración experimental (subcrónica a crónica) y 5 para las variaciones inter-individuales entre los trabajadores. Por lo tanto, el OEL se estimó en 6 μg m−3 para MWCNTs y 18 μg m−3 para el grafeno. Estos valores podrían ser útiles para prevenir los efectos adversos para la salud de las nanopartículas en los trabajadores.

Avances recientes en nanomateriales a base de grafeno: propiedades, toxicidad y aplicaciones en química, biología y medicina

Esta revisión (con 239 refs.) resume el progreso que se ha logrado en las aplicaciones de nanomateriales a base de grafeno (como el grafeno simple, los óxidos de grafeno, los óxidos de grafeno dopado, los puntos cuánticos de grafeno) en biodetección, imágenes, administración de fármacos y diagnóstico. Después de una introducción en el campo, una primera gran sección cubre la toxicidad del grafeno y sus derivados (con subsecciones sobre toxicidad bacteriana y toxicidad tisular). El uso de nanomateriales a base de grafeno en sensores se revisa a continuación, con subsecciones sobre sensores y sondas electroquímicas, basadas en FET, fluorescentes, quimioluminiscentes y colorimétricas. El gran campo de imágenes se trata a continuación, con subcapítulos en métodos ópticos, basados en PET y basados en resonancia magnética. Una sección final resume el estado actual, aborda los desafíos actuales y ofrece una perspectiva sobre las posibles tendencias futuras

Biodistribución y toxicidad del grafeno de pocas capas radiomarcado en ratones después de la instilación intratraqueal

Fondo

Los riesgos potenciales para la salud humana de la exposición a la inhalación de grafeno han atraído un interés científico sustancial como resultado de las numerosas y emocionantes aplicaciones comerciales potenciales del grafeno. Sin embargo, la distribución a largo plazo del grafeno en los organismos después de la inhalación es desconocida, en gran parte como resultado de los desafíos asociados con la cuantificación precisa del grafeno.

Métodos

Se utilizó FLG marcada con carbono-14 para cuantificar la distribución in vivo de FLG en ratones después de la sonda oral o la instilación intratraqueal hasta 3 o 28 días después de la exposición, respectivamente.

Resultados

La FLG instilada intratraquealmente se retuvo principalmente en el pulmón con un 47 % restante después de 4 semanas. La exposición a FLG no etiquetada resultó en lesión pulmonar aguda dependiente de la dosis y edema pulmonar, pero estos efectos se aliviaron con el tiempo a pesar de la presencia continua de FLG en los pulmones. El uno por ciento y el 0,18 % de la FLG instilada intratraquealmente estaba presente en el hígado y el bazo, respectivamente, después de 14 días al pasar a través de la barrera aire-sangre, un hallazgo respaldado por los resultados de los experimentos de sonda oral que no mostraron absorción detectable a través del tracto gastrointestinal. Además, el 46,2 % de la FLG instilada intratraquealmente se excretó a través de las heces 28 días después de la exposición.

Conclusiones

Las mediciones cuantitativas revelaron el mecanismo de eliminación de flG y su biodistribución para dos vías de exposición. La persistencia del grafeno en el pulmón solo causó efectos pulmonares transitorios. Los resultados in vivo de distribución, eliminación y toxicidad proporcionados aquí medidos utilizando un método cuantitativo robusto respaldan la evaluación del riesgo para la salud humana del grafeno

Investigación de la toxicidad inducida por el estado de oxidación del óxido de grafeno PEGilado en el tejido ocular utilizando perfiles de expresión génica

El grafeno y sus derivados son ampliamente utilizados para una variedad de aplicaciones industriales, biomédicas y ambientales. Sin embargo, el daño potencial causado por la exposición de los ojos a nanomateriales a base de grafeno es escaso. Dado el potencial de estos materiales para ser utilizados en múltiples aplicaciones, existe una necesidad apremiante de evaluar su toxicidad ocular y comprender las relaciones entre sus propiedades físico-químicas y la toxicidad resultante. En este estudio, se evaluó la toxicidad del óxido de grafeno PEGilado (PEG-GO) con diferentes niveles de oxidación y/o cargas superficiales (carga positiva, negativa y neutra) utilizando dos modelos in vitro del ojo: células epiteliales corneales humanas primarias y células endoteliales capilares retinianas humanas. Los resultados mostraron que el nivel de oxidación, pero no la carga superficial, tuvo un efecto fundamental en la toxicidad de los nanomateriales a base de grafeno. Por lo general, la muestra de PEG-GO con un nivel de oxidación más alto causó una citotoxicidad más grave que aquellas con un nivel de oxidación más bajo. Además, mediante el análisis de los perfiles globales de expresión génica, encontramos que la respuesta celular más importante a la muestra de PEG-GO con un alto nivel de oxidación fue la respuesta al estrés oxidativo. A continuación, a través de la exploración del mecanismo molecular subyacente de la citotoxicidad inducida por el estrés oxidativo, mostramos que la muestra de PEG-GO con un alto grado de oxidación indujo especies reactivas de oxígeno (ROS) a través de la vía biológica mediada por NDUFB9. Este trabajo tiene implicaciones significativas para el diseño de nanomateriales seguros a base de grafeno para aplicaciones biomédicas

Toxicidad de las nanoparedes de grafeno y óxido de grafeno contra las bacterias

Se investigó la toxicidad bacteriana de las nanoláminas de grafeno en forma de nanoparedes de grafeno depositadas sobre sustratos de acero inoxidable para modelos Gram-positivos y Gram-negativos de bacterias. Las nanoparedes de óxido de grafeno se obtuvieron por deposición electroforética de Mg2+-nanoláminas de óxido de grafeno sintetizadas por un método de exfoliación química. Sobre la base de la medición del flujo de materiales citoplasmáticos de las bacterias, se encontró que el daño de la membrana celular de las bacterias causado por el contacto directo de las bacterias con los bordes extremadamente afilados de las nanomuras fue el mecanismo efectivo en la inactivación bacteriana. En este sentido, las bacterias Gram-negativas Escherichia coli con una membrana externa fueron más resistentes al daño de la membrana celular causado por las nanomuras que el Staphylococcus aureus Gram-positivo que carece de la membrana externa. Además, las nanoparedes de óxido de grafeno reducidas por la hidracina eran más tóxicas para las bacterias que las nanoparedes de óxido de grafeno no reducidas. La mejor actividad antibacteriana de las nanomuras reducidas se asignó a la mejor transferencia de carga entre las bacterias y los bordes más afilados de las nanomuras reducidas, durante la interacción de contacto

Degradación de las mitocondrias y estrés oxidativo como principal mecanismo de toxicidad del grafeno prístino en células y tumores de glioblastoma U87 y células HS-5

Debido al desarrollo de las nanotecnologías, los nanomateriales a base de grafeno y grafeno han atraído un inmenso interés científico debido a sus extraordinarias propiedades. El grafeno se puede utilizar en muchos campos, incluida la biomedicina. Hasta la fecha, se sabe poco sobre el impacto que el grafeno puede tener en la salud humana en el caso de la exposición intencional. El presente estudio se llevó a cabo en células de glioma U87 y líneas celulares HS-5 no cancerosas como modelo in vitro y tumores U87 cultivados en membrana corioalantoica embrionaria de pollo como modelo in vivo, en el que se evaluaron los efectos de las plaquetas de grafeno prístinas (GP). La investigación consistió en el análisis estructural de los GP utilizando microscopía electrónica de transmisión, mediciones infrarrojas de transmisión de Fourier, mediciones de potencial zeta, evaluación de la morfología celular, evaluación de la viabilidad celular, investigación de la producción de especies reactivas de oxígeno e investigación del potencial de membrana mitocondrial. La toxicidad de los tumores de glioma U87 se evaluó calculando el peso y el volumen de los tumores y realizando análisis de la ultraestructura, histología y expresión de proteínas. Los resultados in vitro indican que los médicos de cabecera tienen citotoxicidad dependiente de la dosis a través de la sobreproducción de ROS y el agotamiento del potencial de la membrana mitocondrial. La masa y el volumen de los tumores se redujeron in vivo después de la inyección de GP. Además, el nivel de marcadores apoptóticos y necróticos aumentó en los tumores tratados con GP.

Una revisión sobre los avances en bionanocompuestos derivados del grafeno/polisacáridos: terapéutica, farmacogenómica y toxicidad

Los bionanocompuestos a base de grafeno se emplean en varias dolencias, como cánceres y enfermedades infecciosas, debido a su gran superficie (para transportar medicamentos), propiedades fototérmicas y facilidad de funcionalización (debido a sus grupos activos). La modificación de derivados del grafeno con polisacáridos es una estrategia prometedora para disminuir su toxicidad y mejorar la capacidad objetivo, lo que en consecuencia mejora su eficacia bioterapéutica. Aquí, se presenta la funcionalización de materiales a base de grafeno con polímeros de carbohidratos(por ejemplo,quitosano, almidón, alginato, ácido hialurónico y celulosa). Posteriormente, se discuten exhaustivamente los avances recientes en nanocompuestos de grafeno / bionanocompuestos a base de polisacáridos en el tratamiento de infecciones y la terapia contra el cáncer. Las evaluaciones farmacogenómicas y de toxicidad para estos bionanocompuestos también se destacan para proporcionar información para futuras investigaciones e investigaciones optimizadas e inteligentes

Comparación de la toxicidad del grafeno prístino y el óxido de grafeno, utilizando cuatro modelos biológicos

Existen numerosas aplicaciones del grafeno en biomedicina y se pueden clasificar en varias áreas principales: sistemas de entrega, sensores, ingeniería de tejidos y agentes biológicos. El creciente campo biomédico de aplicaciones del grafeno y sus derivados plantea preguntas sobre su toxicidad. Demostraremos un análisis de la toxicidad de dos formas de grafeno utilizando cuatro modelos biológicos diferentes: embrión de pez cebra(Danio rerio),lenteja de agua(Lemna minor),células humanas HS-5 y bacterias(Staphylococcus aureus). La toxicidad del grafeno prístino (PG) y el óxido de grafeno (GO) se probó en concentraciones de 5, 10, 20, 50 y 100 μg/ml. Se observó una mayor toxicidad después de la administración de altas dosis de PG y GO en todos los modelos biológicos probados. La GO hidrofílica muestra una mayor toxicidad para los modelos biológicos que viven en todo el volumen del medio de cultivo (pez cebra, lenteja de marcucha, S. aureus). PG mostró la mayor toxicidad para las células adherentes que crecen en la parte inferior de las placas de cultivo: células humanas HS-5. Las diferencias de toxicidad entre los materiales de grafeno ensayados son el resultado de sus propiedades fisicoquímicas y del modelo utilizado. Se ha demostrado toxicidad dosis-dependiente con ambas formas de grafeno.

Estudios de toxicidad sobre nanomateriales a base de grafeno en organismos acuáticos: comprensión actual

El grafeno y su óxido son nanomateriales considerados actualmente muy prometedores debido a sus grandes aplicaciones potenciales en diversas industrias. Las excepcionales propiedades fisicoquímicas del grafeno, particularmente la conductividad térmica, la movilidad de los electrones, la alta superficie y la resistencia mecánica, prometen el desarrollo de tecnologías novedosas o mejoradas en las industrias. Las diversas aplicaciones del grafeno y el óxido de grafeno (GO) incluyen almacenamiento de energía, sensores, generadores, procesamiento de luz, electrónica y administración dirigida de medicamentos. Sin embargo, el uso extensivo y la exposición al grafeno y go podría representar una gran amenaza para los organismos vivos y, en última instancia, para la salud humana. Los datos de toxicidad del grafeno y el GO siguen siendo insuficientes para señalar sus efectos secundarios a diferentes organismos vivos. Su acumulación en el medio acuático podría crear problemas complejos en las cadenas alimentarias acuáticas y los hábitats acuáticos, lo que provocaría efectos debilitantes para la salud de los seres humanos. Los posibles efectos tóxicos del grafeno y el GO no se comprenden completamente. Sin embargo, se ha informado que causan aglomeración, persistencia a largo plazo y efectos tóxicos que penetran en la membrana celular e interactúan con los componentes celulares. En este artículo de revisión, nos hemos centrado principalmente en los efectos tóxicos del grafeno y el GO causados en invertebrados acuáticos y peces (líneas celulares y organismos). Aquí, nuestro objetivo es señalar las brechas actuales de comprensión y conocimiento del grafeno y la toxicidad de GO

Evaluación de la toxicidad de nanoarcillas y óxido de grafeno in vivo:un estudio de Paramecium caudatum

Informamos aquí el uso exitoso de un organismo modelo protozoario P. caudatum para investigar la toxicidad de nanopartículas de arcilla (montmorillonita, halloysita, caolín y bentonita), nanoesferas de sílice y nanoflakes de óxido de grafeno. La distribución de nanopartículas dentro de las células se investigó utilizando microscopía de campo oscuro mejorada. Se emplearon pruebas bioquímicas y de comportamiento para estudiar la viabilidad, vitalidad, nutrición e inducción del estrés oxidativo en protozoos ciliados. Las partículas de nanoarcilla estudiadas aquí exhibieron una toxicidad muy baja o nulo hacia P. caudatum,mientras que el óxido de grafeno fue tóxico

Las nanopartículas de arcilla se encuentran posiblemente entre los materiales de tamaño nanométrico más populares industrialmente disponibles en miles de toneladas y ampliamente utilizados en una serie de aplicaciones. En consecuencia, la evaluación de la toxicidad de las nanopartículas de arcilla hacia los organismos de agua dulce es de crucial importancia. Este artículo evalúa los efectos tóxicos de varios nanomateriales de arcilla disponibles comercialmente (montmorillonita, halloysita, caolín y bentonita) junto con nanoesferas de sílice y nanopartículas de óxido de grafeno utilizando un protozoo de agua dulce Paramecium caudatum como modelo in vivo. Las nanopartículas de arcilla exhiben poca o ninguna toxicidad, mientras que el óxido de grafeno exhibió una toxicidad profunda

Toxicidad comparativa in vitro de un nanocompuesto de óxido de grafeno-plata y las contrapartes prístinas hacia los macrófagos

Fondo

El óxido de grafeno (GO) es una forma de grafeno altamente oxidada con grupos funcionales de oxígeno en su superficie. GO es una excelente plataforma para soportar y estabilizar nanopartículas de plata (AgNP), lo que da lugar al nanocompuesto de nanopartículas de óxido de grafeno-plata (GOAg). Comprender cómo este nanocompuesto interactúa con las células es un desafío toxicológico de gran importancia para futuras aplicaciones biomédicas, y las células de macrófagos pueden proporcionar información sobre la biocompatibilidad de estos nanomateriales. La citotoxicidad del nanocompuesto GOAg, go prístino y AgNP prístino se comparó con dos macrófagos murinos representativos: un linaje tumoral (J774) y macrófagos peritoneales recolectados de ratón Balb/c. También se monitorizó la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) por macrófagos J774. Investigamos la internalización de nanomateriales por microscopía electrónica de transmisión (TEM). La cuantificación de la plata internalizada se llevó a cabo mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). La estabilidad del nanomaterial en los medios celulares se investigó con el tiempo mediante observación visual, espectrometría de emisión óptica de plasma acoplada inductivamente (ICP OES) y dispersión dinámica de la luz (DLS).

Resultados

El nanocompuesto GOAg fue más tóxico que el GO prístino y el AgNP prístino para ambos macrófagos, e indujo significativamente más producción de ROS en comparación con el AgNP prístino. El análisis TEM mostró que GOAg fue internalizado por macrófagos tumorales J774. Sin embargo, los macrófagos internalizaron aproximadamente un 60 % menos de GOAg que el AgNP prístino. Las imágenes también mostraron la degradación de nanocompuestos dentro de las células.

Conclusiones

Aunque el nanocompuesto GOAg fue menos internalizado por las células de macrófagos, fue más tóxico que las contrapartes prístinas e indujo un notable estrés oxidativo. Nuestros hallazgos revelan fuertemente un efecto de toxicidad sinérgica del nanocompuesto GOAg. La toxicidad y el destino de los nanocompuestos en las células son algunas de las principales preocupaciones en el desarrollo de nuevos materiales biocompatibles y deben evaluarse cuidadosamente.

La toxicidad de los óxidos de grafeno: dependencia de los métodos oxidativos utilizados

El grafeno, una clase de nanomaterial de carbono bidimensional, ha atraído un gran interés en los últimos años, con una cantidad significativa de investigación centrada en los óxidos de grafeno (GO). Se han preparado como candidatos potenciales para aplicaciones biomédicas como el etiquetado celular y la administración de fármacos, por lo que la toxicidad y el comportamiento de los óxidos de grafeno en los sistemas biológicos son cuestiones fundamentales que necesitan atención urgente. La producción de GO generalmente se logra a través de una ruta de arriba hacia abajo, que incluye el uso de H concentrado.2ASÍ QUE4 junto con: 1) ácido nítrico concentrado y KClO3 oxidante (Hoffmann); 2) ácido nítrico humeante y KClO3 oxidante (Staudenmaier); 3) ácido fosfórico concentrado con KMnO4 (Tour); o 4) nitrato de sodio para la producción in situ de ácido nítrico en presencia de KMnO4 (Hummers). Se ha asumido ampliamente que las propiedades de estos cuatro GO producidos mediante el uso de los diferentes métodos anteriores son aproximadamente similares, por lo que los métodos se han utilizado indistintamente. Sin embargo, varios estudios han informado que la toxicidad de los nanomateriales relacionados con el grafeno en los sistemas biológicos puede estar influenciada por sus propiedades fisicoquímicas, como los grupos funcionales de superficie y los defectos estructurales. Además, teniendo en cuenta cómo los GOs se utilizan cada vez más en el campo de la biomedicina, nos interesa ver cómo el contenido de oxígeno / grupos funcionales de los GOs pueden afectar sus perfiles toxicológicos. Dado que las pruebas in vitro son un primer paso común en la evaluación de los riesgos para la salud relacionados con los nanomateriales modificados, la citotoxicidad de los GOs preparados por los cuatro tratamientos oxidativos diferentes se investigó midiendo la actividad mitocondrial en las células epiteliales pulmonares adherentes (A549) mediante el uso de ensayos de viabilidad disponibles comercialmente. Los datos de dosis-respuesta se generaron mediante el uso de dos ensayos, el ensayo de bromuro de metiltiazolildifenil-tetrazolio (MTT) y la sal de tetrazolio soluble en agua (WST-8). A partir de los datos de viabilidad, es evidente que existe una fuerte respuesta citotóxica dependiente de la dosis resultante de los cuatro nanomateriales GO probados después de una exposición de 24 h, y se sugiere que existe una correlación entre las cantidades de contenido de oxígeno / grupos funcionales de LOS GOs con su comportamiento toxicológico hacia las células A549.

La toxicidad del grafeno se rige por la cantidad y el tipo de grupos que contienen oxígeno en su superficie y es importante para aplicaciones prácticas. Se ha investigado la influencia de diferentes tratamientos oxidativos (Staudenmaier, Hofmann, Hummers y Tour) en el comportamiento toxicológico de los óxidos de grafeno en células epiteliales pulmonares adherentes.

Nanocintas de grafeno: perspectivas de aplicación en biomedicina y toxicidad

Las nanomábadas de grafeno son un tipo de grafeno caracterizado por notables propiedades eléctricas y mecánicas. Esta revisión considera las perspectivas para la aplicación de cintas de grafeno en biomedicina, teniendo en cuenta los aspectos de seguridad. Según el análisis de los estudios recientes, las áreas temáticas del uso de nanomíbadas de grafeno incluyen sensores mecánicos, químicos, fotográficos y acústicos, dispositivos para la secuenciación directa de macromoléculas biológicas, incluidos vehículos de administración de ADN, genes y fármacos, e ingeniería de tejidos. Existe evidencia de una buena biocompatibilidad de las nanomábquinas de grafeno con las líneas celulares humanas, pero varios investigadores han revelado efectos tóxicos, incluida la citotoxicidad y la genotoxicidad. Además, los efectos dañinos de las nanomátulas son a menudo más altos que los de los análogos químicos, por ejemplo, las nanoplacas de óxido de grafeno. El posible mecanismo de toxicidad es la capacidad de las nanomábagas de grafeno para dañar mecánicamente la membrana celular, estimular la producción de estrés oxidativo reactivo (ROS), la autofagia y la inhibición de la proliferación, así como la inducción de la apoptosis, la fragmentación del ADN y la formación de aberraciones cromosómicas. Al mismo tiempo, se ha demostrado la biodegradabilidad de las nanomábbones de grafeno bajo los factores ambientales. En general, esta revisión nos permite concluir que las nanomábbones de grafeno, como componentes de nanodispositivos de alta precisión y agentes terapéuticos, tienen un potencial significativo para aplicaciones biomédicas; sin embargo, se necesitan estudios adicionales sobre su seguridad. Se debe hacer especial hincapié en la falta de información sobre el efecto de las nanomábbones de grafeno en el organismo en su conjunto obtenida de experimentos in vivo, así como sobre su toxicidad ecológica, acumulación, migración y destrucción dentro de los ecosistemas.

Toxicidad de nanomateriales a base de grafeno en peces

Debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, las nanopartículas basadas en grafeno (GPN) constituyen uno de los tipos más prometedores de nanomateriales utilizados en la investigación biomédica. Las GPN se han utilizado como conductos poliméricos para la regeneración nerviosa y portadores para la administración dirigida de fármacos y en el tratamiento del cáncer mediante terapia fototérmica. Además, se han utilizado como trazadores para estudiar la distribución de los compuestos bioactivos utilizados en la atención médica. Debido a su uso extensivo, la GPN liberada en el medio ambiente probablemente representaría una amenaza para los organismos vivos y, en última instancia, para la salud humana. Su acumulación en el medio acuático crea problemas a los hábitats acuáticos, así como a las cadenas alimentarias. Hasta ahora, los posibles efectos tóxicos de la GPN no se comprenden adecuadamente. A pesar de la aglomeración y la larga persistencia en el medio ambiente, las GPN pueden cruzar las barreras celulares con éxito, entrar en las células y pueden interactuar con casi todos los sitios celulares, incluida la membrana plasmática, los orgánulos citoplasmáticos y el núcleo. Su interacción con el ADN crea más amenazas potenciales tanto para el genoma como para el epigenoma. En esta breve revisión, nos centramos en los peces, principalmente el pez cebra(Danio rerio),como un animal objetivo potencial de toxicidad por GPN en el ecosistema acuático.

Evaluación de la toxicidad in vitro del óxido de grafeno en células A549

El grafeno y sus derivados han atraído un gran interés de investigación por sus posibles aplicaciones en las áreas de electrónica, energía, materiales y biomédica. Sin embargo, se dispone de poca información sobre su toxicidad y biocompatibilidad. Aquí, realizamos un estudio exhaustivo sobre la toxicidad del óxido de grafeno (GO) examinando las influencias de GO en la morfología, viabilidad, mortalidad e integridad de la membrana de las células A549. Los resultados sugieren que go no entra en la célula A549 y no tiene citotoxicidad obvia. Pero el GO puede causar un estrés oxidativo dependiente de la dosis en la célula e inducir una ligera pérdida de viabilidad celular a alta concentración. Estos efectos están relacionados con la dosis y el tamaño, y deben considerarse en el desarrollo de bio-aplicaciones de GO. En general, GO es un material bastante seguro a nivel celular, lo que se confirma por el crecimiento celular favorable en la película GO

Compuesto de óxido de grafeno/alginato/fibroína de seda como una nueva bionanoestructura con compatibilidad sanguínea mejorada, menos toxicidad y propiedades mecánicas mejoradas

Para aplicaciones biomédicas, el diseño y la síntesis de nanoestructuras biocompatibles se consideran desafíos críticos. En este estudio, el óxido de grafeno (GO) fue modificado covalentemente por el polímero de alginato de sodio natural (Alg). Al agregar fibroína de seda (SF) a esta nanoestructura, se obtuvo un nanobiocompuesto híbrido (GO / Alg / SF) y se determinaron sus características únicas utilizando análisis FT-IR, EDX, FE-SEM, XRD y TG. Debido al uso de materiales menos tóxicos y altamente biocompatibles, se lograron resultados biológicos específicos. La viabilidad celular de esta nueva nanoestructura fue del 89,2 % y su efecto hemolítico fue inferior al 6 %, mientras que la mayor concentración (1000 μg/mL) de esta nanoestructura fue elegida para estos fines. Además, se expusieron altas propiedades mecánicas, incluida la resistencia a la compresión (0,87 ± 0,034 (MPa)) y el módulo de compresión (2,25 ± 0,091 (MPa)). Esta nanoestructura puede considerarse como un andamio para aplicaciones de apósitos para heridas debido a las propiedades mencionadas.

Base de desarrollo para la barrera intestinal contra la toxicidad del óxido de grafeno

Fondo

La barrera intestinal es crucial para los animales contra la translocación de nanomateriales modificados (ENM) en órganos secundarios dirigidos. Sin embargo, los mecanismos moleculares para el papel de la barrera intestinal contra la toxicidad de ENMs aún no están claros. El intestino de Caenorhabditis elegans es un potente sistema experimental in vivo para el estudio de la función intestinal. En este estudio, investigamos las bases moleculares de la barrera intestinal contra la toxicidad y la translocación del óxido de grafeno (GO) utilizando C. elegans como animal modelo.

Resultados

Basándonos en el cribado genético de genes necesarios para el control del desarrollo intestinal en diferentes aspectos mediante la técnica de interferencia de ARN específico del intestino (RNAi), identificamos cuatro genes(erm-1, pkc-3, hmp-2 y act-5)necesarios para la función de la barrera intestinal frente a la toxicidad por GO. En condiciones normales, la mutación de cualquiera de estos genes alteró la permeabilidad intestinal. Con el enfoque en PKC-3, una proteína quinasa C atípica, identificamos una cascada de señalización intestinal de PKC-3-SEC-8-WTS-1, lo que implica que PKC-3 podría regular la permeabilidad intestinal y la toxicidad de GO al afectar la función del complejo de exoquistes mediado por SEC-8 y el papel de WTS-1 en el mantenimiento de la integridad de la membrana intestinal apical. ISP-1 y SOD-3, dos proteínas necesarias para el control del estrés oxidativo, también se identificaron como objetivos posteriores para PKC-3, y funcionaron en paralelo con WTS-1 en la regulación de la toxicidad de GO.

Conclusiones

Usando C. elegans como un sistema de ensayo in vivo, encontramos que varios genes de desarrollo necesarios para el control del desarrollo intestinal regulaban tanto la permeabilidad intestinal como la toxicidad de GO. Con el enfoque en PKC-3, planteamos dos cascadas de señalización intestinal, PKC-3-SEC-8-WTS-1 y PKC-3-ISP-1/SOD-3. Nuestros resultados fortalecerán nuestra comprensión de la base molecular para el desarrollo de la maquinaria de barrera intestinal contra la toxicidad de GO y la translocación en animales

La toxicidad in vitro e in vivo de los puntos cuánticos de grafeno

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) generan fluorescencia intrínseca y mejoran la estabilidad acuosa del óxido de grafeno (GO) al tiempo que mantienen una amplia adaptabilidad química y una alta capacidad de adsorción. A pesar de las notables ventajas de GO en bio-imágenes, bio-detección y otras aplicaciones biomédicas, sus problemas de bioseguridad aún no están claros. Aquí presentamos un estudio detallado y sistemático sobre la toxicidad in vitro e in vivo de GQD. La muestra GQD se preparó mediante un enfoque de oxidación fácil y se caracterizó completamente mediante AFM, TEM, FTIR, XPS y análisis elemental. Los experimentos in vitro mostraron que GQD exhibe una citotoxicidad muy baja debido a su tamaño ultra pequeño y alto contenido de oxígeno. Luego, el experimento de biodistribución in vivo de GQD no reveló acumulación de material en los órganos principales de ratones y una rápida eliminación de GQD a través del riñón. Con el fin de imitar la administración de medicamentos en la clínica, los ratones fueron inyectados con GQD y GO (como comparación) varias veces para pruebas de toxicidad in vivo. Encontramos que GQD no mostró una influencia obvia en ratones debido a su pequeño tamaño, mientras que GO parecía tóxico, incluso causó la muerte a ratones debido a la agregación de GO dentro de los ratones. En resumen, GQD no posee toxicidad obvia in vitro e in vivo, incluso en situaciones de dosis múltiples

Revisión avanzada de nanomateriales a base de grafeno en sistemas de administración de fármacos: síntesis, modificación, toxicidad y aplicación

El descubrimiento del grafeno, un logro notable en el campo de los nuevos nanomaterialesde carbono, ha desencadenado la exploración mundial de las aplicaciones biomédicas de este material desde 2004 debido a sus propiedades únicas. La estructura plana bidimensional, la gran área de superficie, la estabilidad química, la estabilidad mecánica y la buena biocompatibilidad del grafeno son prometedoras para aplicaciones en sistemas de administración de fármacos (DDS). En esta revisión, discutimos brevemente las características, síntesis y modificación del grafeno. También investigamos su toxicidad y sus aplicaciones en DDSs, con varios ejemplos representativos. Esta revisión presenta un resumen completo de los nanomateriales a base de grafeno desde sus características hasta su síntesis y aplicaciones, así como suin vitro e in vivo en medicina. Este documento proporciona una estrategia guía para la selección de enfoques óptimos para la fabricación de nanoportadores que sean adecuados para tratamientos médicos y para controlar la toxicidad dentro de los límites de seguridad terapéutica. Los logros prometedores alcanzados con los nanomateriales a base de grafeno indican varias posibilidades para una mayor investigación biomédica, así como para el desarrollo teórico y aplicado

Nanomateriales de la familia del grafeno en aplicaciones oculares: propiedades fisicoquímicas y toxicidad

Los nanomateriales de la familia del grafeno (GNG) están surgiendo rápidamente para aplicaciones oculares debido a sus excelentes propiedades fisicoquímicas. Dado que los ojos son órganos muy sensibles y el contacto entre los ojos y las GFN en gotas para los ojos, lentes de contacto, sistemas intraoculares de administración de medicamentos y biosensores e incluso los trabajadores que manipulan estos nanomateriales es inevitable, es necesario investigar sus toxicidades oculares e interacciones fisiológicas con las células, así como sus mecanismos de toxicidad. La toxicidad de los GFN puede verse extremadamente afectada por sus propiedades fisicoquímicas, incluida la composición, el tamaño, la química de la superficie y el nivel de oxidación, así como la dosis y el tiempo de exposición. Hasta ahora, existen varios estudios sobre la toxicidad in vitro e in vivo de los GFN; sin embargo, falta una revisión exhaustiva sobre la toxicidad ocular y las aplicaciones de las GFN, y no se especifica predominantemente un conocimiento sobre los riesgos para la salud de la exposición ocular a las GFN. Esta revisión destaca las aplicaciones oculares de las GFN y cubre sistemáticamente los avances más recientes de las propiedades fisicoquímicas de las GFN, la toxicidad ocular in vitro e in vivo, y los posibles mecanismos de toxicidad, así como proporciona algunas perspectivas sobre los riesgos potenciales de las GFN en el desarrollo de materiales y aplicaciones biomédicas.

Control microRNAs de la toxicidad in vivo a partir de óxido de grafeno en Caenorhabditis elegans

La base molecular de la toxicidad del óxido de grafeno (GO) in vivo la toxicidad del óxido de grafeno (GO) todavía no está clara en gran medida. Aquí usamos Caenorhabditis elegans investigar el control de la toxicidad por GO por microARNAs (miRNAs). Con la ayuda de la secuenciación SOLiD, identificamos 23 miRNAs regulados al pie y 8 regulados a la baja en nematodos expuestos a GO. La ontología génica y el análisis de la base de datos de la vía KEGG implicaron que estos miRNAs identificados podrían estar involucrados en el control de muchos procesos biológicos,y algunos de ellos sugieren las posibles nuevas funciones de GO. Las funciones de los miRNAs identificados en la regulación de la toxicidad de GO en la vida útil se confirmaron en los mutantes miRNAs disponibles. Además, proporcionamos la evidencia para plantear la hipótesis de que GO puede reducir la vida útil al influir en las funciones de señalización de insulina / IGF, señalización TOR y vías de señalización de la línea germinal controladas por miRNAs. Nuestros resultados serán útiles para comprender las bases moleculares de la toxicidad de GO y encontrar pistas para modificaciones superficiales útiles para reducir la toxicidad de GO.

Del Editor Clínico

En este estudio, la toxicidad del óxido de grafeno se estudia en un modelo de Caenorhabditis elegans a través del análisis de microARN. Los autores informan que múltiples vías importantes están influenciadas por GO y plantean la hipótesis de que GO puede reducir la vida útil al influir en las funciones de señalización de insulina / IGF, señalización TOR y vías de señalización de la línea germinal.

Resumen gráfico

GO puede reducir la vida útil al inducir la desregulación de los miRNAs que influyen en las funciones de la señalización de insulina / IGF, la señalización TOR y las vías de señalización de la línea germinal. La GO puede afectar la maquinaria molecular para la biogénesis de miRNAs.

Mecanismos moleculares de toxicidad para el desarrollo inducida por óxido de grafeno a concentraciones ambientales previstas

La toxicidad para el desarrollo es un tema crítico en la nanotoxicidad. Sin embargo, se sabe muy poco sobre los efectos del óxido de grafeno (GO, un material de carbono ampliamente utilizado) en las concentraciones ambientales previstas en el desarrollo biológico o los mecanismos moleculares específicos. El presente estudio estableció que el desarrollo de embriones de pez cebra expuestos a concentraciones traza (1-100 μg/L) de GO se vio afectado debido a la modificación del ADN, la carbonilación de proteínas y la generación excesiva de especies reactivas de oxígeno (ROS), especialmente el radical superóxido. Notablemente, hubo una respuesta no monotónica de toxicidad para el desarrollo del pez cebra a GO a niveles de μg / L a mg / L. El análisis transcriptómico reveló que los genes perturbadores relacionados con la metaloproteinasa de la matriz y la matriz (MMP) afectaron el desarrollo esquelético y cardíaco del pez cebra. Además, el análisis metabolómico mostró que la inhibición del metabolismo de los aminoácidos y las proporciones de ácidos grasos insaturados (AGNF) a ácidos grasos saturados (SFA) contribuyeron a la toxicidad para el desarrollo anterior. El presente trabajo verifica la toxicidad para el desarrollo de GO a concentraciones traza e ilustra por primera vez los mecanismos moleculares específicos de la misma. Debido a la posible toxicidad para el desarrollo de GO en concentraciones de trazas, los administradores gubernamentales y los productores de nanomateriales deben considerar sus riesgos potenciales antes de la exposición ambiental generalizada a GO

Formación de subproductos de desinfección y toxicidad del óxido de grafeno en el sistema de tratamiento de agua

Recubrimientos híbridos de óxido de grafeno/carbono amorfo y su efecto sobre la viabilidad y toxicidad de diferentes tipos de células

Aquí, exploramos la posibilidad de desarrollar recubrimientos híbridos de óxido de grafeno / carbono amorfo (GO / a-C) con diferente grado de oxidación y analizamos la influencia de la composición del oxígeno superficial en la biocompatibilidad.

Las películas de GO/a-C se obtuvieron mediante el tratamiento plasmático de sustratos PEEK recubiertos de GO utilizando diferentes cantidades relativas de metano y oxígeno como precursores gaseosos. La composición química de la superficie de los recubrimientos, incluida la abundancia de oxígeno y la naturaleza de los grupos que contienen oxígeno, se analizó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, y la respuesta celular a los materiales de la muestra se evaluó mediante ensayos de viabilidad y citotoxicidad en dos tipos de células diferentes, incluidos los osteoblastos humanos (hFOB) y los fibroblastos gingiva humanos (hGF).

Las células presentaron una viabilidad parcialmente disminuida en las muestras tratadas con plasma con respecto al sustrato PEEK no tratado, pero no se mostró evidencia significativa de toxicidad celular, con una liberación de LDH en gran medida por debajo del 20% para todos los materiales. Se observó una respuesta de citotoxicidad celular distinta. No se registraron efectos significativos en las células hGF, lo que sugiere que las células hGF no eran sensibles al diferente contenido de superficie de oxígeno de los recubrimientos. Por otro lado, el hFOB mostró una toxicidad relativamente mayor cuando se cultcultó en las muestras con alta concentración de oxígeno en la superficie. La toxicidad celular de los osteoblastos humanos aumentó considerablemente con el aumento del contenido de grupos carbonilo y carboxilo en la superficie, lo que sugiere que estos grupos funcionales tuvieron un papel importante en la inducción del estrés oxidativo en las células hFOB.

Biocompatibilidad y toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno para su posible aplicación en terapia fotodinámica

Objetivo: Lograr una producción confiablemente alta de especies reactivas de oxígeno (ROS) en terapia fotodinámica (PDT) sigue siendo un desafío. Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son muy prometedores para PDT. Sin embargo, los procesos fotoquímicos que conducen a la generación de ROS derivadas de GQD aún no se han dilucidado por completo. Materiales y métodos: Las características fisicoquímicas de los GQD se investigaron exhaustivamente, incluido el análisis de resonancia paramagnética electrónica de la producción de oxígeno singlete. La toxicidad oscura se evaluó in vitro e in vivo. Resultados: Los GQD demostraron excelentes características fotoluminiscentes, resistencia a la corrosión, alta solubilidad en agua, alta estabilidad foto/pH, biocompatibilidad in vitro e in vivo y generación muy eficiente de oxígeno singlete/ROS. Conclusión: La generación mejorada de ROS, combinada con una buena biocompatibilidad y una toxicidad mínima in vitro e in vivo, respaldan el potencial de los GQD para la futura aplicación de PDT.

Utilidad de las líneas celulares de peces para la caracterización inicial de la toxicidad y el destino celular de materiales relacionados con el grafeno (nanofibras de carbono y óxido de grafeno).

Degradación electrocatalítica del sulfonato de perfluorooctano (PFOS) en un ánodo compuesto de grafeno y dióxido de plomo 3D (3DG-PbO2): Caracterización del electrodo, mecanismo de degradación y toxicidad

En este trabajo, se preparó un ánodo compuesto de grafeno-PbO2 (3DG-PbO2) en tres dimensiones utilizando la tecnología de coelectrodeposición para la oxidación electrocatalítica del sulfonato de perfluorooctano (PFOS). Se investigó el efecto del 3DG sobre la morfología superficial, la estructura y la actividad electrocatalítica del electrodo de PbO2. Los resultados indicaron que el ánodo 3DG-PbO2-0,08 (la concentración de 3DG en la solución de electrodeposición era de 0,08 g L-1) poseía la mejor actividad electrocatalítica debido a su mayor capacidad de generación de radicales -OH, más sitios activos y menor resistencia a la transferencia de carga. La constante de la tasa de degradación de PFOS en el ánodo 3DG-PbO2-0,08 fue 2,33 veces superior a la del ánodo de PbO2 puro. Además, se identificaron los subproductos formados en la degradación electrocatalítica de los PFOS y se propuso una vía de degradación de los PFOS, dominada por la disociación de los grupos -CF2- mediante el ataque de los radicales -OH. Por último, se examinó la evolución de la toxicidad de la solución de degradación para evaluar el riesgo ecológico de la oxidación electrocatalítica de PFOS mediante ensayos de toxicidad aguda en embriones de pez cebra.

Efecto de la corona de albúmina en la toxicidad de la mezcla de óxido de grafeno y cadmio para Daphnia magna e integración de los conjuntos de datos en la base de conocimientos de NanoCommons

En este trabajo, evaluamos el efecto de la formación de la corona de proteínas en las pruebas de toxicidad de la mezcla de óxido de grafeno (GO) (es decir, la coexposición) utilizando el modelo de Daphnia magna y evaluando la toxicidad aguda determinada como inmovilización. Se seleccionaron el cadmio (Cd2+) y la albúmina de suero bovino (BSA) como co-contaminante y sistema modelo de proteínas, respectivamente. La formación de coronas de albúmina sobre el GO aumentó drásticamente su estabilidad coloidal (aprox. 60%) y su capacidad de adsorción de Cd2+ (aprox. 4,5 veces) en agua reconstituida (medio Daphnia). Los valores de toxicidad aguda (48 h-EC50) observados fueron de 0,18 mg L-1 para el Cd2+ solo y de 0,29 y 0,61 mg L-1 tras la co-exposición del Cd2+ con los materiales GO y BSA@GO, respectivamente, a una concentración fija no tóxica de 1,0 mg L-1. Tras la coronación del GO con BSA, se consiguió una reducción de la toxicidad del cadmio del 110% y del 238% en comparación con el GO desnudo y el Cd2+ solo, respectivamente. La integración de los conjuntos de datos asociados a los materiales basados en el grafeno, los metales pesados y la toxicidad de las mezclas es esencial para permitir la reutilización de los datos y facilitar los enfoques nanoinformáticos para el diseño de nanomateriales más seguros para el control de la calidad del agua y las tecnologías de remediación. Por lo tanto, todos los datos de este trabajo fueron anotados e integrados en la Base de Conocimiento NanoCommons, conectando los datos experimentales a las plataformas nanoinformáticas bajo los principios de datos FAIR y haciéndolos interoperables con conjuntos de datos similares

Toxicidad del óxido de grafeno en nematodos con un déficit en la barrera epidérmica causado por la eliminación del ARN de interferencia de unc-52

La barrera epidérmica es importante para la defensa de los organismos del medio ambiente contra los daños causados por los nanomateriales artificiales (ENM). Hemos empleado a Caenorhabditis elegans para examinar la posible influencia de un déficit en la barrera epidérmica causado por la eliminación por interferencia de ARN (RNAi) de unc-52, que codifica una proteína perlecan, en la toxicidad del óxido de grafeno (GO). El knockdown epidérmico por ARNi de unc-52 causó un déficit funcional en la barrera epidérmica y la susceptibilidad a la toxicidad del GO. El knockdown epidérmico de unc-52 disminuyó el nivel de expresión de fbl-1, que codifica una proteína de membrana, la fibulina, y de sax-7, que codifica un receptor de adhesión celular, y el knockdown epidérmico de fbl-1 o sax-7 también provocó un déficit funcional en la barrera epidérmica y susceptibilidad a la toxicidad del GO. Además, el knockdown epidérmico de unc-52 inhibió la expresión de cnc-2 y prx-11, que codifican dos proteínas antimicrobianas, y el knockdown epidérmico de cnc-2 o prx-11 podría reforzar la toxicidad del GO en los nematodos fbl-1(RNAi) o sax-7(RNAi). Nuestros datos ponen de manifiesto la importante función de la barrera epidérmica contra la toxicidad de los ENM ambientales.

Evaluación de la toxicidad de los nanomateriales de óxido de grafeno reducido y dióxido de titanio sobre bacterias grampositivas y gramnegativas en condiciones normales de iluminación de laboratorio

Se evaluó el efecto de la toxicidad de los nanomateriales de óxido de grafeno reducido (rGO) y de dióxido de titanio (TiO2) sobre bacterias grampositivas (Bacillus subtilis) y gramnegativas (Escherichia coli). Para ambas cepas, el estudio demostró que la toxicidad dependía del tiempo y de la concentración, lo que conducía a la reducción de la tasa de crecimiento y a la muerte celular. Tras la exposición a los NM, se observó una muerte celular instantánea en el cultivo de E. coli. Esto contrasta con B. subtilis, en el que el crecimiento del cultivo se mantuvo en la fase logarítmica; sin embargo, su constante de tasa de crecimiento, μg se redujo en ∼70%. La discrepancia entre E. coli y B. subtilis se debió a la respuesta específica de la cepa al entrar en contacto con los NM. Los análisis TEM, SEM y EDX revelaron una interacción física directa superficie-superficie, como evidencia de la adherencia de los NMs en la superficie celular

Formación de nanoclusters de plata guiada por proteínas y su ensamblaje con óxido de grafeno como agente de bioimagen mejorado con toxicidad reducida

Como categoría emergente de nanoclusters metálicos fluorescentes (NCs), los NCs basados en proteínas se consideran como uno de los candidatos prometedores para las aplicaciones biomédicas debido a sus propiedades luminiscentes y biocompatibilidades inherentes. Las NCs de plata recubiertas de proteínas e impregnadas en láminas de óxido de grafeno (GO) pueden ser internalizadas en la célula K562, una línea celular eritroleucémica humana, y el conjunto Ag NCs/GO puede actuar como portador sinérgico de fármacos para el Imatinib, un inhibidor de tirosina quinasa de primera generación. Además, las NCs de Ag adsorbidas sobre GO tienen un gran potencial para ser utilizadas como agentes de contraste para imágenes de tomografía computarizada (TC) de rayos X, y las imágenes de TC muestran una mejora significativa del contraste de los tejidos óseos en modelos de ratones. En general, este ensamblaje puede mostrar un gran potencial en el campo de la aplicación biomédica y los estudios terapéuticos

Evaluación comparativa de la toxicidad de las nanopartículas de óxido de grafeno (GO) y óxido de zinc (ZnO) en Drosophila melanogaster

Los nanomateriales de ingeniería compuestos por múltiples nanopartículas (NPs) están encontrando su uso en campos tan amplios y diversos como la medicina, el medio ambiente, los cosméticos, la energía y la electrónica. Sin embargo, es necesario discernir los impactos de estas NPs sobre la salud y el medio ambiente de forma individual para comprender su verdadera toxicidad. Debido a la prometedora aplicación de un material de próxima aparición como el nanocompuesto GO-ZnO, en nuestro estudio se evaluó y comparó la toxicidad de las NPs de ZnO y GO de forma individual. Este estudio compara la toxicidad de las NPs de óxido de grafeno (GO) y de óxido de zinc (ZnO) sintetizadas por el método verde y el método químico en Drosophila melanogaster. Las NPs de GO, ZnO químico y ZnO verde fueron sintetizadas y caracterizadas mediante estudios de SEM, HR-TEM, FT-IR, UV-vis, EDX, XRD y DLS. Las NPs fueron analizadas comparativamente por sus comportamientos citotóxicos y neurotóxicos utilizando diferentes ensayos como el ensayo MTT, la tasa de mortalidad, el ensayo de arrastre y escalada de larvas, el análisis del contenido total de proteínas para evaluar el potencial tóxico de cada una de estas NPs a diferentes concentraciones de uso. El ZnO verde resultó ser el menos citotóxico, mientras que el ZnO químico fue el que causó más daño celular. Los GO resultaron tener una citotoxicidad intermedia. Sin embargo, se observó una tendencia diferente en cuanto a la neurotoxicidad, ya que el ZnO verde fue el que más afectó a la coordinación neuromuscular, mientras que el GO fue el menos afectado. Este estudio permitió conocer los diferentes efectos tóxicos causados por las NPs de GO y ZnO en Drosophila, así como los efectos tóxicos comparativos de las NPs de ZnO químico frente a las de ZnO verde.

Respuesta transcriptómica y perturbación de las vías de toxicidad en larvas de pez cebra tras la exposición a puntos cuánticos de grafeno (GQDs)

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) se utilizan ampliamente para aplicaciones biomédicas. Anteriormente, se había dilucidado la toxicidad de bajo nivel de los GQD in vivo e in vitro, pero los mecanismos moleculares subyacentes seguían siendo en gran medida desconocidos. Aquí, empleamos la secuenciación de ARN de alto rendimiento de Illumina para explorar el perfil del transcriptoma completo de las larvas de pez cebra tras la exposición a las GQD. El análisis comparativo del transcriptoma identificó 2116 genes expresados diferencialmente entre los grupos expuestos a GQDs y el control. La clasificación funcional demostró que una gran proporción de genes implicados en las respuestas inflamatorias agudas y el proceso de desintoxicación fueron significativamente regulados por las GQDs. La red reguladora de genes inferida sugirió que la proteína activadora 1 (AP-1) era el factor de transcripción de respuesta temprana en la vinculación de una cascada de señales inflamatorias (pro) con las señales de apoptosis. Además, el umbral de señalización jerárquica determinó la alta sensibilidad del sistema del complemento en el pez cebra cuando se expuso a la dosis subletal de GQDs. Además, 35 genes candidatos de varias vías de señalización fueron validados por qPCR después de la exposición a 25, 50 y 100 μg/mL de GQDs. En conjunto, nuestro estudio proporcionó una valiosa visión de los mecanismos moleculares de los posibles riesgos de hemorragia y los procesos de desintoxicación en respuesta a la exposición a GQDs, estableciendo así una base mecanística para la evaluación de la bioseguridad de GQDs.

Pruebas rápidas y eficaces de la toxicidad de los materiales relacionados con el grafeno en células pulmonares humanas primarias

Antecedentes

El grafeno y sus materiales derivados son fabricados por numerosas empresas y laboratorios de investigación, durante cuyos procesos pueden entrar en contacto con las barreras fisiológicas de sus manipuladores, por ejemplo, su sistema respiratorio. A pesar de su potencial toxicidad, estos materiales se han utilizado incluso en mascarillas para evitar la transmisión del COVID-19. El uso cada vez más extendido de estos materiales requiere el diseño y la aplicación de métodos de cribado toxicológico adecuados, versátiles y precisos para garantizar su seguridad. Los modelos murinos son adecuados, aunque limitados a la hora de explorar diferentes dosis y duraciones de exposición, ya que esto aumenta el número de animales necesarios, en contra del principio de las tres R en la experimentación animal. En este artículo se propone un modelo in vitro que utiliza células primarias no transformadas del epitelio bronquial humano normal (NHBE) como alternativa al modelo más utilizado hasta la fecha, la línea celular tumoral pulmonar humana A549. El modelo se ha probado con tres derivados del grafeno: óxido de grafeno (GO), grafeno de pocas capas (FLG) y FLG pequeño (sFLG).

Resultados

Observamos un efecto citotóxico (necrosis y apoptosis) en exposiciones tempranas (6 y 24 horas), que se intensificó tras siete días de contacto entre las células y los materiales relacionados con el grafeno (GRMs) - con una muerte celular que alcanzó el 90% tras una dosis de 5 µg/mL. Las células A549 son más resistentes a la necrosis y la apoptosis, y arrojan valores inferiores a la mitad de los de las células NHBE a bajas concentraciones de GRM (entre 0,05 y 5 µg/mL). De hecho, la muerte celular inducida por los GRM en las células NHBE es comparable a la inducida por compuestos tóxicos como las partículas de los gases de escape de los motores diesel en la misma línea celular.

Conclusiones

Proponemos el NHBE como un modelo adecuado para ensayar la toxicidad inducida por los GRMs, lo que permite afinar las concentraciones de las dosis y los tiempos de exposición para un mejor diseño de los ensayos in vivo en ratones.

Mecanismo de toxicidad del óxido de grafeno y los puntos cuánticos de grafeno dopados con nitrógeno en los glóbulos rojos, revelado por la espectroscopia de absorción infrarroja mejorada en superficie

El estudio de los efectos tóxicos de las nanopartículas en los sistemas biológicos a nivel molecular es fundamental para comprender mejor el origen de la nanotoxicidad. Recientemente, se han sintetizado numerosas formas de materiales de grafeno y se han aplicado ampliamente en biosensores y biomedicina, pero su toxicidad aún no se ha estudiado en la misma medida, en particular el mecanismo de toxicidad. En este trabajo estudiamos sistemáticamente los efectos tóxicos de dos formas típicas de grafeno, el óxido de grafeno (GO) y los puntos cuánticos de grafeno dopados con nitrógeno (N-GQDs), sobre los glóbulos rojos (RBCs), probando su actividad hemolítica, observando los cambios morfológicos y detectando el contenido de ATP de los RBCs tras ser expuestos a los dos nanomateriales. El mecanismo de toxicidad se reveló además investigando los cambios estructurales de los lípidos de los glóbulos rojos mediante espectroscopia de absorción infrarroja de superficie utilizando membranas modelo. Un análisis detallado de los espectros infrarrojos reveló que la adsorción del GO destruye la integridad de la membrana al extraer la bicapa lipídica, lo que provoca hemólisis y formas aberrantes. En cambio, los N-GQDs sólo alteran la estructura y la conformación del lípido, dando lugar únicamente a células aberrantes. Hasta la fecha, éste es el primer estudio experimental que ha revelado el mecanismo de toxicidad de los materiales de grafeno en los glóbulos rojos a nivel molecular.

Efectos comparativos del grafeno y el óxido de grafeno en la toxicidad del cobre para Daphnia magna: Papel de los grupos funcionales oxigenados de la superficie

Aunque el riesgo de los materiales de grafeno para los organismos acuáticos ha llamado mucho la atención, rara vez se han explorado los efectos combinados de los materiales de grafeno con otros contaminantes, como los metales tóxicos, que pueden provocar efectos más graves que los materiales de grafeno por sí solos. En este caso, se investigaron sistemáticamente los efectos del grafeno (GN) y del óxido de grafeno (GO, un importante derivado oxidado del grafeno) sobre la toxicidad del cobre (Cu) para la Daphnia magna. Los resultados indicaron que el GN aumentó notablemente la acumulación de Cu en D. magna y potenció la lesión por estrés oxidativo causada por el Cu, mientras que no alteró significativamente la mortalidad aguda de D. magna dentro de las concentraciones de Cu probadas (0-200 μg L-1). Por el contrario, GO disminuyó significativamente la acumulación de Cu en D. magna y alivió la lesión por estrés oxidativo causada por el Cu. Mientras tanto, la presencia de GO redujo significativamente la mortalidad de D. magna cuando la concentración de Cu superó los 50 μg L-1. Los diferentes efectos del GN y del GO sobre la toxicidad del Cu dependían posiblemente de la acción del grupo funcional oxigenado de la superficie. Debido a la introducción de grupos funcionales oxigenados en la superficie, la capacidad de adsorción a los iones metálicos, la estabilidad en el agua y el modo de interacción con los organismos del GO son bastante diferentes a los del GN, causando diferentes efectos sobre la toxicidad del Cu. Este estudio proporciona información importante sobre la biodisponibilidad y la toxicidad de los metales pesados afectados por los materiales de grafeno en el agua natural.

Toxicidad del óxido de grafeno para el hongo de la podredumbre blanca Phanerochaete chrysosporium

Con la amplia producción y aplicaciones del grafeno y sus derivados, su toxicidad para el medio ambiente ha recibido mucha atención en la actualidad. En este estudio, investigamos la toxicidad del óxido de grafeno (GO) para el hongo de la podredumbre blanca (Phanerochaete chrysosporium). El GO se preparó mediante el método Hummers modificado y se caracterizó bien antes de su uso.  P. chrysosporium fue expuesto al GO en concentraciones de 0-4 mg/mL durante 7 días. Se midieron los pesos fresco y seco, los valores de pH de los medios de cultivo, las estructuras, las ultraestructuras, los espectros IR y las actividades de descomposición de los contaminantes para revelar los peligros del GO para P. chrysosporium. Nuestros resultados indicaron que bajas concentraciones de GO estimularon el crecimiento de P. chrysosporium. La exposición al GO indujo valores de pH más ácidos de los medios de cultivo después de 7 d. El GO indujo la alteración de la estructura de las fibras de P. chrysosporium, mientras que a 4 mg/mL se formaron algunas fibras muy largas y gruesas. Estos cambios se reflejaron en las investigaciones de microscopía electrónica de barrido, donde se observó la disrupción de las fibras. En las investigaciones ultraestructurales, la forma de las células de P. chrysosporium cambió y se encontraron más vesículas tras la exposición al GO. Los análisis de espectroscopia infrarroja sugirieron que las composiciones químicas de los micelios no se modificaron cualitativamente. Más allá de la toxicidad, el GO no alteró las actividades de P. chrysosporium a bajas concentraciones, pero condujo a la pérdida completa de la actividad a altas concentraciones. Se discuten las implicaciones para la seguridad ecológica del grafeno.

Mitigación de los efectos múltiples de la toxicidad del óxido de grafeno en la embriogénesis del pez cebra impulsada por el ácido húmico

El óxido de grafeno (GO) es un nanomaterial carbonoso ampliamente utilizado. Hasta la fecha, no se ha informado de la influencia de la materia orgánica natural (NOM) en la toxicidad del GO en los vertebrados acuáticos. Durante la embriogénesis del pez cebra, el GO indujo un importante retraso en la eclosión y un edema cardíaco. Las intensas interacciones del GO con el corion inducen daños en las protuberancias del corion, una generación excesiva de -OH y cambios en la estructura secundaria de las proteínas. En cambio, el ácido húmico (HA), una forma ubicua de NOM, alivió significativamente los efectos adversos mencionados. El HA redujo las interacciones entre el GO y el corion y mitigó el daño del corion al regular la morfología, las estructuras y las cargas negativas de la superficie del GO. El AH también alteró la captación y deposición de GO y disminuyó la agregación de GO en las células vitelinas embrionarias y en las células de la capa profunda. Además, el AH mitigó el daño mitocondrial y el estrés oxidativo inducido por el GO. Este trabajo revela un mecanismo antidotal factible para el GO en presencia de NOM y evita la sobreestimación de los riesgos del GO en el entorno natural

Localización intracelular y toxicidad del óxido de grafeno y de las nanoplaquetas de óxido de grafeno reducido para los hemocitos del mejillón in vitro

Recientemente, los materiales de grafeno han despertado un enorme interés en la investigación debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, que son muy prometedoras en los ámbitos de la electrónica, la energía, los materiales y la biomedicina. El óxido de grafeno (GO) es uno de los derivados del grafeno más estudiados. Para mejorar las propiedades eléctricas del GO, las nanoplaquetas se reducen químicamente, aumentando así la conductividad de las mismas. Este GO reducido (rGO) muestra propiedades y comportamientos diferentes a los del GO. Se espera que los residuos basados en el grafeno acaben en el medio ambiente marino. El objetivo de este trabajo es evaluar los posibles efectos tóxicos del GO y el rGO en los organismos marinos mediante ensayos in vitro con hemocitos de mejillón (Mytilus galloprovincialis). Las células fueron expuestas a una amplia gama de concentraciones (hasta 100 mg/L) de GO (con y sin polivinilpirrolidona-PVP como agente estabilizador: GO y GO-PVP) y rGO con PVP (rGO-PVP) para evaluar la citotoxicidad y la integridad de la membrana celular. A continuación, se expusieron las células a concentraciones subletales de GO y rGO-PVP para evaluar su distribución subcelular mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y para evaluar sus efectos sobre la producción de ROS. El GO, el GO-PVP y el rGO-PVP mostraron una citotoxicidad baja y dependiente de la concentración. El rGO-PVP (CL50 = 29,902 y 33,94 mg/L según el origen) fue más tóxico que el GO (CL50 = 49,84 y 54,51 mg/L según el origen) y el GO-PVP (CL50 = 43,72 mg/L). El PVP no fue tóxico para los hemocitos pero aumentó la biodisponibilidad y la toxicidad de las nanoplaquetas. En la TEM, las nanoplaquetas de GO y rGO-PVP provocaron invaginaciones y perforaciones de la membrana plasmática, lo que concuerda con la disminución observada en la integridad de la membrana celular. Las nanoplaquetas fueron internalizadas, en mayor medida para el rGO-PVP que para el GO, y se encontraron en el citosol y en las vesículas endolisosomales de los hemocitos. Tanto el GO como el rGO-PVP aumentaron la producción de ROS a la mayor concentración subletal probada. En conclusión, el GO, el GO-PVP y el rGO-PVP no son altamente tóxicos para las células del mejillón, pero causan daños en la membrana y su toxicidad está mediada por las ERO. Por último, los ensayos in vitro con hemocitos de mejillón son herramientas sensibles para detectar los efectos tóxicos de los nanomateriales basados en grafeno.

Densidad de grupos funcionales oxigenados en el óxido de grafeno: Su efecto en la toxicidad celular

La asociación de la toxicidad celular con las propiedades fisicoquímicas de los materiales basados en el grafeno está en gran medida inexplorada. Una comprensión fundamental de esta relación es esencial para diseñar nanomateriales basados en el grafeno para aplicaciones biomédicas. Aquí se presenta una evaluación toxicológica in vitro del óxido de grafeno (GO) y del óxido de grafeno reducido (RGO) y su correlación con sus propiedades fisicoquímicas. El GO resulta ser más tóxico que el RGO del mismo tamaño. El GO y el RGO inducen aumentos significativos tanto en los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS) intercelulares como en los niveles de ARN mensajero (ARNm) de la hemo oxigenasa 1 (HO1) y de la tiorredoxina reductasa (TrxR). Además, se observa una cantidad significativa de daños en el ADN en las células tratadas con GO, pero no en las tratadas con RGO. Estas observaciones apoyan la hipótesis de que el estrés oxidativo media la toxicidad celular del GO. Curiosamente, la citotoxicidad inducida por el estrés oxidativo se reduce con la disminución de la densidad del grupo funcional de oxígeno en la superficie del RGO. Se concluye que, aunque el tamaño de la hoja de GO desempeña un papel, la densidad del grupo funcional en la hoja de GO es uno de los componentes clave en la mediación de la citotoxicidad celular. Controlando la reducción del GO y manteniendo la solubilidad, es posible minimizar la toxicidad del GO y desentrañar su amplia gama de aplicaciones biomédicas

Evaluación de la toxicidad in vivo del óxido de grafeno para Acheta domesticus en relación con la pureza del nanomaterial y el tiempo transcurrido desde la exposición

El grafeno y su forma oxidada, el óxido de grafeno (GO), se han hecho excepcionalmente populares en la industria y la medicina debido a sus propiedades únicas. Sin embargo, se sospecha que el GO puede causar efectos adversos. Por lo tanto, es esencial conocer a fondo su potencial toxicidad.

Esta investigación evalúa la toxicidad in vivo del GO puro y del contaminado con iones de manganeso, que fueron inyectados en la hemolinfa de Acheta domesticus. Se midió la actividad de la catalasa (CAT) y de la glutation peroxidasa (GSTPx), así como los niveles de la proteína de choque térmico (HSP 70) y de la capacidad antioxidante total (TAC) en puntos temporales consecutivos: 1 h, 24 h, 48 h y 72 h después de la inyección.

Ni el GO puro ni el GO contaminado con manganeso fueron neutrales para el organismo. Los resultados demostraron la intensificación del estrés oxidativo tras la inyección de GO, lo que se confirmó por el aumento de la actividad enzimática. El organismo parece hacer frente a este estrés, especialmente en las primeras 24 horas tras la inyección. En los días siguientes, se observó un aumento de los niveles de HSP 70, lo que podría sugerir la síntesis de nuevas proteínas y la eliminación de las antiguas y dañadas.

Teniendo esto en cuenta, hay que tener en cuenta la potencial toxicidad del material estudiado, que podría provocar daños graves y permanentes en el organismo.

Impacto de los campos electromagnéticos en la toxicidad in vitro de las nanopartículas de plata y grafeno

Se ha investigado la correlación entre la forma y la concentración de las nanopartículas de plata (AgNPs), su citotoxicidad y la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en presencia de campos electromagnéticos (EMFs). Además, también se han evaluado los bioefectos causados por la combinación de CEM y nanopartículas de grafeno (GrNPs). Las AgNP de tres formas (triangular, esférica y coloidal) y las GrNP se añadieron en altas concentraciones al cultivo de fibroblastos humanos y se expusieron a CEM de tres frecuencias diferentes: 900, 2400 y 7500 MHz. Los resultados demostraron la dependencia de la citotoxicidad inducida por los CEM de la forma y la concentración de las AgNP. El efecto máximo de muerte celular se observó a la frecuencia de 900 MHz para las NPs de todas las formas y concentraciones. La mayor elevación de la temperatura se observó para la solución de GrNPs irradiada por CEM de 900 MHz de frecuencia. La exposición a los CEM provocó un aumento significativo de la formación de ROS en las soluciones de AgNPs triangulares y coloidales. Sin embargo, no se detectó ningún impacto de los CEM en la producción de ROS para las AgNPs esféricas. Las GrNPs demostraron una actividad protectora de las ROS que dependía de su concentración. Nuestros hallazgos indican la viabilidad de controlar la citotoxicidad de las AgNPs por medio de los CEM. Por primera vez se informa del efecto de los CEM en la actividad biológica de las AgNPs y GrNPs.

Evaluación de la toxicidad de los nanoescamas de grafeno mediante biosensores de impedancia electroquímica basados en células

La toxicidad de las nanoescamas de grafeno se analizó mediante biosensores de impedancia electroquímica basados en células con electrodos interdigitados de óxido de indio y estaño (ITO) instalados en una minicubadora construida a medida y colocada sobre un microscopio óptico invertido. La detección con mediciones electroquímicas a partir de electrodos ITO interdigitados fue altamente lineal (R2 = 0,93 y 0,96 para la corriente pico anódica (Ipa) y la corriente pico catódica (Ipc), respectivamente). El análisis de la toxicidad de las nanoescamas de grafeno en función del tamaño se llevó a cabo en un sistema de mini-incubadora con células HeLa cultivadas y tratadas con nanoescamas de grafeno de un tamaño medio de 80 o 30 nm durante un día. Los ensayos biológicos de proliferación y viabilidad celular complementaron las mediciones de impedancia electroquímica. El aumento de la toxicidad de las nanoescamas de grafeno más pequeñas (30 nm), medido mediante la detección de la impedancia electroquímica y el control óptico de las células tratadas, fue coherente con los resultados de los ensayos biológicos. La biosensación por impedancia electroquímica basada en células puede utilizarse para evaluar la toxicidad de los nanomateriales con diferentes aplicaciones biomédicas y medioambientales.

Un biosensor electroquímico de toxicidad miniaturizado basado en puntos cuánticos de óxido de grafeno/nanotubos de carbono carboxilados para la evaluación de contaminantes prioritarios

El estudio presenta un biosensor electroquímico sensible y miniaturizado basado en células para evaluar la toxicidad de contaminantes prioritarios en el medio acuático. Se utilizaron células de hepatoma humano (HepG2) como agente de reconocimiento biológico para medir los cambios de las señales electroquímicas y reflejar la viabilidad celular. El híbrido de puntos cuánticos de óxido de grafeno/nanotubos de carbono carboxilados se desarrolló de forma fácil y ecológica. Basándose en el electrodo de grafito modificado del compuesto híbrido, el recipiente de cultivo y detección de células se miniaturizó a una placa de 96 pocillos en lugar de la placa de cultivo tradicional. Además, se detectaron simultáneamente tres señales electroquímicas sensibles atribuidas a guanina/xantina, adenina e hipoxantina. El biosensor se utilizó para evaluar la toxicidad de seis contaminantes prioritarios, incluyendo Cd, Hg, Pb, 2,4-dinitrofenol, 2,4,6-triclorofenol y pentaclorofenol. Los valores IC50 de 24 h obtenidos por el biosensor electroquímico fueron inferiores a los del ensayo MTT convencional, lo que sugiere la mayor sensibilidad del ensayo electroquímico frente a los metales pesados y los fenoles. Esta plataforma permite la detección sensible y sin etiquetas del estado fisiológico de las células con múltiples parámetros y constituye un enfoque prometedor para la detección de la toxicidad de los contaminantes. Hace posible un análisis automático y de alto rendimiento del catabolismo de los nucleótidos, que puede ser fundamental para las ciencias de la vida y la toxicología.

Investigación de la mejor estrategia para disminuir la toxicidad y mejorar la actividad antibacteriana del óxido de grafeno mediante la adición de quitosano

El objetivo principal de este trabajo era encontrar una forma de aumentar la bioaplicabilidad de las nanopartículas de óxido de grafeno (GO). Para ello, se sintetizaron varios tipos de nanohíbridos de óxido de grafeno-chitosán (GO-CS) mediante la unión de diferentes tipos de estructuras de quitosán (CS) con GO. Posteriormente, se evaluaron en términos de caracterización estructural, actividad antibacteriana y citotoxicidad para obtener una estructura híbrida que representara el mayor rendimiento bactericida y de biocompatibilidad. Nuestros resultados revelaron que se sintetizaron con éxito el GO de una sola capa y también tres tipos diferentes de estructuras nanohíbridas de GO-CS (polvo prístino, estructuras esféricas y de red nanofibrilar). Los resultados de la actividad antibacteriana indicaron una actividad antibacteriana superior de los nanohíbridos en comparación con el GO puro. Además, se observó que la unión del CS al GO reducía de forma interesante el efecto citotóxico del GO e incluso provocaba la proliferación celular en algunas muestras. Además, se compararon las propiedades antibacterianas y de bioseguridad de los diferentes híbridos y se propusieron mecanismos sugerentes para sus actuaciones particulares.

Bases del desarrollo de la barrera intestinal contra la toxicidad del óxido de grafeno

Antecedentes

La barrera intestinal es crucial para los animales contra la translocación de los nanomateriales de ingeniería (ENM) a los órganos secundarios objetivo. Sin embargo, los mecanismos moleculares del papel de la barrera intestinal contra la toxicidad de los nanomateriales artificiales siguen siendo poco claros. El intestino de Caenorhabditis elegans es un potente sistema experimental in vivo para el estudio de la función intestinal. En este estudio, investigamos las bases moleculares de la barrera intestinal contra la toxicidad y la translocación del óxido de grafeno (GO) utilizando C. elegans como animal modelo.

Resultados

Basándonos en el cribado genético de los genes necesarios para el control del desarrollo intestinal en diferentes aspectos utilizando la técnica de interferencia de ARN (RNAi) específica para el intestino, identificamos cuatro genes (erm-1, pkc-3, hmp-2 y act-5) necesarios para la función de barrera intestinal contra la toxicidad del GO. En condiciones normales, la mutación de cualquiera de estos genes alteraba la permeabilidad intestinal. Centrándonos en PKC-3, una proteína quinasa C atípica, identificamos una cascada de señalización intestinal de PKC-3-SEC-8-WTS-1, lo que implica que PKC-3 podría regular la permeabilidad intestinal y la toxicidad del GO afectando a la función del complejo exoquista mediado por SEC-8 y al papel de WTS-1 en el mantenimiento de la integridad de la membrana intestinal apical. ISP-1 y SOD-3, dos proteínas necesarias para el control del estrés oxidativo, también fueron identificadas como dianas de la PKC-3, y funcionaron en paralelo con WTS-1 en la regulación de la toxicidad del GO.

Conclusiones

Utilizando C. elegans como sistema de ensayo in vivo, encontramos que varios genes de desarrollo necesarios para el control del desarrollo intestinal regulan tanto la permeabilidad intestinal como la toxicidad del GO. Centrándonos en PKC-3, planteamos dos cascadas de señalización intestinal, PKC-3-SEC-8-WTS-1 y PKC-3-ISP-1/SOD-3. Nuestros resultados reforzarán nuestra comprensión de las bases moleculares de la maquinaria de desarrollo de la barrera intestinal contra la toxicidad y la translocación del GO en los animales.

La toxicidad in vitro e in vivo de los puntos cuánticos de grafeno

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) generan fluorescencia intrínseca y mejoran la estabilidad acuosa del óxido de grafeno (GO), al tiempo que mantienen una amplia adaptabilidad química y una gran capacidad de adsorción. A pesar de las notables ventajas del GO en la bioimagen, la biodetección y otras aplicaciones biomédicas, sus problemas de bioseguridad siguen sin estar claros. Aquí presentamos un estudio detallado y sistemático sobre la toxicidad in vitro e in vivo del GQD. La muestra de GQD se preparó mediante un enfoque de oxidación fácil y se caracterizó completamente mediante AFM, TEM, FTIR, XPS y análisis elemental.  Los experimentos in vitro demostraron que el GQD presenta una citotoxicidad muy baja debido a su tamaño ultrapequeño y a su alto contenido en oxígeno. A continuación, el experimento de biodistribución in vivo de GQD reveló que no hay acumulación de material en los principales órganos de los ratones y que la eliminación de GQD es rápida a través del riñón. Para imitar la administración de fármacos en la clínica, se inyectaron ratones con GQD y GO (como comparación) varias veces para realizar pruebas de toxicidad in vivo. Descubrimos que GQD no mostraba ninguna influencia obvia en los ratones debido a su pequeño tamaño, mientras que GO parecía tóxico, incluso causando la muerte de los ratones debido a la agregación de GO dentro de los ratones. En resumen, GQD no posee una toxicidad evidente in vitro e in vivo, incluso en situaciones de multidosificación.

Revisión avanzada de los nanomateriales basados en el grafeno en los sistemas de administración de fármacos: Síntesis, modificación, toxicidad y aplicación

El descubrimiento del grafeno, un logro notable en el campo de los nuevos nanomateriales de carbono, ha desencadenado la exploración mundial de las aplicaciones biomédicas de este material desde 2004 debido a sus propiedades únicas. La estructura plana bidimensional, la gran superficie, la estabilidad química, la estabilidad mecánica y la buena biocompatibilidad del grafeno son prometedoras para su aplicación en sistemas de administración de fármacos (DDS). En esta revisión, analizamos brevemente las características, la síntesis y la modificación del grafeno. También investigamos su toxicidad y sus aplicaciones en DDSs, con varios ejemplos representativos. Esta revisión presenta un resumen exhaustivo de los nanomateriales basados en el grafeno, desde sus características hasta su síntesis y aplicaciones, así como su evaluación in vitro e in vivo en medicina. Este artículo ofrece una estrategia orientativa para la selección de enfoques óptimos para la fabricación de nanotransportadores adecuados para tratamientos médicos y para controlar la toxicidad dentro de los límites de seguridad terapéutica. Los prometedores logros alcanzados con los nanomateriales basados en el grafeno indican varias posibilidades para una mayor investigación biomédica, así como para el desarrollo teórico y aplicado.

Nanomateriales de la familia del grafeno en aplicaciones oculares: Propiedades fisicoquímicas y toxicidad

Los nanomateriales de la familia del grafeno (GFN) están surgiendo rápidamente para aplicaciones oculares debido a sus excelentes propiedades fisicoquímicas. Dado que los ojos son órganos muy sensibles y que el contacto entre los ojos y los GFN en colirios, lentes de contacto, sistemas de administración de fármacos intraoculares y biosensores, e incluso los trabajadores que manipulan estos nanomateriales, es inevitable, es necesario investigar sus toxicidades oculares y sus interacciones fisiológicas con las células, así como sus mecanismos de toxicidad. La toxicidad de los GFN puede verse muy afectada por sus propiedades fisicoquímicas, como la composición, el tamaño, la química de la superficie y el nivel de oxidación, así como por la dosis y el tiempo de exposición. Hasta ahora, existen varios estudios sobre la toxicidad in vitro e in vivo de los GFN; sin embargo, falta una revisión exhaustiva sobre la toxicidad ocular y las aplicaciones de los GFN, y los conocimientos sobre los riesgos para la salud de la exposición ocular a los GFN son predominantemente inespecíficos. Esta revisión destaca las aplicaciones oculares de los GFN y cubre sistemáticamente los avances más recientes de las propiedades fisicoquímicas de los GFN, la toxicidad ocular in vitro e in vivo, y los posibles mecanismos de toxicidad, así como proporciona algunas perspectivas sobre los riesgos potenciales de los GFN en el desarrollo de materiales y aplicaciones biomédicas.

Los microARN controlan la toxicidad in vivo del óxido de grafeno en Caenorhabditis elegans

Las bases moleculares de la toxicidad in vivo del óxido de grafeno (GO) siguen sin estar claras. Aquí utilizamos a Caenorhabditis elegans para investigar el control de la toxicidad del óxido de grafeno por parte de los microRNAs (miRNAs). Con la ayuda de la secuenciación SOLiD, identificamos 23 miRNAs regulados al alza y 8 regulados a la baja en nematodos expuestos al GO. El análisis de la ontología de genes y de la base de datos de vías KEGG implicó que estos miRNAs identificados podrían estar involucrados en el control de muchos procesos biológicos, y algunos de ellos sugieren las posibles nuevas funciones de GO. Las funciones de los miRNAs identificados en la regulación de la toxicidad de GO en la vida útil fueron confirmadas en los mutantes de miRNAs disponibles. Además, proporcionamos la evidencia para plantear una hipótesis de que GO puede reducir la vida útil a través de la influencia de las funciones de la señalización de la insulina/IGF, la señalización de TOR, y las vías de señalización de la línea germinal controladas por miRNAs. Nuestros resultados serán útiles para comprender las bases moleculares de la toxicidad del GO y para encontrar pistas sobre modificaciones superficiales útiles para reducir la toxicidad del GO.

Del editor clínico

En este estudio, se estudia la toxicidad del óxido de grafeno en un modelo de Caenorhabditis elegans mediante el análisis de los microARN. Los autores informan de que el GO influye en múltiples vías importantes y plantean la hipótesis de que el GO puede reducir la vida útil al influir en las funciones de la señalización de la insulina/IGF, la señalización TOR y la vía de señalización de la línea germinal

Mecanismos moleculares de la toxicidad para el desarrollo inducida por el óxido de grafeno en las concentraciones ambientales previstas

La toxicidad para el desarrollo es un tema crítico en la nanotoxicidad. Sin embargo, se sabe muy poco sobre los efectos del óxido de grafeno (GO, un material de carbono ampliamente utilizado) en las concentraciones ambientales previstas sobre el desarrollo biológico o los mecanismos moleculares específicos. El presente estudio estableció que el desarrollo de los embriones de pez cebra expuestos a concentraciones traza (1-100 μg/L) de GO se vio perjudicado debido a la modificación del ADN, la carbonilación de proteínas y la generación excesiva de especies reactivas de oxígeno (ROS), especialmente el radical superóxido. Cabe destacar que hubo una respuesta no monótona de la toxicidad del desarrollo del pez cebra al GO en niveles de μg/L a mg/L. El análisis transcriptómico reveló que la alteración de los genes relacionados con el colágeno y la metaloproteinasa de matriz (MMP) afectaba al desarrollo esquelético y cardíaco del pez cebra. Además, el análisis metabolómico demostró que la inhibición del metabolismo de los aminoácidos y las proporciones de los ácidos grasos insaturados (AGI) respecto a los ácidos grasos saturados (AGS) contribuyeron a la citada toxicidad en el desarrollo. El presente trabajo verifica la toxicidad para el desarrollo del GO en concentraciones traza e ilustra por primera vez los mecanismos moleculares específicos de la misma. Debido a la potencial toxicidad para el desarrollo del GO en concentraciones traza, los administradores gubernamentales y los productores de nanomateriales deberían considerar sus riesgos potenciales antes de la exposición ambiental generalizada al GO.

Información complementaria

La información de apoyo está disponible de forma gratuita en el sitio web de ACS Publications en DOI: 10.1021/acs.est.7b01922.

Métodos relativos a los análisis de ROS, O2--, MDA, 8-OHdG y carbonilo proteico, métodos de secuenciación de RNA-seq, RT-qPCR, tinción con azul alciano/rojo alizarina S y o-dianisidina, y análisis GC-MS. Tablas relativas a los genes y cebadores específicos utilizados para la RT-qPCR, recuento de lecturas de los genes responsables de la eliminación de ROS, DEGs del pez cebra provocados por GO, términos de ontología genética para los DEGs, vías KEGG para los DEGs, estadísticas para los eventos de AS, y metabolitos del pez cebra. Figura relativa a las características de GO, ROS, RT-qPCR, mediciones morfométricas y análisis metabólico.

Formación de subproductos de desinfección y toxicidad del óxido de grafeno en el sistema de tratamiento de aguas

simultáneamente con el bromo.

Resumen

El óxido de grafeno (GO) es un análogo estructural del grafeno y contiene numerosos grupos funcionales que contienen O. Debido al rápido aumento de la producción y el uso de GO, es inevitable que fluya en el sistema de tratamiento de agua y aguas residuales y finalmente se oxide por los desinfectantes para formar DBPs. Mientras tanto, como el GO es un material de carbono de tamaño nanométrico, también puede romper el sistema de digestión humano cuando fue absorbido por el cuerpo humano. Este estudio exploró la formación de DBP cuando sólo estaba presente el GO. También se consideraron los efectos del Br- durante la formación de DBP. Durante el procedimiento de cloración y cloraminación se formaron tanto trihalometanos (THM) como ácidos haloacéticos (HAA), pero la concentración total de THM fue al menos tres veces mayor que la de HAA. La irradiación puede aumentar significativamente la formación de DBP mediante la formación de radicales. El aspecto arrugado y la descomposición del anillo aromático pueden ser eficaces en la formación de DBP mediante la cloración o la bromación. Los hallazgos de este estudio hacen avanzar el conocimiento sobre la formación de DBP del GO en los sistemas de tratamiento de aguas y proporcionan una visión sobre los efectos tóxicos de los productos de transformación del GO.

Recubrimientos híbridos de óxido de grafeno/carbón amorfo y su efecto sobre la viabilidad y la toxicidad de diferentes tipos de células

En este trabajo exploramos la posibilidad de desarrollar recubrimientos híbridos de óxido de grafeno/carbón amorfo (GO/a-C) con diferentes grados de oxidación y analizamos la influencia de la composición del oxígeno superficial en la biocompatibilidad.

Las películas de GO/a-C se obtuvieron mediante el tratamiento con plasma de sustratos de PEEK recubiertos con GO utilizando diferentes cantidades relativas de metano y oxígeno como precursores gaseosos. La composición química de la superficie de los recubrimientos, incluida la abundancia de oxígeno y la naturaleza de los grupos que lo contienen, se analizó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, y la respuesta celular a los materiales de la muestra se evaluó mediante ensayos de viabilidad y citotoxicidad en dos tipos de células diferentes, incluidos los osteoblastos humanos (hFOB) y los fibroblastos gingivales humanos (hGF).

Las células presentaron una viabilidad parcialmente disminuida en las muestras tratadas con plasma respecto al sustrato PEEK sin tratar, pero no se mostraron evidencias significativas de toxicidad celular, con una liberación de LDH muy por debajo del 20% para todos los materiales. Se observó una respuesta de citotoxicidad específica de las células. No se registraron efectos significativos en las células hGF, lo que sugiere que las células hGF no eran sensibles al diferente contenido de oxígeno en la superficie de los recubrimientos. Por otro lado, los hFOB mostraron una toxicidad relativamente mayor cuando se cultivaron en las muestras con una alta concentración de oxígeno en la superficie. La toxicidad de las células de osteoblastos humanos aumentó considerablemente con el aumento del contenido de grupos carbonilo y carboxilo en la superficie, lo que sugiere que estos grupos funcionales tuvieron un papel importante en la inducción del estrés oxidativo en las células hFOB.

Biocompatibilidad y toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno para su potencial aplicación en terapia fotodinámica

Objetivo: Conseguir una producción elevada y fiable de especies reactivas de oxígeno (ROS) en la terapia fotodinámica (PDT) sigue siendo un reto. Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son muy prometedores para la TFD. Sin embargo, los procesos fotoquímicos que conducen a la generación de ROS derivadas de los GQDs aún no han sido completamente dilucidados.  Materiales y métodos:  Se investigaron exhaustivamente las características fisicoquímicas de las GQDs, incluyendo el análisis de resonancia paramagnética electrónica de la producción de oxígeno singlete. Se evaluó la toxicidad oscura in vitro e in vivo.  Resultados:  Los GQDs demostraron excelentes características fotoluminiscentes, resistencia a la corrosión, alta solubilidad en agua, alta foto/estabilidad al pH, biocompatibilidad in vitro e in vivo y generación muy eficiente de oxígeno singlete/ROS.  Conclusión:  La mayor generación de ROS, combinada con la buena biocompatibilidad y la mínima toxicidad in vitro e in vivo, apoyan el potencial de los GQDs para futuras aplicaciones de PDT.

Utilidad de las líneas celulares de peces para la caracterización inicial de la toxicidad y el destino celular de los materiales relacionados con el grafeno (nanofibras de carbono y óxido de grafeno)

Los materiales relacionados con el grafeno (GRMs) son uno de los materiales más atractivos desde el punto de vista de las aplicaciones, por lo que su liberación en entornos acuáticos es muy probable. En el presente trabajo, se evaluó el potencial de los hepatocitos de peces (línea celular de hepatoma de peces topminnow, PLHC-1) y de los macrófagos (línea celular de leucocitos de carpa, CLC) para estudiar la toxicidad y el destino intracelular de las nanofibras de carbono de cinta helicoidal (CNFs) y del óxido de grafeno (GO) utilizados en una variedad de productos industriales intermedios, lo que permitió una primera clasificación de los GRMs según su citotoxicidad. Se expusieron las células a un rango de concentración de 0-200 μg ml-1 de GRMs durante 24 y 72 h y se evaluó la viabilidad celular midiendo la actividad mitocondrial (ensayo AlamarBlue), la integridad de la membrana plasmática (ensayo de diacetato-acetoximetiléster de 5-carboxifluoresceína) y la función lisosomal (ensayo de captación de rojo neutro). Los resultados mostraron que tanto el tipo de célula como la elección del criterio de valoración determinaron la toxicidad de los GRM. En ambas líneas celulares, los CNF parecían tener una mayor toxicidad que el GO y el mayor grado de grafitización de las fibras se asociaba a una menor toxicidad.  La microscopía electrónica de transmisión reveló que los CNFs fueron absorbidos en compartimentos unidos a la membrana de las células PLHC-1 de una manera independiente del tamaño, mientras que en CLC, los CNFs más largos se encontraron libres en el citoplasma y sólo los CNFs más cortos se localizaron en vesículas rodeadas de membrana. Las hojas de GO estaban presentes dentro de las vesículas, así como libres en el citoplasma de ambos tipos de células. Estos hallazgos contribuyen a la comprensión de la toxicidad y el comportamiento de estos GRMs en sistemas vivos, ayudando así a diseñar materiales más seguros para el medio ambiente

Toxicidad del óxido de grafeno contra algas y cianobacterias: Lesión mecánica inducida por la nanomorfología y mecanismo de autoprotección

El óxido de grafeno (GO) es el material bidimensional más estudiado y tiene muchas aplicaciones potenciales en biomedicina, biotecnologías y tecnologías medioambientales. Sin embargo, sus efectos toxicológicos sobre los organismos acuáticos no han sido debidamente investigados. Aquí comparamos la toxicidad de sistemas de óxido de grafeno oxidados de forma diferente hacia el alga verde Raphidocelis subcapitata y la cianobacteria Synechococcus elongatus. La cianobacteria mostró una mayor sensibilidad al GO y una inhibición del crecimiento más rápida que el alga, en consonancia con las propiedades antibacterianas establecidas del GO. Los efectos tóxicos del GO incluyeron el sombreado/agregación de GOs y el agotamiento de nutrientes; sin embargo, un estudio mecanístico detallado reveló que el GO actuó contra R. subcapitata a través de un nuevo mecanismo adicional. Sorprendentemente, las muestras de GO ligeramente oxidadas indujeron un daño significativamente mayor en la integridad de la membrana que las muestras de GO más fuertemente oxidadas. Los experimentos de citometría de flujo y microscopía revelaron que el GO ligeramente oxidado puede actuar como una "nanocuchilla" que causa daños mecánicos a las células de las algas, probablemente debido a la cobertura comparativamente baja de funcionalidades portadoras de oxígeno en los bordes de dichas láminas de GO. El grado de oxidación de las muestras de GO afecta, pues, a su ecotoxicidad. Curiosamente, las incubaciones más largas activaron las reacciones de defensa inducidas por el estrés que implican la biosíntesis de proteínas extracelulares y carbohidratos tanto en las algas como en las cianobacterias.

Toxicidad pulmonar in vitro de los nanohíbridos de óxido de grafeno reducido y hierro cero y comparación con los atributos del nanomaterial de origen

La conjugación de nanomateriales individuales para formar "nanohíbridos" ha sido el objetivo reciente de la síntesis de materiales avanzados con el fin de lograr propiedades mejoradas y funcionalidades sinérgicas. Sin embargo, los nanohíbridos pueden inducir interacciones biológicas y respuestas toxicológicas inciertas y desconocidas que probablemente sean únicas y alteradas respecto a los atributos de los nanomateriales que los componen. En este estudio, se ha evaluado sistemáticamente la toxicidad in vitro del óxido de grafeno reducido y el hierro zerovalente a escala nanométrica (rGO-nZVI), un nanohíbrido multifuncional prometedor para la recuperación del medio ambiente, en células epiteliales bronquiales humanas (BEAS-2B). Se llevó a cabo una cuidadosa síntesis de rGO-nZVI mediante la coreducción química de óxido de grafeno (GO) y precursores de sales de hierro, seguida de la evaluación de sus propiedades fisicoquímicas y estabilidad coloidal en el medio biológico. Una evaluación exhaustiva de las interacciones biológicas y los resultados toxicológicos del rGO-nZVI y sus materiales parentales, es decir, el GO, el rGO y el nZVI en las células BEAS-2B incluyó la captación celular, la viabilidad celular, la integridad de la membrana celular, la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y los análisis del ciclo celular. El comportamiento tóxico de los nanohíbridos de rGO-nZVI se situó entre el de rGO/GO (el más tóxico) y el de nZVI (el menos tóxico); sin embargo, se rigió principalmente por la toxicidad de rGO/GO y sus mecanismos. Este estudio arroja luz sobre la importancia de las estrategias de diseño sostenible para las nanoestructuras complejas y jerárquicas de próxima generación.

La exposición a bajas dosis de óxido de grafeno aumenta significativamente la toxicidad de los metales para los macrófagos al alterar su estado de cebado celular

Debido a las novedosas propiedades fisicoquímicas del grafeno, se están desarrollando materiales como el óxido de grafeno (GO) para aplicaciones en diversos campos como la biomedicina. Sin embargo, todavía existen considerables lagunas de conocimiento sobre el impacto de los GO en la salud y la seguridad ambiental (EHS). Hasta ahora, no se ha prestado mucha atención a su toxicidad secundaria, a sus efectos sinérgicos y a su mala adaptación. Aquí, mostramos que a bajas concentraciones (que no resultaron directamente en una citotoxicidad significativa), el GO podría aumentar en gran medida la toxicidad de los metales en los macrófagos al alterar su estado de cebado celular. Específicamente, el GO causó daños a la morfología celular y a la integridad de la membrana de los macrófagos, y aumentó notablemente la captación celular de Cd y otros iones metálicos no esenciales (como Hg y Gd). Además, tras el pretratamiento con dosis bajas de GO, la captación de Cd a una concentración no tóxica provocó un notable estrés oxidativo en los macrófagos y, en última instancia, provocó un aumento de la muerte celular. Las investigaciones mecanísticas ilustraron que el pretratamiento con GO desencadenó la muerte celular por apoptosis debido a la exposición al Cd. En general, los resultados de este estudio revelan una nueva vía para comprender el impacto de los GOs en el EHS a través de la perspectiva de sus efectos sinérgicos y secundarios, mecanismos previamente no identificados a través de los cuales los nanomateriales podrían plantear efectos perjudiciales en los organismos

La oxidación superficial del óxido de grafeno determina el daño de la membrana, la peroxidación de lípidos y la citotoxicidad en macrófagos en un modelo de toxicidad pulmonar

Aunque el óxido de grafeno (GO) bidimensional se utiliza cada vez más en aplicaciones biomédicas, no se sabe con certeza cómo se relacionan las propiedades fisicoquímicas específicas con la biocompatibilidad en sistemas de mamíferos. Aunque propiedades como el tamaño lateral y las propiedades coloidales de las nanohojas son importantes, las propiedades específicas del material que abordamos aquí son el estado de oxidación y los grupos reactivos de la superficie plana. En este estudio, utilizamos una biblioteca de GO, compuesta por GO prístino, reducido (rGO) e hidratado (hGO), en la que se utilizó la evaluación cuantitativa del contenido de radicales hidroxilo, carboxilo, epóxido y carbono para estudiar el impacto en las células epiteliales y los macrófagos, así como en el pulmón murino. Sorprendentemente, observamos que el hGO, que presenta la mayor densidad de radicales de carbono, era responsable de la generación de muerte celular en las células THP-1 y BEAS-2B como consecuencia de la peroxidación lipídica de la membrana superficial, la lisis de la membrana y la muerte celular. En cambio, el GO prístino tuvo efectos menores, mientras que el rGO mostró una amplia captación celular con efectos mínimos sobre la viabilidad. Para ver cómo se relacionan estos efectos in vitro con los resultados adversos en el pulmón, se expuso a los ratones a los GO por aspiración orofaríngea. El sacrificio de los animales después de 40 h demostró que el hGO era más propenso que otros materiales a generar una inflamación pulmonar aguda, acompañada de la mayor peroxidación lipídica en los macrófagos alveolares, la producción de citoquinas (LIX, MCP-1) y la liberación de LDH en el líquido de lavado broncoalveolar. El GO prístino mostró menos toxicidad, mientras que el rGO tuvo efectos mínimos. Demostramos que el estado de oxidación de la superficie y el contenido de radicales de carbono desempeñan un papel importante en la inducción de toxicidad por el GO en las células de mamíferos y en el pulmón.

El óxido de grafeno induce defectos cardiovasculares en el modelo de embrión de pez cebra (Danio rerio) en desarrollo: Evaluación de la toxicidad in vivo

El óxido de grafeno (GO) tiene amplias aplicaciones de ingeniería en diversas áreas, como la electrónica, el almacenamiento de energía, los productos farmacéuticos, la nanomedicina, la remediación ambiental y la biotecnología, debido a sus propiedades físico-químicas únicas. En el presente estudio, se evaluó la información relacionada con el riesgo del GO para examinar los posibles riesgos ecológicos y sanitarios de la toxicidad para el desarrollo. Aunque la toxicidad general del desarrollo del GO ha sido bien caracterizada en el pez cebra, sin embargo, su efecto de liberación en una determinada concentración de organismos vivos con defectos cardiovasculares específicos sigue siendo en gran medida elusivo. Por lo tanto, este estudio se llevó a cabo para evaluar más a fondo la toxicidad del GO sobre el desarrollo embrionario y los defectos cardiovasculares en embriones de pez cebra utilizados como modelo animal in vivo. Como resultado, la presencia de GO a una pequeña concentración (0,1-0,3 mg/mL) no afecta al desarrollo embrionario. Sin embargo, el GO a concentraciones más altas (0,4-1 mg/mL) induce una importante mortalidad embrionaria, un aumento de los latidos del corazón, un retraso en la eclosión, cardiotoxicidad, defectos cardiovasculares, retraso en el bucle cardíaco, aumento de la apoptosis y disminución de la hemoglobinización. Estos resultados proporcionan una valiosa información que puede utilizarse para estudiar los efectos ecotoxicológicos del GO para evaluar su bioseguridad en función de la concentración ambiental. Además, los presentes resultados también serían útiles para comprender los riesgos ambientales asociados al GO sobre la salud humana en general

Toxicidad de un compuesto de polímero y óxido de grafeno contra células planctónicas bacterianas, biofilms y células de mamíferos

Es fundamental desarrollar agentes antimicrobianos altamente eficaces que no sean perjudiciales para el ser humano y no presenten efectos adversos en el medio ambiente. Aunque los estudios antimicrobianos de los nanomateriales basados en el grafeno son todavía bastante limitados, algunos investigadores han prestado especial atención a estos nanocompuestos como candidatos prometedores para la próxima generación de agentes antimicrobianos. El nanocompuesto de polivinil-N-carbazol (PVK) y óxido de grafeno (GO) (PVK-GO), que contiene sólo un 3 % en peso de GO bien disperso en una matriz de PVK de 97 % en peso, presenta excelentes propiedades antibacterianas sin una citotoxicidad significativa para las células de mamíferos. El alto contenido de polímero en este nanocompuesto hace posible la futura fabricación del material a gran escala en un proceso de alto rendimiento de polimerización adiabática a granel. En este estudio, se evaluó la toxicidad del PVK-GO con células microbianas planctónicas, biofilms y células de fibroblastos NIH 3T3. Los efectos antibacterianos se evaluaron contra dos bacterias Gram-negativas:  Escherichia coli y Cupriavidus metallidurans; y dos bacterias Gram-positivas:  Bacillus subtilis y Rhodococcus opacus.  Los resultados muestran que el nanocompuesto PVK-GO presenta mayores efectos antimicrobianos que el GO prístino. La eficacia del PVK-GO en solución quedó demostrada ya que el nanocompuesto "encapsuló" las células bacterianas, lo que condujo a la reducción de la actividad metabólica microbiana y a la muerte celular. El hecho de que el PVK-GO no presentara una citotoxicidad significativa para las células de fibroblastos ofrece una gran oportunidad para posibles aplicaciones en importantes campos biomédicos e industriales.

El óxido de grafeno activa un mecanismo de protección codificado por señales epigenéticas para inhibir su toxicidad reproductiva inducida en Caenorhabditis elegans

Aunque muchos estudios han sugerido los efectos adversos de los nanomateriales de ingeniería (ENMs), los mecanismos de autoprotección de los organismos contra la toxicidad de los ENMs siguen siendo poco claros. Utilizando Caenorhabditis elegans como sistema de ensayo in vivo, nuestros resultados sugieren la toxicidad del óxido de grafeno en la reducción de la capacidad reproductiva al inducir daños en el desarrollo de las gónadas. La toxicidad reproductiva observada del óxido de grafeno en el desarrollo de las gónadas se debió al efecto combinatorio de la apoptosis de la línea germinal y la detención del ciclo celular, y la activación del daño en el ADN podría actuar como inductor de este efecto combinatorio. Para el mecanismo molecular subyacente de la toxicidad reproductiva del GO, planteamos una cascada de señalización de HUS-1/CLK-2-CEP-1-EGL-1-CED-4-CED-3 para explicar las funciones de la vía de señalización de la apoptosis central y los puntos de control del daño del ADN. Además, identificamos un mecanismo de regulación de miRNAs activado por GO para suprimir su toxicidad reproductiva inducida. Un mecanismo de regulación de mir-360 fue activado por GO para suprimir su cascada de señalización de daño al ADN-apoptosis inducida a través de afectar al componente de CEP-1. Nuestro mecanismo de protección codificado por señales epigenéticas activado por GO sugiere un nuevo mecanismo de autoprotección para los organismos contra la toxicidad de los ENMs.

Mejora del ensayo de toxicidad basado en Aliivibrio fischeri: El óxido de grafeno como refuerzo de la sensibilidad con una aplicación para el teléfono móvil

Recientemente, han surgido muchas aplicaciones basadas en la bioluminiscencia en varios campos, como la biodetección, la bioimagen, la biología molecular y el diagnóstico de la salud humana. Entre todos los organismos bioluminiscentes, Aliivibrio fischeri (A. fischeri) es una bacteria bioluminiscente utilizada para realizar ensayos de toxicidad en el agua desde finales de la década de 1970. Desde entonces, se han lanzado al mercado varios productos comerciales basados en A. fischeri, ya que estas bacterias se consideran un estándar de oro para la evaluación de la toxicidad del agua en todo el mundo. Sin embargo, los productos comerciales mencionados dependen de equipos costosos, que requieren varios reactivos y pasos de trabajo, así como personal altamente capacitado para realizar los ensayos y analizar los datos de salida. Por estas razones, en este trabajo hemos desarrollado por primera vez una plataforma de detección basada en teléfonos móviles para la evaluación de la toxicidad del agua en sólo 5 minutos, utilizando dos pesticidas muy extendidos como analitos modelo. Para ello, hemos establecido nuevas metodologías para mejorar la señal bioluminiscente de A. fischeri basadas en el cultivo de la bacteria en un medio sólido y/o utilizando óxido de grafeno. Finalmente, hemos abordado la biocompatibilidad del óxido de grafeno con A. fischeri, potenciando la sensibilidad de los ensayos de toxicidad y el crecimiento bacteriano de los cultivos bacterianos liofilizados para un almacenamiento más fácil.

Capas similares al grafeno del negro de humo: Evaluación de la toxicidad in vivo

Las capas similares al grafeno (GL), un nuevo material relacionado con el grafeno (GRM), poseen peculiares propiedades químicas, coloidales, ópticas y de transporte. Teniendo en cuenta la reciente y prometedora aplicación de las capas de grafeno en los campos de la biomedicina y la bioelectrónica, es de suma importancia investigar el perfil toxicológico de estos nanomateriales. Este estudio representa un importante primer informe de una evaluación completa de la toxicidad in vivo de las capas de GL en el pez cebra embrionario (Danio rerio). Nuestros resultados muestran que las capas de GL no provocan ninguna perturbación en los diferentes parámetros biológicos evaluados, lo que indica su buena biocompatibilidad en un modelo vertebrado. La nueva visión sobre la bioseguridad de las capas de GL ampliará sus aplicaciones en nanomedicina

Contribución de la permeabilidad alterada de la barrera intestinal y del comportamiento de defecación a la formación de toxicidad por óxido de grafeno en el nematodo Caenorhabditis elegans

El óxido de grafeno (GO) se ha estudiado ampliamente por sus potenciales aplicaciones biomédicas. Mientras tanto, la potencial toxicidad del GO surge tanto en las aplicaciones biomédicas como en los productos no biomédicos en los que puede producirse una exposición ambiental. En el presente estudio, examinamos los posibles efectos adversos del GO y el mecanismo subyacente utilizando el nematodo Caenorhabditis elegans como sistema de ensayo. Comparamos los efectos in vivo del GO entre la exposición aguda y la prolongada, y descubrimos que la exposición prolongada a 0,5-100 mg L-1 de GO causaba daños en las funciones de los órganos primarios (intestino) y secundarios (neuronas y órganos reproductores). En el intestino, la producción de ROS se correlacionó significativamente con la formación de efectos adversos en las funciones de los órganos primarios y secundarios. El GO pudo translocarse al interior de las células intestinales con pérdida de microvellosidades, y se distribuyó hasta quedar adyacente a las mitocondrias o rodearlas. La exposición prolongada al GO provocó un estado de hiperpermeabilidad de la barrera intestinal, un aumento de la duración media del ciclo de defecación y una alteración de los genes necesarios para el desarrollo intestinal y el comportamiento defecatorio. Por lo tanto, nuestros datos sugieren que la exposición prolongada al GO puede causar un riesgo potencial para los organismos ambientales después de su liberación en el medio ambiente. La toxicidad del GO puede deberse a los efectos combinados del estrés oxidativo en la barrera intestinal, el aumento de la permeabilidad de la barrera biológica y la supresión del comportamiento defecatorio en C. elegans.

Los nanoribones de óxido de grafeno presentan una toxicidad significativamente mayor que las nanoplaquetas de óxido de grafeno

El óxido de grafeno (GOs) ha surgido en los últimos años como un nanomaterial versátil, demostrando un enorme potencial para aplicaciones biomédicas multifuncionales. Los GOs pueden prepararse mediante el enfoque top-down o bottom-up, lo que conduce a una gran variabilidad de GOs producidos debido a los diferentes procedimientos y fuentes de carbono de partida adoptadas. Esto tendrá un efecto sobre las propiedades fisicoquímicas de los GOs y su comportamiento tóxico resultante. En este estudio, examinamos la citotoxicidad de los nanoribones de óxido de grafeno (GONRs; ∼310 × 5000 nm) y de las nanoplaquetas de óxido de grafeno (GONPs; 100 × 100 nm), preparados a partir del tratamiento oxidativo de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs; ∼100 × 5000 nm) y de nanofibras de grafeno apiladas (SGNFs; 100 × 5000 nm), respectivamente.  Las evaluaciones in vitro revelaron que los GONR presentaban una citotoxicidad mucho mayor que los GONP, y correlacionamos esa observación con los datos de caracterización que mostraban que los GONR tenían una mayor cantidad de grupos carbonilos, así como una mayor longitud. Por lo tanto, proponemos que el comportamiento tóxico más fuerte de los GONRs es el resultado del efecto sinérgico entre estos dos factores, y el tipo de fuente de carbono utilizado para preparar GOs debe ser cuidadosamente considerado en cualquier bioaplicación futura.

Evaluación de la toxicidad del óxido de grafeno sobre quistes y tres estadios larvarios de Artemia salina

Utilizando Artemia salina como modelo experimental, se investigaron los riesgos potenciales del óxido de grafeno (GO) para los ecosistemas marinos. Se seleccionaron como puntos finales para la evaluación de la toxicidad la incubabilidad de los quistes capsulados y descapsulados, la mortalidad de las larvas de los estadios I, II y III y una serie de parámetros morfológicos, etológicos y fisiológicos. Nuestros resultados muestran que el GO disminuyó significativamente (p < 0,01) la incubabilidad de los quistes capsulados y decapsulados tras la exposición a 400 y 600 mg/L durante 36 h. Hubo un aumento dependiente de la concentración en la mortalidad y la disminución de la velocidad de natación de las larvas, y las larvas de instar II mostraron una mayor sensibilidad en comparación con las de instar I e instar III. Los valores de CL50 de los instares II y III fueron de 368,18 y 387,68 mg/L, respectivamente (no calculables para el instar I). Los valores de la CE50 para la alteración de la velocidad de natación de los instares I, II y III fueron de 415,13, 273,50 y 289,05 mg/L, respectivamente. Además, la longitud del cuerpo y el peso seco individual de las larvas (instar I, II y III) también disminuyeron de forma dependiente de la dosis. El GO se adhirió a la superficie de los quistes y de las larvas, provocando daños irreversibles en la superficie del cuerpo de las larvas. El contenido de malondialdehído, la capacidad antioxidante total, las especies reactivas de oxígeno y la actividad de la superóxido dismutasa de las larvas de A. salina aumentaron sustancialmente de forma dependiente de la dosis tras la exposición a las suspensiones de GO, lo que indica que los efectos tóxicos se debieron a daños oxidativos. Sin embargo, para las actividades de catalasa, glutatión peroxidasa y glutatión S-transferasa, el GO indujo efectos diferentes en las larvas. Por último, el resultado de la absorción indicó que el GO fue ingerido y concentrado en el intestino, y fue visible dentro de la cavidad corporal primaria y la yema.

Una visión general de los materiales de grafeno: Propiedades, aplicaciones y toxicidad en el medio acuático

Debido a sus propiedades químicas y físicas únicas, los nanomateriales de la familia del grafeno se están introduciendo cada vez más en todos los campos de la ciencia. Las funciones específicas que pueden ocupar dentro de las diferentes aplicaciones están atrayendo cada vez más la atención de varios sectores industriales. Estas nanopartículas de carbono se liberan en el medio ambiente acumulándose especialmente en los sistemas acuáticos. Desde el descubrimiento del grafeno, se están llevando a cabo numerosas investigaciones para averiguar el potencial tóxico de los materiales de la familia del grafeno para diferentes modelos de organismos. Aunque sus efectos de toxicidad están bien descritos para aplicaciones biomédicas, se han producido pocos datos con el objetivo específico de evaluar los efectos tóxicos de estos nanomateriales de carbono en el medio acuático. El objetivo de esta revisión es recopilar información actualizada sobre las propiedades, las aplicaciones y los métodos de caracterización de los materiales de la familia del grafeno en el medio acuático y los impactos biológicos tóxicos identificados de estos nanomateriales, con especial atención al óxido de grafeno, basándose en la literatura más reciente.

Evaluación de la toxicidad in vivo del grafeno prístino en embriones de pez cebra (Danio rerio) en desarrollo

El grafeno se ha utilizado en varios campos que abarcan desde la electrónica hasta la biomedicina, mostrando especialmente una amplia variedad de prometedoras aplicaciones biológicas y biomédicas. En la última década, las aplicaciones biomédicas del grafeno han despertado un gran interés. Sin embargo, el efecto de la toxicidad del grafeno prístino (pG) en los vertebrados acuáticos no se ha estudiado completamente. Por ello, en este estudio se evaluó experimentalmente la toxicidad del pG utilizando embriones de pez cebra en desarrollo como sistema modelo in vivo. Para ello, se expusieron embriones de 4 hpf a diferentes concentraciones de pG (1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 y 50 μg/L) y se observaron diferentes parámetros de la etapa inicial de la vida a las 24, 48, 72 y 96 hpf. A lo largo de la embriogénesis, se observó que la pG inducía una importante mortalidad embrionaria, retraso en la eclosión, latidos del corazón, varios defectos morfológicos, toxicidad pericárdica y bradicardia. El edema del saco vitelino y el edema pericárdico fueron inducidos por la pG en embriones en desarrollo. Estos resultados proporcionarían nuevos conocimientos sobre los efectos adversos del pG en los defectos cardíacos embrionarios en desarrollo en los vertebrados y pondrían de relieve los probables peligros naturales para el medio ambiente y la salud de los copos de pG

Investigaciones sobre el análisis de la toxicidad in vivo del nanocompuesto de óxido de grafeno reducido/TiO2 en embriones y larvas de pez cebra (Danio rerio)

La creciente producción y el uso generalizado de nanomateriales constituyen una grave preocupación para la salud humana. Por lo general, el dióxido de titanio (TiO2) incorporado al óxido de grafeno reducido (RGO), y el óxido de grafeno (GO) ha crecido considerablemente debido a su amplia gama de aplicaciones en nanomedicina. Se utilizan en la curación de heridas, la administración de fármacos, la ingeniería de tejidos y los biosensores. En este trabajo, se sintetizó un nanocompuesto de RGO/TiO2 variando la concentración de TiO2, y se evaluó su toxicidad utilizando el modelo de embrión de pez cebra. Además, los nanocompuestos RGO/TiO2 obtenidos se caracterizaron mediante análisis SEM, TEM, XRD, XPS, FTIR, UV y Raman. El nanocompuesto de RGO/TiO2 resulta ser biocompatible. La longitud del cuerpo del pez cebra, el recuento de latidos y el porcentaje de supervivencia se midieron cuidadosamente en conjuntos de experimentos controlados. En particular, el nanocompuesto de RGO/TiO2 mostró una toxicidad muy baja para los embriones de pez cebra a una concentración baja de 30 μg ml. Además, la toxicidad de los nanocompuestos aumenta con el incremento de la concentración hasta 1,0 mg ml-1. El nanocompuesto RGO/TiO2 a mayor concentración genera especies reactivas de oxígeno (ROS) y provoca teratogenicidad y cardiotoxicidad. Los resultados mostraron que el efecto de toxicidad del RGO/TiO2 depende de la concentración. Los resultados del presente trabajo contribuyen al uso de los compuestos de RGO/TiO2 en nanomedicina.

Nanocompuesto de óxido de grafeno y óxido de zinc con toxicidad selectiva para las líneas celulares de glioblastoma

El glioblastoma se considera el tipo de glioma más agresivo y prevalente. Los mecanismos de resistencia, los efectos secundarios y la barrera hematoencefálica son factores que dificultan su tratamiento, lo que exige el desarrollo de estrategias terapéuticas alternativas. En este trabajo proponemos un nanocompuesto compuesto por nanohojas de óxido de grafeno carboxilado decoradas con nanopartículas de óxido de zinc y postfuncionalizadas con Pluronic (GOC-ZnO-P) para la quimioterapia contra las líneas celulares de glioblastoma humano U87MG y U138MG. La formulación GOC-ZnO-P es bastante estable en el medio fisiológico (DMEM-FBS) y demuestra selectividad hacia las líneas celulares tumorales, aunque es menos citotóxica que el ZnO libre. Mientras que la actividad fototérmica del nanocompuesto tiene un efecto citotóxico insignificante, las imágenes obtenidas mediante microscopías electrónicas de barrido y transmisión revelan que induce cambios en los puntos de adhesión y en la rugosidad de la membrana de las células tumorales, y es captado a través de vesículas y capaz de acumularse en el núcleo, proceso que puede inducir la muerte celular por apoptosis, como se verifica mediante citometría de flujo. En resumen, la fase GOC sirve como plataforma inerte para el transporte de ZnO, que mantiene su selectividad para las células tumorales y no interfiere con los mecanismos de inducción de las vías apoptóticas. Por lo tanto, el nanocompuesto GOC-ZnO-P ofrece una estrategia para el tratamiento del glioblastoma.

Meta-análisis de la toxicidad celular del grafeno a través de la minería de datos de la literatura y el aprendizaje automático

Dado que el grafeno se incorpora actualmente a diversos productos de consumo y se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, determinar las relaciones entre las propiedades fisicoquímicas del grafeno y su toxicidad es fundamental para llevar a cabo análisis de riesgos medioambientales y sanitarios. Los datos de la literatura sugieren que la exposición al grafeno puede provocar citotoxicidad. Sin embargo, los datos existentes sobre la toxicidad del grafeno son complejos y heterogéneos, lo que dificulta la realización de evaluaciones de riesgo. Aquí, hemos realizado un meta-análisis de los datos publicados sobre la citotoxicidad del grafeno basado en 792 publicaciones, incluyendo 986 puntos de datos sobre la viabilidad celular, 762 puntos de datos sobre la media concentración máxima inhibitoria (IC50) y 100 puntos de datos sobre la liberación de lactato deshidrogenasa (LDH). A continuación, se desarrollaron modelos para predecir la citotoxicidad del grafeno basados en la viabilidad celular, la IC50 y la liberación de LDH como puntos finales de toxicidad utilizando algoritmos de aprendizaje de bosques aleatorios. Los atributos más influyentes en la citotoxicidad del grafeno resultaron ser la dosis de exposición y el método de detección para la viabilidad celular, el diámetro y la modificación de la superficie para el IC50, y el método de detección y la fuente de órganos para la liberación de LDH. El meta-análisis produjo tres conjuntos de atributos clave para los tres puntos finales de toxicidad mencionados que pueden ser utilizados en futuros estudios de toxicidad del grafeno. Los resultados indican que los protocolos rigurosos de extracción de datos pueden combinarse con herramientas adecuadas de aprendizaje automático para desarrollar modelos con buen poder de predicción y precisión. Los resultados también proporcionan orientación para el diseño de materiales de grafeno seguros.

Evaluación de la toxicidad del óxido de grafeno en los riñones de las ratas Sprague-Dawley

Recientemente, el grafeno y los materiales relacionados con el grafeno han atraído una gran atención debido a sus propiedades físicas, químicas y de biocompatibilidad únicas y a sus aplicaciones en biotecnología y medicina. Sin embargo, los informes sobre la potencial toxicidad del óxido de grafeno (GO) en sistemas biológicos son muy escasos. El presente estudio investigó la respuesta de los riñones en ratas macho Sprague-Dawley tras la exposición a 0, 10, 20 y 40 mg/Kg de GO durante cinco días. Los resultados mostraron que la administración de GOs aumentó significativamente las actividades de superóxido dismutasa, catalasa y glutatión peroxidasa de manera dependiente de la dosis en los riñones en comparación con el grupo de control. Los niveles de creatinina sérica y nitrógeno ureico en sangre también aumentaron significativamente en las ratas intoxicadas con GO en comparación con el grupo de control. Hubo una elevación significativa de los niveles de peróxido de hidrógeno e hidróxido lipídico en las ratas tratadas con GO en comparación con los animales de control. La evaluación histopatológica mostró alteraciones morfológicas significativas de los riñones en las ratas tratadas con GO en comparación con los controles. En conjunto, los resultados de este estudio demuestran que el GO es nefrotóxico y su toxicidad puede estar mediada por el estrés oxidativo. En el presente trabajo, sin embargo, sólo proporcionamos información preliminar sobre la toxicidad del GO en ratas; se requiere una mayor verificación experimental y elucidación mecanística antes de que el GO se utilice ampliamente para aplicaciones biomédicas.

La alteración estructural aumenta la toxicidad de los nanoribones de grafeno

El aumento de la utilización de las nanorredes de grafeno (GNR) para aplicaciones biomédicas y de ciencia de los materiales requiere una evaluación exhaustiva de la toxicidad potencial de estos materiales en escenarios de exposición tanto intencional como accidental. Aquí investigamos los efectos de la disrupción estructural de los GNRs (inducida por baño de baja energía y sonicación de sonda de alta energía) en sistemas biológicos in vitro (líneas celulares humanas), e in vivo (embrión de Oryzias latipes). Nuestros resultados demuestran que las suspensiones de baja concentración (20 µg ml-1) de GNRs preparadas con tan sólo 1 minuto de sonicación de la sonda pueden causar disminuciones significativas en el estado metabólico general de las células in vitro, y un aumento de la mortalidad de embriones/larvas in vivo, en comparación con las suspensiones sonicadas en baño o no sonicadas. El análisis estructural indica que la sonicación de la sonda conduce a la alteración de la estructura de la GNR y a la producción de restos carbonosos más pequeños, que pueden ser la causa de la toxicidad observada. Estos resultados señalan la importancia de evaluar las modificaciones estructurales posteriores a la producción para cualquier aplicación que utilice nanomateriales.

La peguilación del óxido de grafeno reducido induce toxicidad en las células de la barrera hematoencefálica: Un estudio in vitro e in vivo

El recubrimiento de polietilenglicol (PEG) se ha utilizado con frecuencia para mejorar el comportamiento farmacocinético de las nanopartículas. Por lo tanto, los estudios que contribuyen a desentrañar mejor los efectos de la PEGilación en la toxicidad de la formulación de nanopartículas son muy relevantes. En el presente estudio, se funcionalizó el óxido de grafeno reducido (rGO) con PEG, y se analizaron sus efectos sobre componentes clave de la barrera hematoencefálica, como los astrocitos y las células endoteliales, en cultivo y en un modelo de rata in vivo. Los estudios in vitro demostraron una toxicidad dependiente de la concentración. La concentración más alta (100 μg/mL) de rGO no PEGilado tuvo una menor influencia tóxica sobre la viabilidad celular en cultivos primarios de astrocitos y células endoteliales de cerebro de rata, mientras que el rGO PEGilado indujo efectos deletéreos y muerte celular. Se evaluó la integridad de la BBB del hipocampo in vivo mediante la evaluación de la activación de los astrocitos y la expresión de las proteínas de las uniones herméticas y adherentes del endotelio. Desde 1 h hasta 7 días después de la inyección sistémica de RGO-PEG, se observó una notable y progresiva regulación a la baja de los marcadores proteicos de los astrocitos (GFAP, conexina-43), de las uniones estrechas endoteliales (ocludina) y adherentes (β-catenina) y de la lámina basal (laminina). La formación de especies reactivas de oxígeno intracelulares, demostrada por el aumento del sistema antioxidante enzimático en las muestras de rGO con PEG, era indicativa del daño mediado por el estrés oxidativo. Bajo las condiciones experimentales y el diseño del presente estudio, la PEGilación del rGO no mejoró la interacción con los componentes de la barrera hematoencefálica. Por el contrario, la unión del PEG al rGO indujo efectos deletéreos en comparación con los efectos causados por el rGO no PEGilado.

Elucidación del origen de la toxicidad bacteriana dependiente de la funcionalización superficial de los nanomateriales de grafeno: Daño oxidativo, disrupción física y autolisis celular

Estudios anteriores han demostrado que la toxicidad de los nanomateriales de grafeno (GNM) para las bacterias está relacionada con la funcionalización de la superficie, sin embargo, los mecanismos implicados no se entienden completamente. El presente estudio tiene como objetivo explorar los mecanismos tóxicos de los GNMs diferentemente funcionalizados para las bacterias desde los aspectos de la interacción física, el daño oxidativo y la autolisis celular. Se estudiaron tres funcionalizaciones básicas de los GNM, incluyendo la carboxilación (G-COOH), la hidroxilación (G-OH) y la aminación (G-NH2). El grafeno G-COOH (66% de viabilidad frente al grupo CT) y el G-OH (54%) mostraron una mayor toxicidad para E. coli que el G-NH2 (96%) en un plazo de 3 horas a una concentración de 50 mg/L. Los tres materiales mostraron distintos modos de interacción física con las células bacterianas. El G-COOH y el G-OH entraron en contacto con la membrana celular a través de sus bordes afilados, causando así más daños que el G-NH2, que cubrió las bacterias adhiriéndose a lo largo del plano basal. Los tres GNMs mostraron capacidades similares de generación de radicales, por lo que la generación directa de radicales no es el mecanismo que causa la toxicidad. En cambio, las GNM pueden oxidar el antioxidante celular glutatión (GSH), causando así daño oxidativo. La capacidad oxidativa sigue el orden G-COOH > G-OH > G-NH2, que se correlaciona con la actividad antibacteriana. Se descubrió que la autolisis celular, la degradación del componente de la pared celular, el peptidoglicano, es un nuevo mecanismo que induce la muerte de las bacterias. El G-COOH y el G-OH provocaron más autolisis celular que el G-NH2, lo que explica en parte la diferente toxicidad de los tres GNM. Los resultados aportan información importante sobre el mecanismo de toxicidad de los GNM para las bacterias, no sólo para la evaluación del riesgo de los GNM, sino también para el diseño de materiales antibacterianos basados en el grafeno.

Las bacterias del ácido láctico protegen a Caenorhabditis elegans de la toxicidad del óxido de grafeno manteniendo una permeabilidad intestinal normal bajo diferentes antecedentes genéticos

Las bacterias del ácido láctico (BL) son seguras y útiles para la fermentación de alimentos y piensos. Empleamos Caenorhabditis elegans para investigar el posible efecto beneficioso del pretratamiento con BL (Lactobacillus bulgaricus) contra la toxicidad del óxido de grafeno (GO) y los mecanismos subyacentes. Las BAL impidieron la toxicidad del GO en las funciones de los órganos primarios y secundarios de los nematodos de tipo salvaje. Las BAL bloquearon la translocación del GO a los órganos secundarios a través de la barrera intestinal, manteniendo la permeabilidad intestinal normal en los nematodos de tipo salvaje. Además, las BAL previenen el daño del GO en las funciones de los órganos primarios y secundarios en los nematodos expuestos con mutaciones de genes susceptibles (sod-2, sod-3, gas-1 y aak-2) a la toxicidad del GO, manteniendo la permeabilidad intestinal normal. Las BAL también mantuvieron el comportamiento normal de defecación tanto en los nematodos de tipo salvaje como en los nematodos con mutaciones de genes susceptibles. Por lo tanto, el papel beneficioso de las BAL contra la toxicidad del GO bajo diferentes antecedentes genéticos puede deberse a los efectos combinados sobre la permeabilidad intestinal y el comportamiento de defecación. Además, los efectos beneficiosos de las BAL contra la toxicidad de GO dependían de la función de ACS-22, homóloga a la FATP4 de los mamíferos. Nuestro estudio pone de relieve el establecimiento de una estrategia farmacológica para proteger la barrera intestinal de la toxicidad del GO.

Dependencia de la toxicidad del óxido de grafeno (GO) del nivel de oxidación, la composición elemental y el tamaño

La producción masiva de óxido de grafeno (GO) eleva inevitablemente la posibilidad de exposición humana, así como la posibilidad de liberación en el medio ambiente con alta estabilidad, lo que aumenta la preocupación pública en cuanto a sus posibles riesgos toxicológicos y las implicaciones para los seres humanos y los ecosistemas. Por lo tanto, una evaluación exhaustiva de la toxicidad del GO, incluida su posible dependencia de factores fisicoquímicos clave, que falta en la literatura, es de gran importancia y significado. En este estudio, se evaluó exhaustivamente la toxicidad del GO y su dependencia del nivel de oxidación, la composición elemental y el tamaño. Se empleó un enfoque de prueba de toxicidad cuantitativa basado en la toxicogenómica, recientemente establecido, combinado con bioensayos fenotípicos convencionales. El ensayo toxicogenómico utilizó una biblioteca de reporteros de levadura fusionada con GFP que cubría las principales vías de toxicidad celular. Los resultados revelan que, efectivamente, la composición elemental y el tamaño ejercen impactos en la toxicidad del GO, mientras que el nivel de oxidación no muestra efectos significativos. El GO tratado con UV, con grupos carbono-carbono y grupos carboxilo significativamente más altos, mostró un mayor nivel de toxicidad, especialmente en las categorías de proteínas y estrés químico. Con la disminución del tamaño, el nivel de toxicidad de los GOs sonicados tendió a aumentar. Se propone que el recubrimiento y posterior internalización de las láminas de GO podría ser el principal modo de acción en las células de levadura. 

Efectos del grado de oxidación en la fototransformación y la consiguiente toxicidad del óxido de grafeno en medio acuoso

El óxido de grafeno (GO) ha demostrado ser un componente clave para diversas aplicaciones. Sin embargo, hasta la fecha no se ha evaluado completamente su potencial reactividad, destino y riesgo medioambiental. En este estudio, investigamos la reactividad fotoquímica de cuatro tipos de GO con diferentes grados de oxidación en el medio acuoso, y se comparó además su toxicidad relacionada con dos modelos bacterianos Escherichia coli (E. coli) y Staphylococcus aureus (S. aureus). Después de la irradiación UV, se redujo una gran cantidad de grupos funcionales de oxígeno en el GO y se restauraron las conjugaciones electrónicas dentro del GO, como indican los espectros de absorción UV-visible, la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X y el análisis de espectroscopia Raman. Además, cuanto mayor era el grado de oxidación del GO prístino, más evidentes eran los cambios de fototransformación. Con el fin de revelar los mecanismos de reactividad fotoquímica, se monitorizó la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) del GO. La cantidad de ROS, incluido el oxígeno singlete (1O2), los aniones superóxido (O2--) y los radicales hidroxilo (-OH), aumentó con el aumento del grado de oxidación del GO, lo que concuerda con los resultados de la caracterización anterior. Los análisis de microscopía electrónica de barrido y de crecimiento celular de E. coli y S. aureus mostraron que la transformación fotoquímica aumentó la toxicidad del GO, lo que podría deberse a un aumento de la densidad de los grupos funcionales. La mayor conductividad del óxido de grafeno reducido (RGO) era responsable de su mayor toxicidad que el GO a través del daño de la membrana y el estrés oxidativo para las bacterias. Este estudio reveló que los grados de oxidación desempeñan un papel importante en la transformación fotoquímica y en la toxicidad resultante del GO, lo cual es útil para comprender los comportamientos y riesgos ambientales del GO en el medio acuático. 

Fabricación, toxicidad y biocompatibilidad de nanofibras de óxido de grafeno infundidas con Sesamum indicum - un novedoso método de composición verde

Se sintetizaron nanohojas de óxido de grafeno altamente mejoradas o reforzadas convirtiéndolas en un material de nanofibras de GO verde completo y mediante la infusión de los extractos acuosos de semillas de Sesamum indicum (SI), junto con el proceso de generación de fibras de GO. Las nanofibras de GO (NF) sintetizadas y las NF de GO/SI se caracterizaron para el análisis estructural, morfológico, elemental y de grupos funcionales. Se evaluó la naturaleza antimicrobiana y biocompatible de las GO/SI NF en comparación con las GO NF. Los resultados mostraron la naturaleza no tóxica de ambas nanofibras (GO NF y GO/SI NF) sobre bacterias gramnegativas (Klebsiella oxytoca) y grampositivas (Staphylococcus aureus). Ambas nanofibras eran hemo-/biocompatibles con los glóbulos rojos humanos y las líneas celulares epiteliales humanas (TH 1); sin embargo, la hemo-/biocompatibilidad aumentó aún más tras la adición de SI en el GO NF y, por tanto, el GO/SI NF puede ser un potente material de nanofibras verdes para las aplicaciones biomédicas.

El óxido de grafeno inhibe la fibrilación amiloide del hIAPP y la toxicidad en las células NIT-1 productoras de insulina

La agregación del polipéptido amiloide de los islotes humanos (hIAPP o amilina) está directamente asociada a la muerte de las células β pancreáticas y a la subsiguiente deficiencia de insulina en la diabetes de tipo 2 (T2D). Dado que actualmente no se dispone de una cura para la T2D, resulta muy beneficioso idear nuevas moléculas antiagregación, que protejan a las células β contra la toxicidad inducida por la agregación del hIAPP. Las nanopartículas de ingeniería se han explotado recientemente como nanomedicinas antiagregación. En este trabajo, estudiamos las nanohojas de óxido de grafeno (GO) por su potencial para la inhibición de la agregación de hIAPP combinando el modelado computacional, la caracterización biofísica y las mediciones de toxicidad celular. Utilizando simulaciones de dinámica molecular discreta (DMD) y estudios in vitro, demostramos que el GO presentaba un efecto inhibidor de la agregación de hIAPP. Las simulaciones DMD indicaron que la fuerte unión del hIAPP a las nanohojas de GO fue impulsada por el enlace de hidrógeno y el apilamiento aromático y que la fuerte unión péptido-GO inhibió eficientemente la auto-asociación y agregación del hIAPP en la superficie de las nanohojas. Los cambios estructurales secundarios del hIAPP tras la unión con el GO derivados de las simulaciones de DMD fueron coherentes con las mediciones de espectroscopia de dicroísmo circular (CD). Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) confirmaron la reducción de la agregación de hIAPP en presencia de GO. Además, llevamos a cabo un ensayo de toxicidad celular y descubrimos que estas nanohojas protegían a las células β pancreáticas NIT-1 secretoras de insulina contra la toxicidad inducida por el hIAPP. Nuestro estudio multidisciplinar sugiere que las nanohojas de GO tienen el potencial de ser utilizadas como una nanomedicina anti-agregación en sí misma, además de un biosensor o vehículo de entrega para la mitigación de la progresión de la T2D.

Toxicidad del óxido de grafeno en las moscas W1118

El riesgo de exposición al óxido de grafeno (GO) para varias especies se ha ampliado enormemente en los últimos años debido a su creciente producción y aplicaciones en diversos campos. Sin embargo, un conocimiento profundo de la bioseguridad del GO va a la zaga de sus amplias aplicaciones. En este caso, utilizamos moscas W1118 como organismo modelo para estudiar la toxicidad del GO a concentraciones relativamente bajas. Descubrimos que la exposición al GO provocaba una notable pérdida de peso, un retraso en el desarrollo, un retraso en el movimiento y una reducción de la vida útil de estas moscas. Por otro lado, la influencia del GO en su proporción de sexos y en el número total de pupas y adultos fue insignificante. Se demostró que el efecto toxicológico del GO estaba relacionado con su grave compromiso de la absorción de nutrientes en las moscas debido a los graves daños en los intestinos medios. Estos daños se atribuyeron a la acumulación excesiva de especies reactivas de oxígeno (ROS), que desencadenan el estrés oxidativo. Estos hallazgos revelan los mecanismos subyacentes de las biotoxicidades de los GO en las moscas de la fruta, lo que podría proporcionar una referencia útil para evaluar los riesgos de estos nanomateriales recién inventados que probablemente nunca hayan sido encontrados por varias especies antes.

Estudio de toxicidad subaguda del óxido de grafeno en la rata Sprague-Dawley

El óxido de grafeno (GO) es un derivado oxidado del grafeno utilizado en biotecnología y medicina. La seguridad del GO es incierta, por lo que evaluamos su toxicidad en ratas macho. Se inyectó en las venas de la cola de las ratas 2,5, 5 o 10 mg/kg de GO durante siete días y se evaluaron los patrones de comportamiento, la patología y la morfología de los tejidos. Los datos muestran que los comportamientos no se alteraron según una prueba de campo abierto y una prueba de batería de observación funcional, pero el análisis histopatológico indicó que el GO causó inflamación del pulmón, el hígado y el bazo. El GO también redujo el colesterol, la lipoproteína de alta densidad (HDL) y la lipoproteína de baja densidad (LDL). No se modificó ningún otro órgano. Así pues, las concentraciones elevadas de GO son tóxicas para el pulmón, el hígado y el bazo, pero el mecanismo por el que esto ocurre requiere más estudios

Óxido de grafeno reducido conjugado con nanocristales de CuInS2/ZnS con baja toxicidad para mejorar las terapias fototérmicas y fotodinámicas contra el cáncer

Las nanohojas de grafeno tienen múltiples usos, entre ellos la eliminación de iones de metales pesados y la terapia fototérmica del cáncer (PTT). En este caso, sintetizamos nanocristales de CuInS2/ZnS y descubrimos que estos nanocristales presentaban terapias fototérmicas y fotodinámicas (PTT y PDT). Para mejorar la seguridad biológica y la eficacia de la terapia contra el cáncer de los nanocristales de CuInS2/ZnS, se incorporaron a nanohojas de óxido de grafeno reducido (rGO) utilizando un liposoma con PEG como reactivo de enlace. Los resultados mostraron que la toxicidad de los nanocompuestos CuInS2/ZnS/liposoma-rGO podía ser significativamente menor que la del CuInS2/ZnS/liposoma por la menor fuga de iones Cu2+ de los nanocompuestos. Además, el CuInS2/ZnS/liposoma-rGO combinaba las ventajas de sus componentes y mostraba fuertemente tanto la conversión fototérmica como las propiedades fotodinámicas. Los nanocompuestos de CuInS2/ZnS/liposoma-rGO, tras la irradiación con láser de 671 nm, fueron muy eficaces para inducir la apoptosis en células de carcinoma de esófago humano in vitro, y para reducir el tamaño de los tumores (cultivados a partir de células de cáncer de esófago Eca-109) en ratones. Los nuevos nanocompuestos que contienen grafeno desarrollados en este trabajo tendrán potencial en la terapia médica debido a su baja toxicidad y a sus propiedades sinérgicas altamente eficientes de PTT y PDT.

Integración de análisis ómicos y tradicionales para perfilar la toxicidad sinérgica del óxido de grafeno y el fosfato de trifenilo

El aumento de la producción y las aplicaciones del óxido de grafeno (GO, un novedoso nanomaterial de carbono) han suscitado numerosas preocupaciones medioambientales en relación con sus riesgos ecológicos. El fosfato de trifenilo (TPhP) se dispersa en el agua y supone un peligro cada vez mayor para el ecosistema y la salud humana. Es fundamental estudiar las respuestas medioambientales y los mecanismos moleculares del GO y el TPhP juntos para evaluar ambas sustancias químicas; sin embargo, esta información es escasa. El presente trabajo reveló que el GO promovió la bioacumulación de TPhP en las larvas de pez cebra en un 5,0%-24,3%. La inhibición del crecimiento de los embriones inducida por el TPhP (malformación, mortalidad, latidos del corazón y movimiento espontáneo) en concentraciones ambientalmente relevantes fue significativamente amplificada por el GO, y estos resultados fueron apoyados por los niveles de regulación a la baja de los genes y proteínas asociados con la construcción del citoesqueleto y el desarrollo del cartílago y del ojo. El TPhP indujo alteraciones insignificantes en los genes o proteínas implicados en el estrés oxidativo y la apoptosis, pero esas proteínas relacionadas fueron todas reguladas al alza por GO. La coexposición de GO y TPhP activó la vía de señalización mTOR y posteriormente promovió la apoptosis en el pez cebra al potenciar el estrés oxidativo inducido por el TPhP, presentando una toxicidad sinérgica. Estos resultados ponen de manifiesto los riesgos potenciales y los mecanismos moleculares específicos de la combinación de nanomateriales de carbono emergentes con contaminantes orgánicos coexistentes

Evaluación de la toxicidad in vivo de la angiogénesis y la distribución en vivo del óxido de nano-grafeno y sus derivados PEGilados utilizando el embrión de pez cebra en desarrollo

La toxicidad del óxido de nano-grafeno (NGO) sobre el desarrollo y la angiogénesis se evaluó utilizando embriones de pez cebra como sistema modelo in vivo. La microinyección de NGO provocó defectos morfológicos graves de forma dependiente de la dosis, en parte debido a la inducción de la apoptosis, mientras que el recubrimiento de los derivados de NGO con polietilenglicol (PEG), un polímero biocompatible, atenuó significativamente su toxicidad. La ONG también provocó una ramificación anormal y un patrón erróneo de los vasos sanguíneos del tronco en desarrollo, monitorizados por el pez cebra transgénico fluorescente específico de las células endoteliales, presumiblemente a través de las vías del factor de crecimiento endotelial vascular y de Notch, vías de señalización clave para el proceso angiogénico normal. Curiosamente, la ONG conjugada con Alexa568 y recubierta con PEG (NGO-A568) seguía causando defectos angiogénicos en un grado similar al de la ONG, lo que sugiere efectos tóxicos diferenciales de los nanomateriales en distintos procesos de desarrollo.  Las imágenes de microscopía confocal de embriones inyectados con NGO y NGO-A568 visualizaron su distribución en vivo por todo el cuerpo, incluida la vasculatura craneal. La utilización más amplia del pez cebra embrionario combinada con la obtención de imágenes in vivo, en tiempo real y de alta resolución está justificada para evaluar las propiedades de los nanomateriales

Toxicidad por inhalación durante 28 días de las nanoplaquetas de grafeno en ratas Sprague-Dawley

El grafeno, un nanomaterial de ingeniería bidimensional, se utiliza actualmente en muchas aplicaciones, como la electrónica, la ingeniería biológica, la filtración, los materiales nanocompuestos ligeros y resistentes y el almacenamiento de energía. Sin embargo, se carece de información sobre los posibles efectos del grafeno en la salud de los seres humanos por inhalación, la principal vía de exposición a los nanomateriales artificiales en los lugares de trabajo. Por ello, se realizó un estudio de toxicología por inhalación del grafeno utilizando un sistema de inhalación sólo por la nariz durante 28 días (6 h/día y 5 días/semana) con ratas macho Sprague-Dawley a las que se dejó recuperarse durante 1, 28 y 90 días tras la exposición. Los animales fueron separados en 4 grupos (control, bajo, moderado y alto) con 15 ratas macho (5 ratas por punto de tiempo) en cada grupo. Las concentraciones en masa medidas para los grupos de exposición baja, moderada y alta fueron de 0,12, 0,47 y 1,88 mg/m3, respectivamente, muy cercanas a las concentraciones objetivo de 0,125, 0,5 y 2 mg/m3. La exposición al grafeno en el aire se monitorizó utilizando varios instrumentos en tiempo real sobre 10 nm a 20 μm para la distribución del tamaño y la concentración numérica. También se midieron las concentraciones de carbono elemental total y respirable mediante el muestreo de filtros. El grafeno en el aire y en los medios biológicos se rastreó mediante microscopía electrónica de transmisión. Además de la mortalidad y las observaciones clínicas, se registraron semanalmente los pesos corporales y el consumo de alimentos. Al final del estudio, se sometió a las ratas a una necropsia completa, se recogieron muestras de sangre para realizar pruebas bioquímicas y se midió el peso de los órganos. No se registraron efectos dependientes de la dosis en el peso corporal, el peso de los órganos, los marcadores inflamatorios del líquido de lavado broncoalveolar y los parámetros bioquímicos de la sangre a 1 día de la exposición y a 28 días de la misma. Los grafenos inhalados fueron ingeridos principalmente por los macrófagos. No se observó ninguna patología pulmonar distintiva a los 1, 28 y 90 días después de la exposición. El grafeno inhalado se translocó a los ganglios linfáticos del pulmón. Los resultados de este estudio de inhalación de grafeno durante 28 días sugieren una baja toxicidad y un NOAEL no inferior a 1,88 mg/m3.

Investigación sistemática de la toxicidad del óxido de grafeno: evaluación de la selección del ensayo, el tipo de célula, el periodo de exposición y el tamaño de las escamas 

Comprender la toxicidad de los nanomateriales es esencial para el desarrollo seguro y sostenible de nuevas aplicaciones. Esto es especialmente cierto en el caso de un nanomaterial tan utilizado como el óxido de grafeno (GO), que se utiliza como películas para la electrónica, membranas para la filtración, portadores de fármacos, etc. A pesar de ello, la literatura actual presenta resultados contradictorios sobre la toxicidad general del GO. Aquí se investigó la citotoxicidad de tres tamaños de GO disponibles en el mercado en seis líneas celulares, como valores de NOAEL/LOAEL. También se evaluó la eficacia de cuatro ensayos de viabilidad. La toxicidad general del GO varió mucho entre las líneas celulares; las células en suspensión mostraron una mayor respuesta al tratamiento con GO en comparación con las líneas celulares adherentes. La citotoxicidad dependiente del tiempo también fue dependiente de la línea celular, y sólo una línea celular demostró una dependencia evidente. Las seis líneas celulares también fueron probadas para evaluar su respuesta a los diferentes tamaños de las escamas de GO: las células en suspensión/fagocíticas mostraron poca variación en la viabilidad, mientras que se observó una diferencia para las líneas celulares adherentes/no fagocíticas. Al estudiar sistemáticamente el efecto de la dosis, el tamaño del GO y el tiempo de tratamiento para las seis líneas celulares utilizando muestras de GO disponibles en el mercado, eliminamos muchas de las variables que pueden dar lugar a los informes contradictorios sobre la citotoxicidad del GO en la literatura.

Capítulo 12 - Toxicidad de los nanomateriales basados en el grafeno: visión general del origen, la exposición y los mecanismos

El grafeno y los materiales basados en el grafeno, como el óxido de grafeno (GO), el óxido de grafeno reducido (rGO) o los puntos cuánticos de grafeno (GQD), tienen unas propiedades fisicoquímicas extraordinarias que pueden aplicarse a una gran variedad de aplicaciones. En aplicaciones biomédicas, el grafeno se utiliza en la administración de fármacos, la ingeniería de tejidos, como sensor y en aplicaciones de diagnóstico. Su elevada superficie y la presencia de grupos funcionales que contienen oxígeno le confieren una gran carga útil para los fármacos y una fácil funcionalización. Numerosos investigadores de todo el mundo han obtenido resultados interesantes y engañosos sobre su toxicidad. Hay muchas áreas que todavía necesitan ser exploradas antes de que pueda ser considerado como un material completamente seguro para los seres humanos y los animales por igual. En este capítulo del libro se revisan los avances actuales del grafeno en el campo biomédico, centrándose en su toxicología.

Toxicidad del grafeno: una actualización

El grafeno tiene amplias aplicaciones biomédicas, como la administración de fármacos, la ablación fototérmica de tumores, los biosensores y también en el diagnóstico de enfermedades. La exposición accidental o intencionada del medio ambiente, incluidas las plantas, el ecosistema y los seres humanos, al grafeno está aumentando gradualmente. Por lo tanto, la toxicidad del grafeno se convierte en una cuestión crítica que hay que abordar a pesar de sus diversas aplicaciones en múltiples campos. En esta situación, tanto la comunidad científica como el público en general deben tomar conciencia de la toxicidad del grafeno. Por ello, este artículo revisa las investigaciones sobre la toxicidad del grafeno. Esta revisión revela la toxicidad del grafeno in vitro, en modelos in vivo junto con la toxicidad ambiental. También se revisan las ventajas de la toxicidad del grafeno en células bacterianas y células cancerosas.

Síntesis y toxicidad de las nanopartículas de óxido de grafeno: Una revisión bibliográfica de los estudios in vitro e in vivo

Los nanomateriales se han utilizado ampliamente en muchos campos en las últimas décadas, como la electrónica, la biomedicina, los cosméticos, el procesamiento de alimentos, la construcción y la aeronáutica. La aplicación de estos nanomateriales en el ámbito médico podría mejorar las técnicas de diagnóstico, tratamiento y prevención. El óxido de grafeno (GO), un derivado oxidado del grafeno, se utiliza actualmente en biotecnología y medicina para el tratamiento del cáncer, la administración de fármacos y la obtención de imágenes celulares. Además, el GO se caracteriza por sus diversas propiedades fisicoquímicas, como su tamaño a nanoescala, su elevada superficie y su carga eléctrica. Sin embargo, el efecto tóxico del GO en las células y órganos vivos es un factor limitante que restringe su uso en el campo médico. Recientemente, numerosos estudios han evaluado la biocompatibilidad y la toxicidad del GO in vivo e in vitro. En general, la gravedad de los efectos tóxicos de este nanomaterial varía según la vía de administración, la dosis a administrar, el método de síntesis del GO y sus propiedades fisicoquímicas. Esta revisión reúne estudios sobre el método de síntesis y la estructura del GO, las técnicas de caracterización y las propiedades fisicoquímicas. Asimismo, nos basamos en la toxicidad del GO en modelos celulares y sistemas biológicos. Además, mencionamos el mecanismo general de su toxicidad.

Influencia de los medios ambientales sobre los nanotubos de carbono y las nanoplaquetas de grafeno en la toxicidad bacteriana

Los nanomateriales funcionales basados en el carbono han cobrado importancia debido a sus singulares combinaciones de propiedades químicas y físicas, y también por los crecientes esfuerzos de investigación en diversos campos. Una laguna importante en el ámbito de la nanotecnología es el desconocimiento de la transformación fisicoquímica en condiciones reales para el examen y la comparación del efecto de los nanomateriales de carbono. En este estudio se ha evaluado el comportamiento de algunos nanomateriales de carbono (nanotubos de carbono multipared y nanoplaquetas de grafeno) en medios ambientales (agua de mar, suelo y partículas en el aire) mediante la influencia en las propiedades fisicoquímicas de los nanomateriales (tamaño, potencial zeta, química superficial, morfología y sedimentación) y en la toxicidad de las bacterias (grampositivas y gramnegativas) para contribuir a su peligrosidad ambiental y a la evaluación de los riesgos para el medio ambiente. Las bacterias se expusieron a los nanomateriales basados en el carbono y se cultivaron en placas de agar nutritivo que incluían cada uno de los medios ambientales, y luego se contaron las unidades formadoras de colonias. También se investigaron las propiedades fisicoquímicas de los nanomateriales de carbono dispersos en estos medios ambientales. Nuestros resultados indicaron que la toxicidad dependía del tipo de medio ambiental y de su concentración, y que las propiedades fisicoquímicas de los nanomateriales basados en el carbono cambiaban en comparación con los resultados obtenidos en condiciones controladas.

Utilización de nanocompuestos de grafeno/TiO2 como nueva vía para la preparación de tejidos de algodón electroconductores, autolimpiables, antibacterianos y antifúngicos sin toxicidad

Se presenta un proceso novedoso y eficiente para la fabricación de tejidos de celulosa electroconductores, autolimpiantes, antibacterianos y antifúngicos mediante un nanocompuesto de grafeno y dióxido de titanio. El tejido de algodón se cargó con óxido de grafeno mediante un sencillo método de recubrimiento por inmersión. A continuación, los tejidos de algodón recubiertos de óxido de grafeno se sumergieron en una solución acuosa de TiCl3 como agente reductor y precursor para obtener un tejido recubierto de nanocompuesto de grafeno/dióxido de titanio. La fase cristalina, la morfología, la microestructura y otras propiedades fisicoquímicas de las muestras preparadas se caracterizaron mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido de emisión de campo, microscopía electrónica de transmisión, espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier, espectroscopia Raman y espectroscopia de reflectancia UV-Vis. También se evaluó la resistencia eléctrica, el rendimiento de autolimpieza, la actividad antimicrobiana y la citotoxicidad de los tejidos tratados. La conductividad eléctrica de los tejidos recubiertos con nanocompuestos de grafeno y dióxido de titanio mejoró significativamente gracias a la presencia de grafeno en la superficie de los tejidos de algodón. La eficacia de la autolimpieza de los tejidos tratados se comprobó mediante la degradación del azul de metileno en solución acuosa bajo irradiación UV y luz solar. Los resultados indicaron que las tasas de descomposición del azul de metileno mejoraron con la adición de grafeno al tratamiento de TiO2 sobre los tejidos. Además, las muestras de algodón recubiertas con nanocompuestos de grafeno y dióxido de titanio tenían una toxicidad insignificante y poseían una excelente actividad antimicrobiana.

Posible toxicidad del grafeno para las funciones celulares a través de la alteración de las interacciones proteína-proteína

Aunque los nanomateriales basados en el carbono, como el grafeno y los nanotubos de carbono (CNT), se han hecho populares en la nanotecnología de vanguardia, su seguridad biológica y el mecanismo molecular subyacente siguen siendo en gran medida desconocidos. Los estudios experimentales se han centrado en el nivel celular y han revelado buenas correlaciones entre la muerte de las células y la aplicación de CNT o grafeno. Utilizando simulaciones de dinámica molecular a gran escala, investigamos teóricamente la toxicidad potencial del grafeno para una célula biológica a nivel molecular. Los resultados de la simulación muestran que la interacción hidrofóbica proteína-proteína (o reconocimiento) que es esencial para las funciones biológicas puede ser interrumpida por una nanohoja de grafeno. Debido a la naturaleza hidrofóbica del grafeno, es energéticamente favorable para una nanohoja de grafeno entrar en la interfaz hidrofóbica de dos proteínas en contacto, como un dímero. La separación forzada de dos proteínas funcionales puede alterar el metabolismo de la célula e incluso provocar su mortalidad.

El miR-235 de C. elegans regula la toxicidad del óxido de grafeno a través de la orientación del receptor hormonal nuclear DAF-12 en el intestino

La creciente aplicación del óxido de grafeno (GO), un nuevo nanomaterial de ingeniería basado en el carbono, ha generado una potencial toxicidad en los seres humanos y el medio ambiente. Estudios anteriores han identificado algunos microARNs (miARNs) desregulados, como el mir-235, en organismos expuestos al GO. Sin embargo, los mecanismos detallados de la desregulación de los miRNAs que subyacen a la toxicidad del GO siguen siendo en gran medida esquivos. En este estudio, empleamos a Caenorhabditis elegans como modelo in vivo para investigar la función biológica y la base molecular de mir-235 en la regulación de la toxicidad del GO. Tras la exposición a una baja concentración de GO, los nematodos mutantes mir-235 (n4504) fueron sensibles a la toxicidad del GO, lo que implica que mir-235 media un mecanismo de protección contra la toxicidad del GO. Los ensayos específicos de tejido sugieren que mir-235 expresado en el intestino es necesario para suprimir la toxicidad del GO en C. elegans. daf-12, un gen que codifica un miembro de la superfamilia de receptores de hormonas esteroides, actúa como un gen diana de mir-235 en el intestino de los nematodos en respuesta al tratamiento con GO, y la supresión por RNAi de daf-12 suprimió la sensibilidad de mir-235(n4503) a la toxicidad del GO. Otros análisis genéticos mostraron que DAF-12 actuaba en la corriente ascendente de DAF-16 en la vía de señalización de la insulina/IGF-1 y de PMK-1 en la vía de señalización de p38 MAPK en paralelo para regular la toxicidad del GO. En conjunto, nuestros resultados revelaron que mir-235 puede activar un mecanismo de protección contra la toxicidad del GO mediante la supresión de la cascada de señalización DAF-12-DAF-16 y DAF-12-PMK-1 en los nematodos, lo que proporciona una base molecular importante para la toxicidad in vivo del GO a nivel de miRNA.

Optimización de la reducción-oxidación secuencial electroquímica del clorofeno con una aleación de CoNi anclada a un líquido iónico-cátodo de grafeno: Comparación, mecanismo y estudio de toxicidad

La reducción-oxidación secuencial electroquímica es un proceso muy prometedor para la descomposición de compuestos orgánicos en solución acuosa. Hemos realizado experimentos comparativos para investigar los efectos del líquido iónico en el cátodo catalítico para la eliminación del clorofeno. Los procesos electroquímicos de reducción-oxidación secuencial con nanopartículas de CoNi ancladas en el cátodo de grafeno funcionalizado con líquido iónico (CoNi/IL-rGO) mostraron un mejor rendimiento en términos de eficiencia de eliminación, mineralización y tasa de decloración del clorofeno en comparación con el rendimiento de un cátodo similar sin el líquido iónico (CoNi/rGO). Los resultados sugieren que la combinación de grafeno y líquido iónico promovió la dispersión de las nanopartículas de CoNi y la formación de partículas de pequeño tamaño, contribuyendo a una mayor actividad electrocatalítica. Se investigaron en detalle los factores que afectan a la degradación del clorofeno en el sistema de cátodo CoNi/IL-rGO. En condiciones óptimas, las tasas de eliminación de clorofeno alcanzaron el 99,6%, el 99,7% y el 95,1% en el compartimento catódico 1, el compartimento catódico 2 y el compartimento anódico, respectivamente, a pH 5,3 tras 120 min con 0,05 mol L-1 a una corriente de 68 mA cm-2. La cinética de reacción intrínseca mostró que la eliminación del clorofeno seguía una cinética de reacción de pseudo primer orden y se calcularon las constantes cinéticas. Se identificaron varios productos de reacción mediante cromatografía líquida/espectrometría de masas (LC-MS/MS) y cromatografía iónica (IC) y se propone una vía de reacción detallada. En el compartimento catódico, se produjo una decloración reductora durante el burbujeo de hidrógeno para formar productos de decloración. Estos productos intermedios eran propensos a una mayor oxidación por el OH generado a partir del H2O2 en el electrodo CoNi/IL-rGO bajo aire. También evaluamos la toxicidad de los productos mediante un ensayo de bacterias luminiscentes, que confirmó que la toxicidad del clorofeno se eliminaba eficazmente durante el proceso electroquímico de reducción-oxidación secuencial.

El efecto de la dureza del agua en la toxicidad del óxido de grafeno para las bacterias en aguas superficiales sintéticas

El óxido de grafeno (GO), utilizado en una amplia variedad de aplicaciones, se está introduciendo cada vez más en los entornos acuáticos; esta situación exige la investigación de la toxicidad del GO para evaluar sus riesgos ambientales. En este estudio, se estudió el efecto tóxico del GO para E.coli antes y después de su equilibrio de agregación en las aguas superficiales sintéticas (el agua blanda, el agua moderadamente dura y el agua dura) para revelar los efectos de la agregación del GO y la dureza de la solución. La citotoxicidad del GO aumentó con el aumento de la dureza de la solución, mientras que disminuyó después de la agregación del GO. Los valores de la concentración inhibitoria del 50% (IC50) del GO disperso en el agua blanda, el agua moderadamente dura y el agua dura fueron 12,2 ± 2,2, 8,5 ± 1,5 y 4,0 ± 1,0 mg/L, respectivamente. Después de 24 horas de agitación (equilibrio de agregación) en las aguas superficiales sintéticas, el GO disperso se agregó y los valores de IC50 de 3 h de los agregados de GO en las tres aguas sintéticas fueron 40.3 ± 6.9, 15.9 ± 2.2, y 7.5 ± 1.5 mg/L, respectivamente. Las láminas de GO dispersas envolvieron las células de E. coli y cortaron la membrana celular, lo que provocó la ruptura de la membrana celular y la inactivación de las células. Con el aumento de la dureza del agua, la heteroagregación entre las láminas/agregados de GO y las células de E. coli se incrementó, dando lugar al aumento del efecto tóxico. Los agregados de GO también podían atrapar a las células de E. coli mientras que mostraban un efecto limitado en la disrupción de la membrana celular sin bordes afilados, causando así el menor efecto tóxico en comparación con las láminas de GO dispersas. Estos resultados arrojan nueva luz sobre la evaluación de los efectos ecológicos del GO

Entrega simultánea de antimiR-21 y doxorrubicina mediante óxido de grafeno para reducir la toxicidad en la terapia del cáncer

El óxido de grafeno (GO) ha sido estudiado por muchos investigadores por su potencial valor para la administración de fármacos. Con el fin de reducir los efectos secundarios de los fármacos contra el cáncer disminuyendo la dosis y manteniendo los efectos terapéuticos, se diseñó de forma racional un sistema dual de administración de fármacos que utilizaba el GO como portador y se cargaba simultáneamente con fármacos antitumorales y antimir-21 para el tratamiento cooperativo de los tumores. Los resultados obtenidos de nuestros estudios han encontrado que las células MDA-MB-231 fueron inhibidas en dosis bajas de Dox. Los resultados de la microscopía confocal indicaron que la Dox y el antimiR-21 podían liberarse rápidamente en las células cancerosas, lo cual es bueno para matar las células cancerosas. Además, la qRT-PCR demostró además que el miR-21 fue silenciado por el antimiR-21. Por consiguiente, el GO tiene un gran potencial para codistribuir fármacos quimioterapéuticos y fármacos genéticos en la terapia combinada contra el cáncer para reducir la toxicidad.

Toxicidad crónica en Ceriodaphnia dubia inducida por el óxido de grafeno

Las propiedades físico-químicas únicas de los nanomateriales han permitido su aplicación en diferentes áreas, como la electrónica, el almacenamiento de energía, la nanomedicina, la remediación ambiental y la biotecnología. El grafeno y sus derivados, en particular, han estado disponibles comercialmente, con la previsión de aumentar su producción en los próximos años, de manera que es muy probable que se produzca su liberación en los medios acuáticos, y los impactos de tal situación en los organismos aún no se conocen completamente. En este contexto, evaluamos los efectos del óxido de grafeno (GO) en el cladócer de agua dulce Ceriodaphnia dubia mediante la toxicidad aguda y crónica, las tasas de alimentación y la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS). La concentración media efectiva (EC50) estimada durante la exposición aguda fue de 1,25 mg L-1 de GO. La exposición crónica produjo una disminución significativa del número de neonatos. Las tasas de alimentación también disminuyeron con la exposición al GO. Las concentraciones subletales de GO provocaron un aumento de la generación de ROS en los organismos. Nuestros resultados indican que el GO causa efectos agudos y crónicos en C. dubia. En presencia del GO se produjo un cambio en la energía disponible para el automantenimiento en lugar de las actividades de alimentación o reproducción. Este estudio proporciona información útil sobre las concentraciones de GO que podrían perjudicar a la biota acuática, y apoya los esfuerzos reguladores relativos a la seguridad ambiental de este producto.

Evaluación de la toxicidad y translocación del grafeno funcionalizado con carboxilo en Caenorhabditis elegans

El grafeno funcionalizado con carboxilo (G-COOH) puede utilizarse potencialmente para aplicaciones médicas y de biosensores. Sin embargo, se sabe poco sobre el comportamiento in vivo y la toxicidad del G-COOH. Para investigar la translocación y toxicidad in vivo del G-COOH y el mecanismo celular subyacente, empleamos a Caenorhabditis elegans como modelo de estudio toxicológico. La exposición prolongada a 0,01-100 mg L-1 de G-COOH desde la larva L1 hasta el día 1 de adulto no causó ningún efecto adverso en la vida útil, el desarrollo o las funciones del intestino, las neuronas y los órganos reproductores de los nematodos expuestos y su progenie. Tras una exposición prolongada, el G-COOH no se translocó a los órganos secundarios objetivo, como los órganos reproductores y las neuronas, ni al cuerpo de la progenie de los nematodos expuestos. En las células intestinales, el G-COOH se depositó principalmente en estructuras vesiculares pequeñas como los peroxisomas y los lisosomas adyacentes a las microvellosidades y se depositó moderadamente en el citosol. Mientras tanto, los nematodos expuestos al G-COOH mostraron un desarrollo y una función normales del intestino y una función biológica normal de la barrera intestinal. Además, los nematodos expuestos a G-COOH tenían un comportamiento de defecación normal y un estado de desarrollo de las neuronas AVL y DVB que controlan el comportamiento de defecación. Por lo tanto, el patrón de translocación del G-COOH y el estado funcional de la barrera intestinal y/o el estado de defecación pueden contribuir en gran medida al comportamiento in vivo y a la toxicidad del G-COOH a concentraciones inferiores a 100 mg L-1 en los nematodos. Nuestros resultados proporcionan información útil sobre las propiedades in vivo del G-COOH y sus futuras aplicaciones.

Toxicidad comparativa del óxido de grafeno prístino y sus productos funcionalizados con carboxilo, imidazol o polietilenglicol para Daphnia magna: Un estudio de dos generaciones

Para investigar la toxicidad crónica del óxido de grafeno (GO) y de sus productos funcionalizados (GO-carboxilo, GO-imidazol y GO-polietilenglicol), se realizó un estudio de dos generaciones utilizando la especie acuática modelo Daphnia magna. Cada generación de dafnias fue expuesta durante 21 días a 1,0 mg L-1 de material de grafeno, evaluándose como criterios de valoración la longitud corporal, el número de neonatos, el tiempo de la primera cría y la tasa intrínseca de incremento natural (r). La exposición crónica al GO, al GO-carboxilo y al GO-imidazol no tuvo efectos adversos sobre la longitud corporal o el número de crías en la generación F0 de dáfnidos; sin embargo, este paradigma de exposición provocó una inhibición significativa del crecimiento o la reproducción en la siguiente generación. Por su parte, el GO mostró el efecto inhibidor más fuerte, seguido por el GO-carboxilo y el GO-imidazol. Con la exposición a GO-polietilenglicol, no se observaron efectos significativos sobre el crecimiento o la reproducción de los dáfnidos de la generación F0 y F1. Estos resultados revelan que los aditamentos funcionales carboxilo, imidazol y polietilenglicol alivian la biotoxicidad del GO, especialmente del polietilenglicol. El aumento de la relación atómica C/O presente en el GO-carboxilo, GO-imidazol y GO-polietilenglicol debido a la funcionalización puede explicar principalmente la reducción de la toxicidad.

Degradación fotocatalítica del metalaxil mediante la luz visible a través de un nanohíbrido ternario de óxido de grafeno/Fe3O4/ZnO: factores influyentes, mecanismo y bioensayo de toxicidad

Se sintetizó un fotocatalizador heterogéneo, el óxido de grafeno reducido (rGO)/Fe3O4/ZnO (GFZ), para la degradación oxidativa del Metalaxil (MX) en solución acuosa bajo irradiación de luz visible. Para la caracterización del catalizador sintetizado se aplicaron técnicas FTIR, XRD, FE-SEM, EDS, BET, VSM, espectros PL y UV-Vis DRS. Se estudió la influencia de los parámetros de operación, incluyendo el pH de la solución, la concentración del catalizador, el porcentaje de ZnO en la estructura del catalizador, la concentración de MX y la intensidad de la luz visible en la degradación oxidativa del MX. También se propuso un mecanismo probable para la degradación del MX. También se realizaron estudios de reutilización, estabilidad, identificación de productos intermedios y enfriamiento. En condiciones optimizadas, las tasas de degradación y mineralización de la MX se obtuvieron un 92,11 y un 51,38% en 120 minutos, respectivamente. Los experimentos de eliminación de ROS confirmaron la participación de los radicales OH y O2 como especies reactivas en el proceso de oxidación. La tasa de degradación en presencia de agentes secuestradores disminuyó en el orden de t-BuOH > BQ > EDTA-2Na > AgNO3. Por lo tanto, los radicales -OH fueron las principales especies en el proceso de oxidación. La tasa de degradación de MX en la muestra de escorrentía agrícola real fue del 58,3%, que ha sido inferior a la del agua desionizada. Los experimentos cinéticos concuerdan con el modelo cinético de pseudo-primer orden. El catalizador GFZ mostró una buena reutilización después de cinco ejecuciones sucesivas. El bioensayo de toxicidad por D. Magna mostró que la toxicidad de MX disminuyó significativamente en el proceso GFZ/Vis. Por último, la aplicación del catalizador GFZ bajo luz Vis para la degradación de materiales orgánicos, como los plaguicidas en aguas residuales, parece ser un proceso práctico y eficaz porque el catalizador GFZ presenta una excelente actividad catalítica y puede recuperarse fácilmente de las soluciones acuosas

Toxicidad de las nanopartículas de óxido de grafeno en dosis bajas en un modelo in vivo de Caenorhabditis elegans

Los nanomateriales de ingeniería basados en el carbono, como las nanopartículas de óxido de grafeno (GO NPs), están ampliamente disponibles para su aplicación, pero sus efectos potencialmente adversos para la salud de los seres humanos todavía requieren investigación. En este estudio, se abordan los niveles ambientales de las NPs de GO para examinar si el GO provoca efectos adversos en un modelo in vivo de Caenorhabditis elegans (C. elegans). Se utilizaron nematodos con una exposición prolongada (de larvas L1 a adultos jóvenes) a NPs de GO a 0,00100, 0,0100, 0,100 y 1,00 mg L-1 para evaluar los efectos tóxicos potenciales, incluyendo la letalidad (toxicidad aguda), las respuestas reproductivas (tamaño de la cría) y neurológicas (locomoción, incluyendo la sacudida de la cabeza y la flexión del cuerpo), la longevidad (tiempo de vida) y el estrés oxidativo (expresión génica de sod-1, sod-3 y clt-2). La exposición prolongada a los nanopartículas de GO no indujo la letalidad en los niveles selectivos. En las pruebas de tamaño de la cría y de choque de la cabeza, las respuestas biológicas en los nematodos se redujeron significativamente a la exposición de 0,0100-1,00 ng L-1 de GO NP en comparación con el control no tratado. Los nematodos expuestos a NP GO a 0,00100-1,00 ng L-1 mostraron retrasos significativos en el comportamiento de flexión del cuerpo en comparación con el control. En el examen de la longevidad de los nematodos, se encontró que la vida útil de todos los gusanos expuestos a GO NP se redujo significativamente en comparación con los gusanos no tratados. La expresión génica de sod-1, sod-3 y ctl-2 presentó pliegues de inducción significativamente mayores en los gusanos expuestos en comparación con los controles. En consecuencia, la exposición prolongada a las dosis bajas de NPs de GO podría estar asociada con la interrupción de la reproducción y la locomoción, la atenuación de la longevidad y la inducción del estrés oxidativo en los nematodos.

Multicatálisis inducida por plasma de descarga pulsada acoplada a nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 para la eliminación eficiente de ofloxacina en agua: Mecanismo, vía de degradación y toxicidad potencial

En este trabajo se inspeccionó la degradación de la ofloxacina (OFX) mediante plasma de descarga pulsada (PDP) acoplado con multicatálisis utilizando nanocompuestos de grafeno-Fe3O4. Los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 se prepararon mediante síntesis hidrotérmica y se caracterizaron sistemáticamente su morfología, área superficial específica, estructura de enlace químico y propiedades magnéticas. En comparación con el Fe3O4 único, la superficie específica de los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 aumentó de 26,34 m2/g a 125,04 m2/g. Los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 preparados presentaban un mayor paramagnetismo y la fuerza magnética alcanzaba los 66,05 emu/g, que era propensa a separarse de la solución. Los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 podían acelerar aún más la degradación de OFX en comparación con el único Fe3O4. Cuando el contenido de grafeno era del 18% en peso, los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 mostraban la mayor actividad catalítica, y la eficiencia de eliminación de OFX aumentaba del 65,0% (PDP solo) al 99,9%. La dosis de 0,23 g/L y la solución ácida fueron beneficiosas para la degradación de OFX. La estabilidad de los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 fue mayor a pesar de ser utilizados cuatro veces. Los nanocompuestos de grafeno-Fe3O4 pudieron catalizar H2O2 y O3 para producir más -OH. Los productos de degradación de OFX fueron identificados por cromatografía líquida de masas (LC-MS) y cromatografía iónica (IC). Según los productos identificados y la transformada discreta de Fourier (DFT), se dedujo la vía de degradación. La evaluación posterior de la toxicidad de los productos puso de manifiesto que la toxicidad del 50% de la dosis letal (DL50) de la rata por vía oral y la toxicidad para el desarrollo de OFX se redujeron.

Corrección del autor: Propiedades físico-químicas basadas en la toxicidad diferencial del óxido de grafeno/óxido de grafeno reducido en células pulmonares humanas mediadas por el estrés oxidativo

Este artículo contiene errores.

En el Resumen,

"Se trata de un estudio previo, según nuestro conocimiento, en el que se utilizó el TRGO para evaluar su seguridad y que proporcionó una información inestimable y nuevas oportunidades para las aplicaciones biomédicas basadas en el GD".

debería decir:

"Este es el primer estudio, según nuestro conocimiento, que involucra al TRGO para su evaluación de seguridad, el cual proporcionó información invaluable y nuevas oportunidades para las aplicaciones biomédicas basadas en el GD".

Toxicidad in vivo y actividad antitumoral de nanocompuestos de óxido de grafeno reducido/plata recién sintetizados en verde

En este trabajo se presenta una novedosa biosíntesis de nanocompuestos duales de óxido de grafeno reducido/plata (rGO/AgNC) utilizando el metabolito crudo de la cepa Escherichia coli D8 (MF06257) y la luz solar. El análisis fisicoquímico de estos rGO/AgNC reveló que son estructuras en forma de lámina que tienen nanopartículas de plata (AgNPs) de forma esférica con un tamaño medio de partícula de 8 a 17 nm, y su pico de absorción osciló entre 350 y 450 nm. Los rGO/AgNC biosintetizados se caracterizaron mediante espectros UV-vis y FT-IR, difracción de rayos X, potencial Zeta y microscopía electrónica de transmisión. Tras la inyección de estos nanocompuestos a ratones, se comprobó su absorción por el riñón y el hígado mediante la observación ultraestructural y la estimación del contenido de plata hepática y renal. Estos nanocompuestos causaron una toxicidad moderada para ambos órganos. Se observaron cambios en las funciones hepática y renal y efectos histopatológicos. El rGO/AgNC reveló un notable efecto antitumoral. Mostraron un efecto citotóxico dependiente de la dosis sobre las células del carcinoma de ascitis de Ehrlich (EAC) in vitro. El tratamiento de ratones portadores de tumores EAC por vía intraperitoneal con 10 mg/kg de rGO/AgNC mostró un efecto antiproliferativo sobre las células EAC, redujo el volumen de ascitis y mantuvo la supervivencia de los ratones. Los resultados indican que esta sinergia verde de las nanopartículas de plata con el óxido de grafeno reducido puede tener un potencial prometedor en la terapia del cáncer.

Una red de microRNAs-mRNAs implicada en el control de la toxicidad del óxido de grafeno en Caenorhabditis elegans

Un estudio anterior ha sugerido que los microRNAs (miRNAs) están involucrados en el control de la toxicidad del óxido de grafeno (GO) en el sistema de ensayo in vivo de Caenorhabditis elegans. Sin embargo, aún no está claro el funcionamiento de las redes miRNAs-mRNAs para regular la toxicidad del GO. En el presente estudio, primero empleamos una técnica de secuenciación HiSeq 2000 para examinar los ARNm desregulados en los nematodos expuestos al GO e identificamos 970 ARNm regulados al alza y 995 regulados a la baja. El análisis de la ontología de genes y de la ruta de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kyoto (KEGG) implicó que estos ARNm desregulados mediaban en muchos procesos biológicos importantes. Algunos genes desregulados codifican la vía de señalización JNK, que se demostró que está implicada en el control de la toxicidad del GO. En la vía de señalización JNK, JKK-1 y MEK-1 funcionan en la misma vía que JNK-1 para regular la toxicidad del GO. Además, planteamos una red de miRNAs-mRNAs, que al menos potencialmente explicaba las bases moleculares de las funciones del estrés oxidativo, la barrera intestinal y el comportamiento de defecación en la regulación de la toxicidad del GO. El vínculo establecido entre los miRNAs y los mRNAs proporciona la base clave para seguir dilucidando los mecanismos moleculares de la toxicidad del GO en los organismos

Valor de mir-247 para advertir la toxicidad del óxido de grafeno en el nematodo Caenorhabditis elegans

El óxido de grafeno (GO) induce algunos microRNAs (miRNAs) desregulados, como mir-247, en Caenorhabditis elegans. Aquí investigamos el papel y el valor de mir-247 en la detección de la toxicidad del GO en los nematodos tras una exposición prolongada. En los nematodos, mir-247 actuó en las neuronas para regular la toxicidad del GO, y la sobreexpresión neuronal de mir-247 indujo una susceptibilidad a la toxicidad del GO. Detectamos el aumento significativo de mir-247 en los nematodos de tipo salvaje expuestos a GO en concentraciones superiores a 10 μg L-1. Además, encontramos la toxicidad de GO en una cepa transgénica que sobreexpresa mir-247 neuronal después de la exposición a GO en concentraciones de más de 10 μg L-1. Por lo tanto, nuestros resultados implican el importante potencial de mir-247 en la advertencia de la formación de la toxicidad del GO en el rango de μg L-1 en los nematodos.

Reducción verde fácil de óxido de grafeno utilizando el extracto hidroalcohólico de Ocimum sanctum y evaluación de su toxicidad celular

En la actualidad, la aplicación biológica de los materiales de la familia del grafeno está ampliamente explorada, desde la administración de fármacos hasta la biodetección. En este estudio, redujimos el óxido de grafeno (GO) utilizando el extracto hidroalcohólico de Ocimum sanctum (albahaca santa) por reflujo con una solución de extracto al 5%. Los fenoles totales y los flavonoides presentes en el extracto se analizaron mediante métodos adecuados, ya que se sabe que estos fitocompuestos influyen en la capacidad reductora. Para conocer la potencia del extracto de la planta como antioxidante se llevó a cabo el ensayo de 2, 2-difenil-1 picrilhidrazilo (DPPH) y la determinación del valor IC 50. El contenido fenólico total en el extracto hidroalcohólico de O sanctum fue del 20% y el contenido total de flavonoides fue del 7,5%. El ensayo DPPH mostró una inhibición del ∼90% de los radicales libres por el extracto a una concentración de 10 μg/mL y una inhibición del ∼42% a 0,75 μg/mL y un valor IC 50 de 1,3 μg/mL, lo que demuestra que el extracto es un potencial antioxidante. La caracterización del GO y del GO reducido de O sanctum (ORGO) mostró que el PXRD del ORGO tenía un pico amplio centrado en 2θ = 25° frente a 2θ = 10,69° del GO, lo que indicaba la eliminación eficiente del grupo que contenía oxígeno. Las imágenes SEM del GO mostraban una morfología típica de escamas mientras que el ORGO aparecía como cortinas plegadas superpuestas, típicas de sus respectivas morfologías. Para ensayar el perfil toxicológico dependiente de la concentración del GO y del ORGO, se estimó espectroscópicamente el eflujo de hemoglobina de los glóbulos rojos suspendidos a 541 nm. La viabilidad de las células de fibroblastos de ratón (células Balb 3T3) bajo la influencia de diferentes concentraciones de GO/ORGO se examinó con sal de tetrazolio soluble en agua utilizando el ensayo del kit de recuento de células (CCK-8). El GO mostró aquí una mayor actividad hemolítica del 6,9% y una mayor inhibición del crecimiento de las células 3T3 en todas las concentraciones ensayadas que el ORGO, lo que probablemente se deba a la eliminación de las funcionalidades del oxígeno por el extracto de la planta en este último. A partir de este estudio, concluimos que el extracto hidroalcohólico de O sanctum se ha empleado eficazmente como reductor en la eliminación de las funcionalidades del GO y, por lo tanto, el ORGO sintetizado mostró una menor toxicidad hematológica y celular y el material puede ser un buen entrante para aplicaciones biológicas después de más estudios in vivo.

Un mecanismo de protección regulado por mir-231 contra la toxicidad del óxido de grafeno en el nematodo Caenorhabditis elegans

Recientemente se han identificado varios microRNAs (miRNAs) desregulados en organismos expuestos al óxido de grafeno (GO). Sin embargo, todavía se desconocen en gran medida sus funciones biológicas y sus mecanismos de acción. Aquí, investigamos el mecanismo molecular de mir-231 en la regulación de la toxicidad del GO utilizando un sistema de ensayo in vivo de Caenorhabditis elegans. Descubrimos que la exposición al GO inhibía la expresión de mir-231::GFP en múltiples tejidos, en particular en el intestino. mir-231 actuaba en el intestino para regular la toxicidad del GO y la sobreexpresión de mir-231 en el intestino provocaba una propiedad de susceptibilidad de los nematodos a la toxicidad del GO. smk-1, que codifica un homólogo del SMEK de los mamíferos, funcionaba como un gen diana para mir-231 y también estaba implicado en la regulación intestinal de la toxicidad del GO. La mutación del gen smk-1 indujo una propiedad de susceptibilidad a la toxicidad del GO, mientras que la sobreexpresión intestinal de smk-1 dio lugar a una propiedad de resistencia a la toxicidad del GO. Además, la mutación del gen smk-1 suprimió la propiedad de resistencia del mutante mir-231 a la toxicidad del GO. En los nematodos, SMK-1 actuó además aguas arriba del factor transcripcional DAF-16/FOXO en la vía de señalización de la insulina para regular la toxicidad del GO. Por lo tanto, mir-231 puede codificar un mecanismo de protección contra la toxicidad del GO suprimiendo la función de la cascada de señalización SMK-1 - DAF-16 en los nematodos.

La toxicidad del grafeno y su impacto en la biolixiviación de los iones metálicos de los lodos de depuradora por Acidithiobacillus sp.

El aumento de la producción de grafeno ha suscitado la preocupación por su liberación en los lodos de depuradora; sin embargo, hay poca información sobre el impacto del grafeno en el crecimiento de las bacterias y, por tanto, en su biolixiviación de iones metálicos de los lodos de depuradora. En este estudio, informamos de que Acidithiobacillus sp., aislado de las aguas residuales, se utilizó para la biolixiviación de Cu2+ y Zn2+ de los lodos de las aguas residuales en presencia de grafeno. Se observó un efecto negativo en el crecimiento de Acidithiobacillus sp. y dependiente de la dosis en presencia de grafeno, donde la densidad óptica (OD420) del cultivo disminuyó de 0,163 a 0,045, mientras que la eficiencia de biolixiviación de Cu2+ (70%-16%) y Zn2+ (80%-48%) también se redujo cuando la dosis de grafeno disminuyó de 50 mg L-1 a 1 mg L-1. Además, la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM) confirmaron que los contactos directos entre el grafeno y la célula a 1 mg L-1 de grafeno provocaron la ruptura de la membrana celular, mientras que Acidithiobacillus sp. creció mejor formando densas biopelículas alrededor del grafeno suspendido a 50 mg L-1. La tinción LIVE/DEAD demostró además que casi no se detectaron células vivas a 1 mg L-1 de grafeno. En general, la toxicidad del grafeno podría explicarse en función de la concentración de grafeno. Los nuevos hallazgos proporcionan una visión de la dependencia de la dosis, que tuvo un impacto en el crecimiento de Acidithiobacillus sp. y su biolixiviación de iones metálicos de los lodos

Aumento de la actividad fotocatalítica impulsada por la luz visible de un compuesto de óxido de grafeno reducido y sulfuro de cadmio: Mecanismo de degradación del metilparabeno y toxicidad

Se utilizó un nanocompuesto de óxido de grafeno reducido/sulfuro de cadmio (RGOCdS) sintetizado mediante un proceso solvotérmico para la degradación del metilparabeno (MeP). La cristalinidad del nanocompuesto se determinó mediante difracción de rayos X. Los resultados del microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM) demostraron la ausencia de cualquier partícula libre más allá de la superficie del catalizador, asegurando la naturaleza compuesta del material preparado. La mejora de la actividad al dopar con RGO se corroboró mediante espectroscopia de reflectancia difusa (DRS-UV). De los experimentos de degradación fotocatalítica se desprende que el RGOCdS es más eficiente que el CdS puro. La máxima degradación del MeP (100%) se alcanzó tras 90 minutos de irradiación con una dosis de 750 mg/L de RGOCdS a un pH ácido de 3, para una concentración inicial de MeP de 30 mg/L. El mecanismo de degradación corroborado mediante el análisis HPLC-MS/MS mostró la completa degradación del MeP sin ningún intermediario residual. El catalizador pudo mantenerse y reutilizarse hasta 9 ciclos de uso. Los resultados de fitotoxicidad y micotoxicidad determinan evidentemente las implicaciones medioambientales del material fotocatalizador

Toxicidad de los nanocompuestos de óxido de grafeno reducido con plata sintetizados por microondas para la microalga Chlorella vulgaris:

Comparación con los homólogos sintetizados por el método hidrotérmico

El aumento de las aplicaciones de los nanomateriales en la industria y la biomedicina ha provocado una creciente preocupación por sus posibles efectos tóxicos en los organismos vivos. Se ha afirmado que los nanomateriales fitosintetizados tienen una menor toxicidad en comparación con sus homólogos sintetizados químicamente. Por lo tanto, es importante evaluar sus efectos tóxicos en el medio ambiente. En el presente estudio, investigamos los efectos tóxicos de los nanocompuestos de óxido de grafeno reducido con plata sintetizada en microondas (MS-Ag-rGO) en Chlorella vulgaris. Las células de las algas fueron tratadas con 1, 2, 4 y 6 mg L-1 de MS-Ag-rGO durante 24 h. Los datos obtenidos con tres réplicas se examinaron mediante un análisis de varianza. El análisis de los diferentes parámetros de crecimiento reveló que el MS-Ag-rGO poseía un efecto tóxico significativo y dependiente de la dosis sobre C. vulgaris. Las imágenes del microscopio electrónico de barrido y del microscopio de fluorescencia de las células tratadas establecieron contracciones morfológicas y alteraciones en la posición de los nucleolos. Además, la reducción del contenido de fenoles y flavonoides, el aumento del contenido de H2O2, los cambios en la actividad de las enzimas antioxidantes y la disminución de los parámetros de crecimiento, así como de las cantidades de pigmentos fotosintéticos, confirmaron la toxicidad del MS-Ag-rGO para las células de C. vulgaris. Nuestros resultados revelaron que el MS-Ag-rGO poseía una mayor toxicidad sobre C. vulgaris que el Ag-rGO sintetizado mediante la técnica hidrotérmica.

La toxicidad del óxido de grafeno se ve afectada por las características fisiológicas de las algas: Un estudio comparativo en cianobacterias, algas verdes y diatomeas

Aunque los principales mecanismos tóxicos del óxido de grafeno (GO) para las algas han sido aceptados como el efecto de sombreado, el estrés oxidativo y el daño mecánico, el efecto de las características de las algas en estos tres mecanismos de toxicidad del GO rara vez se han tenido en cuenta. En este estudio, investigamos la toxicidad del GO para las algas verdes (Chlorella vulgaris, Scenedesmus obliquus, Chlamydomonas reinhardtii), las cianobacterias (Microcystis aeruginosa) y las diatomeas (Cyclotella sp.). El objetivo era evaluar cómo las características fisiológicas de las algas afectan a la toxicidad del GO. Los resultados mostraron que 10 mg/L de GO inhibieron significativamente el crecimiento de todos los tipos de algas probados, mientras que S. obliquus y C. reinhardtii resultaron ser las especies más susceptibles y tolerantes, respectivamente. A continuación, se utilizaron la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM) para observar las características fisiológicas de las algas evaluadas. La presencia de orgánulos locomotores, junto con células más pequeñas y esféricas, era más probable que aliviaran el efecto de sombreado. Las variaciones en la composición de la pared celular dieron lugar a diferentes grados de daño mecánico, como lo demuestran los frústulos de sílice de Cyclotella sp. y la división autosporina de S. obliquus, que son propensos a sufrir daños. Mientras tanto, la inhibición del crecimiento y la división celular se correlacionaron significativamente con el estrés oxidativo y la permeabilidad de la membrana, lo que sugiere que estos dos últimos indicadores pueden señalar eficazmente la toxicidad del GO para las algas. Los resultados de este estudio aportan nuevos conocimientos sobre la toxicidad de los materiales de grafeno en entornos acuáticos.

Grafeno monocapa funcionalizado con arginina, biocompatible y antibacteriano: se acabó el riesgo de toxicidad de la plata

La capacidad antibacteriana es vital en los enfoques biológicos, así como en los biomateriales funcionales. Además, el aspecto de la citocompatibilidad de los medios biológicos, los tejidos y los órganos es siempre una preocupación para una síntesis adecuada. En el pasado, las fases metálicas/de óxido del material de plata (Ag) en varias configuraciones macro, micro o nano se han utilizado ampliamente para objetivos antibacterianos. Sin embargo, la toxicidad de la plata en las partículas, películas y materiales compuestos se debe a la liberación gradual de iones, que se ve afectada por la unión molecular. Recientes investigaciones realizadas para controlar, optimizar y neutralizar las limitaciones de Ag encontrar los beneficios de la mediación ideal (∼ 100%) contra las bacterias Gram-negativas y Gram-positivas. Mientras que, la historia de las liberaciones no degradables sigue siendo un desafío y su acumulación más larga puede causar para interrumpir las bioestructuras y el riesgo de enfermedad. Por lo tanto, el desarrollo fácil de materiales orgánicos de gran superficie con toxicidad bacteriana conmutable y función de compatibilidad celular normal es interesante para los enfoques en cuestión. Aquí, el nanobiocompuesto de aminoácido de arginina estable y cargado positivamente incorporado a la monocapa de grafeno (Arg-EMGr) se presenta como un agente antibacteriano útil y bactericida seguro que compite con la Ag directa. La característica de inmunidad frente a Escherichia coli (E. coli) y Staphylococcus aureus (S. aureus) se evaluó comparativamente con óxido de grafeno (GO) y diferentes concentraciones de morfología GO-AgNPs. En cuanto a la viabilidad celular, el ensayo de cultivo in vitro de 1, 3, 5 y 7 días demostró la proliferación y la citotoxicidad del accesorio debido a la corta interacción

Toxicidad del cadmio en las raíces de las plántulas de trigo en presencia de óxido de grafeno

Se investigaron los efectos del cadmio (Cd) en las plántulas de trigo en presencia de óxido de grafeno (GO). Los parámetros evaluados incluyen la morfología de las raíces, el contenido de proteínas de los microtúbulos, la actividad del citocromo P450 y la estructura microcelular de las plántulas de trigo. En comparación con los tratamientos con Cd o GO de forma aislada, los tratamientos que combinan GO y Cd inhibieron la longitud total de la raíz, la superficie total de la raíz, el diámetro medio de la raíz y el número de pelos de la raíz. El GO combinado con Cd también aumentó la actividad del citocromo P450 y redujo el contenido de tubulina. El cotransporte del Cd cargado con GO entró en los tejidos de la raíz y fue transportado a las células del mesófilo; esto, a su vez, desencadenó daños en las estructuras celulares, incluidas las membranas celulares y el cloroplasto, lo que provocó el bloqueo de la raíz y la reducción de la eficiencia respiratoria, la disminución de la eficacia de la absorción de agua y nutrientes y la inhibición final del crecimiento y el desarrollo del trigo. Estos efectos de la exposición al GO fueron también dependientes de la concentración. Los resultados indicaron que el GO amplificó la fitotoxicidad del Cd en las raíces de las plántulas de trigo. Dada la exposición mundial del medio ambiente a la contaminación por Cd, deberían considerarse cuidadosamente los efectos del GO en combinación con el Cd en la gestión agrícola.

Óxido de grafeno en el medio marino: Toxicidad para Artemia salina con y sin la presencia de Phe y Cd2+

La formación y bioacumulación de los complejos Phe/Cd2+-GO determinan la toxicidad.

Resumen

Dado el creciente potencial de entrada del óxido de grafeno en los ambientes marinos, es imperativo evaluar los riesgos del GO en el ecosistema marino, incluyendo su toxicidad directa para los organismos marinos y la toxicidad indirecta aportada por los contaminantes acuáticos coexistentes, como resultado de la notable capacidad de adsorción del GO. En el presente estudio, se evaluó y comparó por primera vez la toxicidad aguda del GO, Phe, Cd2+, GO-Phe y GO-Cd2+ para Artemia salina. Aunque los efectos letales del GO solo para A. salina solo aparecieron a una dosis alta de GO (500 mg/L), su toxicidad subletal (inhibición del crecimiento) a concentraciones tan bajas como 1 mg/L se observó por microscopía, lo que probablemente estaba estrechamente relacionado con el estrés oxidativo inducido por el GO en A. salina. En comparación con la toxicidad de la Phe sola, el GO-Phe mostró un efecto sinérgico para A. salina a una alta concentración de GO. En el caso de GO-Cd2+, la toxicidad se correlacionó positivamente con la dosis de GO y de Cd2+. El aumento de la toxicidad del GO-Phe o del GO-Cd2+ a dosis elevadas podría atribuirse a la bioacumulación promovida de los tóxicos por el GO, ya que se observó la adhesión de los complejos de GO al tracto intestinal de A. salina durante las pruebas de toxicidad, lo que probablemente dio lugar a efectos toxicológicos adicionales.

Toxicidad y aplicaciones medioambientales de los nanomateriales basados en el grafeno

El grafeno puede encontrarse en forma pura o como derivados del grafeno; ambas formas se conocen como nanopartículas basadas en el grafeno (GNP). Estos derivados del grafeno incluyen el óxido de grafeno (GO), el GO reducido, los nanocompuestos de GNP-polímero y los híbridos de GNP-metal. Estas modificaciones de las nanopartículas de grafeno pueden dar lugar a nanomateriales o nanocompuestos con propiedades diferentes y novedosas, como las antimicrobianas, las adsorbentes y las catalíticas. Como antimicrobianos, las GNP pueden utilizarse en aplicaciones medioambientales y médicas. En la aplicación medioambiental, como antimicrobiano, las partículas de GNPs han demostrado que inactivan tanto los cultivos puros como las comunidades microbianas de las aguas residuales. Cuando se utilizan los GNP como recubrimientos en dispositivos médicos o membranas de tratamiento de aguas, la superficie inhibe la supervivencia microbiana y el crecimiento de biopelículas. Aparte de las aplicaciones antimicrobianas, las GNP también se han utilizado como adsorbentes, debido a su gran superficie y a la presencia de grupos funcionales. Estos GNPs tienen la capacidad de eliminar tanto metales pesados como contaminantes orgánicos del agua. Además, las GNP pueden servir como semiconductores para aumentar la eficiencia de los sistemas fotocatalíticos y electrocatalíticos, que pueden utilizarse para inactivar microorganismos y degradar sustancias químicas orgánicas en el agua. Los numerosos usos y aplicaciones de los GNP conducirán inevitablemente a su paso por el medio ambiente a través de los subproductos y residuos de la fabricación, así como de la intemperie de los productos comerciales que contienen nanomateriales basados en GNP. Los GNP son bioactivos y pueden afectar al medio ambiente. Aunque los GNP pueden ser extremadamente útiles, debemos encontrar un término medio entre la toxicidad y las aplicaciones para minimizar los riesgos para el ecosistema.

Potencial toxicidad del óxido de nano-grafeno en células de callo de Plantago major L. bajo deshidratación inducida por polietilenglicol

Los nanomateriales basados en el grafeno han mostrado un gran potencial para mejorar el rendimiento de las plantas en diversos contextos. Sin embargo, el aumento de su aplicación en los últimos años ha suscitado la preocupación por sus potenciales riesgos biológicos y medioambientales, lo que justifica consideraciones de optimización y evaluación de la seguridad. El presente estudio se llevó a cabo para explorar los impactos potenciales del óxido de nano-garfeno (NGO) en varias concentraciones (100-800 µg mL-1) sobre las respuestas morfológicas, fisiológicas y bioquímicas de los cultivos de callos de Plantago major L. en condiciones normales y de estrés por sequía inducido por polietilenglicol. Los callos derivados de las hojas en el medio tratado con ½ MS y polietilenglicol mostraron una disminución de la tasa de crecimiento relativo (78,5%), del valor del potencial osmótico (48,2%) y un aumento del contenido de materia seca (35,1%) y de H2O2 (54,2%) en la concentración más alta de ONG empleada en comparación con el control (p < 0,05). La ONG empleada afectó también a los contenidos de metabolitos secundarios y aminoácidos en condiciones normales de disponibilidad de agua: a 800 µg mL-1, la ONG aumentó significativamente los contenidos de fenoles totales (40,9%) y flavonoides (35,3%), pero redujo significativamente el contenido de prolina (26,9%) en comparación con el control respectivo. El índice del marcador biológico integrado (IBR/n) para las actividades de las enzimas antioxidantes (SOD, CAT, POD y APX) fue influenciado diferencialmente por los tratamientos experimentales. En general, los resultados demostraron que la ONG puede afectar positivamente al rendimiento de las células de P. major L. calli cuando se aplica a concentraciones específicas, y proporcionan información útil para los estudios posteriores sobre la evaluación de la fitotoxicidad de la ONG.

Análisis de la toxicidad del grafeno recubierto de poli(sodio-4-estirenosulfonato) en células HMEC-1 en condiciones dinámicas que imitan el flujo sanguíneo

Se ha demostrado que el grafeno tiene un gran potencial en aplicaciones médicas. El objetivo de este estudio es evaluar la toxicidad del grafeno sobre las células endoteliales microvasculares humanas (HMEC-1) en condiciones de flujo que imitan la circulación sanguínea. El grafeno se preparó por el método de exfoliación electroquímica y se conjugó con poli(sodio-4-estirenosulfonato) (PSS) para mejorar su hidrofilia y comportamiento de dispersión. En condiciones de crecimiento celular estático, 80 mg ml-1 de grafeno redujeron la viabilidad celular al 60% del control. Se observó que el grafeno se agregaba a la superficie celular al interactuar con los filopodios. En cambio, el grafeno aplicado a las células en condiciones de flujo no mostró una influencia negativa significativa en las células, independientemente de la concentración de grafeno, el tiempo de incubación y la fuerza de cizallamiento ejercida. El grafeno también mostró una menor toxicidad hacia las células en un cultivo fluido que los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) y el negro de humo. En conjunto, estos resultados sugieren que la interacción prolongada del grafeno con la superficie celular es fundamental para provocar daños en las células. La menor toxicidad circulatoria del grafeno en comparación con los MWCNT y el negro de humo también sugiere que el grafeno es más adecuado para su uso en sistemas de administración de fármacos.

Toxicidad bioquímica, estabilidad de la membrana lisosómica y daños en el ADN inducidos por el óxido de grafeno en lombrices de tierra

Con la creciente producción y uso de nanomateriales de carbono (NCM), el riesgo de su liberación al medio ambiente ha llamado mucho la atención. Sin embargo, aún no se ha evaluado sistemáticamente su efecto potencial sobre los invertebrados del suelo. En este caso, se investigaron a fondo los efectos tóxicos del óxido de grafeno (GO) sobre las lombrices de tierra (Eisenia fetida). La exposición a diferentes dosis de GO (0, 5, 10, 20 y 30 g kg-1) se realizó durante 7, 14, 21 y 28 días. Los resultados mostraron que la actividad enzimática se estimuló en las primeras etapas de la exposición (7 y 14 días) y se inhibió después de 14 días para la catalasa (CAT) y después de 21 días para la peroxidasa (POD) y la superóxido dismutasa (SOD), especialmente a altas dosis de GO. El contenido de MDA mostró una tendencia creciente a lo largo de todo el periodo de exposición y fue significativamente elevado por el GO a partir de los 21 días, excepto a la dosis de 5 g kg-1 en el día 21. La estabilidad de la membrana lisosomal y el daño al ADN presentaron relaciones dependientes de la dosis y del tiempo. El óxido de grafeno disminuyó notablemente la estabilidad de la membrana lisosomal, excepto en la dosis de 5 g kg-1 en el día 7. El porcentaje de ADN de la cola, la longitud de la cola y el momento de la cola de oliva aumentaron con el incremento de la dosis de GO a lo largo de la duración de la exposición, alcanzando los valores máximos al final de la exposición (28 días). Estos resultados sugieren que el GO induce el estrés oxidativo y la genotoxicidad en Eisenia fetida, dando lugar a la peroxidación de lípidos, la disminución de la estabilidad de la membrana lisosomal y el daño del ADN. Por lo tanto, se debe prestar atención a la contaminación potencial y al riesgo asociado a la aplicación del óxido de grafeno. Los resultados pueden proporcionar información valiosa para la evaluación de la seguridad medioambiental de los nanomateriales de grafeno en el suelo.

Nanofabricación de puntos cuánticos de grafeno con alta toxicidad contra los mosquitos de la malaria, el Plasmodium falciparum y las células cancerosas MCF-7: Impacto en la depredación de renacuajos, ninfas de odonatos y peces mosquito no objetivo

Recientemente se ha puesto de manifiesto una conexión ignorada entre la actividad de picadura de los mosquitos Anopheles y la propagación del cáncer. Las excelentes propiedades físico-químicas de los puntos cuánticos de grafeno (GQD) los convierten en un candidato idóneo para aplicaciones biomédicas. Nos centramos en la toxicidad de los GQDs contra Plasmodium falciparum y su vector Anopheles stephensi, y su impacto en la depredación de los mosquitos depredadores no objetivo. Los métodos biofísicos, que incluyen espectroscopia UV-vis, de fotoluminiscencia, FTIR y Raman, análisis XRD y TEM, confirmaron la eficacia de la nanosíntesis de GQDs. La CL50 contra A. stephensi osciló entre 0,157 (larva I) y 6,323 ppm (pupa). La actividad antiplasmódica de los GQDs se evaluó contra cepas de P. falciparum resistentes a la CQ (CQ-r) y sensibles a la CQ (CQ-s). La IC50 fue de 82,43 (CQ-s) y 85,17 μg/ml (CQ-r). Los experimentos in vivo realizados con ratones albinos infectados por Plasmodium berghei mostraron una actividad moderada de los GQD en comparación con la cloroquina. En cuanto a los efectos no objetivo, la eficiencia de depredación de Gambusia affinis, Anax immaculifrons y Hoplobatrachus tigerinus tras el tratamiento con GQDs aumentó. Por último, los GQDs fueron tóxicos contra las líneas celulares de cáncer de mama MCF-7 con un IC50 = 24,81 μg/ml, desencadenando la apoptosis en las células tratadas. En general, destacamos el potencial polivalente de los GQDs para el desarrollo de nuevos fármacos en la lucha contra los vectores Anopheles, los parásitos Plasmodium y las células de cáncer de mama

Dimensión lateral y aminofuncionalización en la balanza para evaluar la toxicidad unicelular del grafeno en quince tipos de células inmunitarias

Dada la gran variedad de aplicaciones potenciales del óxido de grafeno (GO), su consiguiente liberación en el medio ambiente plantea serias dudas sobre su seguridad. La futura producción y explotación del grafeno en los años venideros deberá guiarse por sus características químico-físicas específicas. El potencial sin parangón de la citometría de masas de una sola célula (CyTOF) para diseccionar con alta dimensionalidad los efectos inmunológicos específicos de los nanomateriales, representa un punto de inflexión en la nanotoxicología. Nos ayuda a identificar el grafeno seguro en términos de propiedades físico-químicas y, por tanto, a dirigir su futura producción segura.

Aquí presentamos un estudio de altas dimensiones para evaluar dos parámetros históricamente señalados como claves para la explotación segura: la funcionalización y la dimensión. El papel de la dimensión lateral y la amino-funcionalización del GO en su impacto inmunológico fueron aquí evaluados como actores sinérgicos. Para ello, diseccionamos los efectos del GO, caracterizado por un tamaño lateral grande o pequeño (GO 1,32 μm y GO 0,13 μm, respectivamente), y su homólogo amino-funcionalizado (GONH2 1,32 μm y GONH2 0,13 μm, respectivamente) sobre quince tipos celulares de células mononucleares primarias de sangre periférica humana (PBMCs).

Describimos cómo el tamaño posterior más pequeño no sólo evoca una pronunciada toxicidad sobre el conjunto de PBMCs en comparación con los GOs más grandes, sino también hacia las distintas subpoblaciones de células inmunes, en particular sobre los monocitos no clásicos, las células dendríticas plasmocitoides (pDCs), las células asesinas naturales (NKs) y las células B. La aminofuncionalización fue capaz de mejorar la biocompatibilidad de monocitos clásicos y no clásicos, pDCs, NKs y células B. El análisis detallado de las células individuales reveló además una compleja interacción de todos los GOs con las células inmunitarias, y en particular con las subpoblaciones de monocitos, con diferente potencia según sus propiedades fisicoquímicas. En general, mediante la elaboración de perfiles de alta dimensión, nuestro estudio demuestra que la dimensión lateral es un factor importante que modula las células inmunitarias y, en concreto, la activación de los monocitos, pero una adecuada funcionalización de la superficie es la característica dominante en sus efectos inmunitarios. En particular, la amino-funcionalización puede modificar críticamente el impacto del grafeno amortiguando la activación de las células inmunes. Nuestro estudio puede servir de guía para la futura y amplia producción y uso del grafeno en nuestra vida cotidiana.

Fe de erratas: Propiedades físico-químicas basadas en la toxicidad diferencial del óxido de grafeno/óxido de grafeno reducido en células pulmonares humanas mediadas por el estrés oxidativo

La versión original de este artículo contenía un error tipográfico en el resumen.

"Los derivados del grafeno (GD) se están evaluando actualmente para aplicaciones tecnológicas y biomédicas debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas respecto a otros alótropos del carbono, como los nanotubos de carbono (CNT)."

dice ahora:

"Los derivados del grafeno (GD) se están evaluando actualmente para aplicaciones tecnológicas y biomédicas debido a sus propiedades físico-químicas únicas sobre otros alótropos del carbono, como los nanotubos de carbono (CNT)."

Efecto ameliorante de las nanohojas de grafeno contra la toxicidad inducida por el arsénico en ratones mediante exposición oral

El arsénico es un contaminante ambiental altamente tóxico que abunda en las aguas de todo el mundo. Estudios anteriores han indicado que la toxicidad del arsénico puede verse afectada por la coexposición a sustancias químicas. El grafeno, un prometedor nanomaterial bidimensional, ha recibido una gran atención en los últimos años. Debido a la amplia aplicación del grafeno, su coexposición con el arsénico aumenta considerablemente. Sin embargo, se dispone de poca información sobre la toxicidad combinada del grafeno y el arsénico. Este estudio tenía como objetivo investigar los efectos del grafeno en la toxicidad inducida por el arsénico mediante la exposición oral en ratones. Los resultados mostraron que la adición de grafeno redujo significativamente la toxicidad del arsénico en el intestino y el hígado de los ratones, y el grafeno de alta concentración mostró mayores efectos de reducción de la toxicidad. El grafeno redujo significativamente la biodisponibilidad del arsénico debido a su capacidad de adsorción y a su estructura espacial. Además, el grafeno adherido al tracto intestinal también puede impedir que el arsénico atraviese libremente el epitelio intestinal. Por otra parte, el grafeno también afectó a la toxicidad del arsénico a través de una mayor transformación del metabolismo al cambiar la microbiota intestinal. Este estudio proporciona una comprensión completa de la toxicidad combinada del grafeno y el arsénico.

La fototransformación del óxido de grafeno en presencia de iones metálicos coexistentes reguló su toxicidad para las algas de agua dulce

Las láminas de óxido de grafeno (GO) son inestables en entornos acuosos, y se investigó el efecto de la fototransformación en la toxicidad del GO para las algas de agua dulce (Chlorella pyrenoidosa). Nuestros resultados demostraron que el GO se sometió a una foto-reducción bajo la irradiación de luz solar durante 25 días, y la transformación se completó generalmente en el día 8. La investigación toxicológica mostró que la irradiación de luz solar de 8 días aumentó significativamente la inhibición del crecimiento del GO (25 mg/L) en las células de las algas en un 11,2%, debido a un mayor estrés oxidativo y a un mayor daño de la membrana. Se produjeron especies de bajo peso molecular (LMW) durante la transformación del GO durante 8 días, y se identificaron como dos tipos de compuestos aromáticos, que desempeñaron un papel crucial en el aumento de la toxicidad. Se investigó además la toxicidad combinada del GO y los iones Cu2+ antes y después de la irradiación de luz. Se observó un efecto antagónico entre la toxicidad del GO prístino y los iones Cu2+ coexistentes. Después de la co-irradiación del GO y los iones Cu2+ durante 8 días, su toxicidad combinada fue inesperadamente menor o insignificante en comparación con los tratamientos del GO prístino, o del GO prístino en presencia de iones Cu2+. Se revelaron dos mecanismos para este hallazgo: (1) los iones Cu2+ suprimieron la fototransformación del GO; (2) la toxicidad de los iones Cu2+ libres disminuyó a través de la adsorción/retención de iones Cu2+ y la formación de nanopartículas basadas en el Cu (por ejemplo, Cu2O y Cu2S) en el GO fototransformado. Los datos proporcionados son útiles para comprender mejor el proceso ambiental y el riesgo del GO en condiciones naturales.

Compuesto sintetizado de β-ciclodextrina modificada con óxido de grafeno (β-CD-GO) para la adsorción de cadmio y su perfil de toxicidad en líneas celulares de cáncer cervical (HeLa).

En el presente estudio, se construyó un material compuesto utilizando β-ciclodextrina/óxido de grafeno (β-CD-GO) y luego se aplicó con el propósito de eliminar el cadmio (Cd) de la solución acuosa. El material compuesto β-CD-GO sintetizado se sometió a continuación a la caracterización mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). El estudio por lotes se realizó con el fin de eliminar el Cd(II). Los resultados del estudio revelaron que el material compuesto β-CD-GO demostró una alta capacidad de adsorción de 196 mg/g de Cd(II) a pH 7,0. Además, la adsorción de Cd(II) en el β-CD-GO siguió una cinética de pseudo segundo orden y datos de adsorción de equilibrio, que se ajustaron bien al modelo de isoterma de Langmuir. La evaluación de la toxicidad del material compuesto β-CD-GO sintetizado se realizó mediante el examen de las líneas celulares de cáncer de cuello uterino (HeLa). El aumento de la concentración del material compuesto de β-CD-GO (de 50 μg a 200 μg) conduce a una disminución del porcentaje de viabilidad celular del 74 % al 25 %. Este estudio ha sugerido que el β-CD-GO podría desempeñar una fuente eficiente y beneficiosa del adsorbente con el fin de eliminar el Cd(II) de la solución acuosa.

SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DEL ÓXIDO DE GRAFENO REDUCIDO PEGILADO: DETERMINACIÓN DE LA TOXICIDAD MEDIANTE CÉLULAS MADRE MESENQUIMALES DE MÉDULA ÓSEA

El grafeno es una nueva clase de nanomaterial basado en el carbono que tiene varias características físico-químicas únicas. Estas propiedades se están explotando en el campo biomédico, especialmente en la terapia regenerativa con células madre. Debido a su mayor resistencia mecánica, su capacidad para inducir la diferenciación y proliferación de las células madre y sus propiedades antibacterianas, se utiliza como revestimiento de andamios de ingeniería tisular. Sin embargo, la literatura sobre la biocompatibilidad del grafeno es escasa. El objetivo de este estudio es sintetizar óxido de grafeno reducido con PEG (PrGO) y evaluar su biocompatibilidad en células madre mesenquimales de médula ósea (MSCs). El PrGO se sintetizó por reducción del óxido de grafeno y se caracterizó mediante TEM, SAED, AFM, XPS, espectroscopia Raman y FTIR. Las MSCs se sometieron a una caracterización para evaluar su capacidad de crecimiento. Las MSCs caracterizadas fueron expuestas a diferentes concentraciones de PrGO y se realizó el ensayo MTT. Se comprobó que el PEG se recubrió con éxito sobre el rGO y las MSC mantuvieron su capacidad de crecimiento in vitro. Además, se comprobó que el PrGO era biocompatible y aumentaba la proliferación de las MSC. En conclusión, el PrGO sintetizado internamente resultó ser no tóxico cuando se expuso a las MSC. Este estudio puede ayudar a diseñar PrGO para aplicaciones biomédicas seguras.

El óxido de grafeno induce una toxicidad dependiente de la señalización canónica Wnt/β-catenina en Caenorhabditis elegans

Los posibles efectos adversos del óxido de grafeno (GO) en los organismos han recibido gran atención. Sin embargo, los mecanismos moleculares subyacentes de la respuesta a la exposición al GO siguen siendo poco claros. La señalización canónica Wnt/β-catenina es una señalización evolutivamente conservada y desempeña un papel clave en el desarrollo. Utilizando el sistema de ensayo de Caenorhabditis elegans, investigamos la posible participación de la vía de señalización canónica Wnt/β-catenina en la regulación de la respuesta a GO. La exposición al GO causó el daño en las funciones de los órganos primarios y secundarios objetivo mediante la desregulación de la expresión de β-catenina BAR-1, APR-1 y GSK-3 en el complejo APC, las proteínas Dishevelled de DSH-1, y DSH-2, y los receptores Frizzled de MOM-5 y CFZ-2 en la vía de señalización Wnt/β-catenina. Basándonos en la evidencia genética, planteamos además una cascada de señalización de MOM-5/CFZ-2-DSH-1/DSH-2-APR-1/GSK-3-BAR-1 en la vía de señalización Wnt/β-catenina en la regulación de la toxicidad del GO. La proteína homeobox EGL-5, una importante diana de la señalización Wnt/β-catenina, reguló la toxicidad del GO modulando la expresión de los genes necesarios para el control del estrés oxidativo. Además, la β-catenina BAR-1 actuó en paralelo con la insulina o la señalización de p38 MAPK para regular la toxicidad del GO. Por lo tanto, nuestros resultados sugieren la función crucial de la vía de señalización Wnt/β-catenina en la regulación de la toxicidad del GO en los organismos.

Resumen gráfico

En este estudio, encontramos que el óxido de grafeno (GO) podría potencialmente desregular la señalización del desarrollo mediada por Wnt/β-catenina. Además, se planteó una cascada de señalización de MOM-5/CFZ-2-DSH-1/DSH-2-APR-1/GSK-3-BAR-1 en la vía de señalización canónica Wnt/β-catenina que se requiere para el control de la toxicidad del GO, que puede funcionar en paralelo con la vía de señalización de la insulina o de la p38 MAPK.

Los ligandos Wnt regulan diferencialmente la toxicidad y la translocación del óxido de grafeno a través de diferentes mecanismos en Caenorhabditis elegans

En este estudio, investigamos la posible implicación de las señales Wnt en el control de la toxicidad del óxido de grafeno (GO) utilizando el sistema de ensayo in vivo de Caenorhabditis elegans. En los nematodos, los ligandos Wnt, CWN-1, CWN-2 y LIN-44, resultaron estar implicados en el control de la toxicidad del GO. La mutación de los genes cwn-1 o lin-44 indujo una propiedad resistente a la toxicidad del GO y dio lugar a la disminución de la acumulación del GO en el cuerpo de los nematodos, mientras que la mutación del gen cwn-2 induce una propiedad susceptible a la toxicidad del GO y una mayor acumulación del GO en el cuerpo de los nematodos. Los ensayos de interacción genética demostraron que la mutación de cwn-1 o lin-44 era capaz de suprimir la susceptibilidad a la toxicidad del GO mostrada en los mutantes cwn-2. Las mutaciones de pérdida de función en estos tres genes de ligandos Wnt provocaron la resistencia de los nematodos a la toxicidad del GO. Además, los ligandos Wnt podrían regular de forma diferencial la toxicidad y la translocación del GO a través de distintos mecanismos. Estos hallazgos podrían ser importantes para entender la función de las señales Wnt en la regulación de la toxicidad de los nanomateriales ambientales.

Evaluación de la toxicidad del óxido de grafeno funcionalizado con ginsenósido Rh2, lisina y arginina sobre células cancerosas de la sangre (K562), glóbulos rojos, coagulación sanguínea y tejido cardiovascular: Estudios in vitro e in vivo

En este estudio se evaluó la toxicidad sanguínea y cardiovascular del óxido de grafeno tratado con Rh2 (GO-Rh2), el óxido de grafeno tratado con lisina (GO-Lys), el GO tratado con arginina (GO-Arg), el GO-Lys tratado con Rh2 (GO-Lys-Rh2) y el GO-Arg tratado con Rh2 (GO-Arg-Rh2). Se inyectaron a las ratas dos concentraciones de cada nanoestructura (200 y 1000 µg/ml). Después de 2 semanas, se evaluaron los efectos de los agentes en el tejido cardíaco mediante ensayos histopatológicos. La citotoxicidad de todas las nanoestructuras diseñadas se investigó en las células cancerosas de la sangre (K562) mediante el ensayo MTT. También se investigó la toxicidad de las nanoestructuras diseñadas en los glóbulos rojos (RBCs), el tiempo de protrombina (PT) y el tiempo parcial de tromboplastina (PTT). Los resultados demostraron un aumento de la actividad anticancerígena para GO-Arg-Rh2 y GO-Lys-Rh2 en comparación con el Rh2 libre y el GO. El GO, el GO-Rh2, el GO-Lys, el GO-Arg, el GO-Lys-Rh2 y el GO-Arg-Rh2 presentaron un 50% de hemólisis a concentraciones de 250, 360, 420, 435, 500 y 575 µg/ml, respectivamente. El GO provocó la agregación de los glóbulos rojos y un cambio morfológico a 5-100 µg/ml, pero otras nanoestructuras funcionalizadas no mostraron estos cambios. Todas las nanoestructuras tuvieron un ligero efecto en el sistema de coagulación intrínseco y extrínseco, especialmente en el PTT. El GO-Arg-Rh2 y el GO-Lys-Rh2 tuvieron un efecto menor en el sistema de coagulación sanguínea en comparación con otros nanosistemas examinados. Además, el GO-Rh2, el GO-Arg-Rh2 y el GO-Lys-Rh2 tuvieron una menor toxicidad en el tejido cardíaco que otras nanoestructuras sintetizadas. La funcionalización del GO con Arg, Lys y, sobre todo, Rh2 condujo a la disminución de la destrucción del tejido cardíaco. Así pues, el GO modificado con Rh2 y aminoácidos básicos puede ser una estrategia potencial y prometedora para mejorar el índice terapéutico del GO debido a la reducción de los efectos secundarios en las células normales.

La respuesta inmunitaria es necesaria para controlar la translocación in vivo y la toxicidad crónica del óxido de grafeno

El óxido de grafeno (GO) es muy prometedor como nanomaterial para aplicaciones médicas; sin embargo, el mecanismo de sus efectos adversos a largo plazo sigue siendo poco claro. Aquí mostramos que la exposición crónica al GO no sólo causó daños en la función de los órganos primarios y secundarios a los que se dirige, sino que también indujo una grave acumulación de alimentos microbianos patógenos (OP50) en el intestino de Caenorhabditis elegans, un sistema de ensayo de toxicidad alternativo no mamífero. El GO acumulado en el intestino pudo co-localizarse en gran medida con el OP50 e indujo una disminución de la respuesta inmunitaria de los animales. En cambio, la alimentación con OP50 tratado con UV suprimió la toxicidad y la acumulación de GO en el intestino y mantuvo la respuesta inmunitaria relativamente normal de los animales. La grave acumulación de OP50 en el intestino podría deberse en parte a los daños causados por el GO en el desarrollo y la función de las neuronas AVL y DVB que controlan el comportamiento defecatorio. La reducción de la toxicidad crónica del GO mediante la modificación de la superficie de PEG se debió en gran medida a la inhibición de la acumulación de OP50 en el intestino y al mantenimiento de la respuesta inmunitaria normal. Nuestros resultados ponen de relieve el papel clave de la inmunidad innata en la regulación de la toxicidad crónica del GO in vivo, lo que será útil para nuestra comprensión de las interacciones entre los nanomateriales y los sistemas biológicos durante el desarrollo a largo plazo de los animales

Eliminación por adsorción de iones de metales pesados utilizando nanomateriales basados en grafeno: Toxicidad, papel de los grupos funcionales y mecanismos

La incesante introducción de metales pesados tóxicos a través de la industrialización ha empeorado la contaminación por metales pesados en el medio ambiente. Por lo tanto, la necesidad de su eliminación efectiva se ha vuelto más crucial que antes. Los estudios sobre los nanomateriales basados en el grafeno y su uso en la eliminación de metales pesados están ganando una enorme tracción en la última década. Las propiedades del óxido de grafeno (GO), como las grandes áreas superficiales, los grupos funcionales deseados y las excelentes propiedades mecánicas son ventajosas. Sin embargo, debido a su tendencia a la aglomeración y a la dificultad para la separación de fases tras el tratamiento, la funcionalización del GO utilizando varios materiales de diferentes grupos funcionales superficiales es un estudio en curso. La modificación de la superficie del GO se realiza mediante el uso de varios materiales para introducir heteroátomos, que tienen una alta afinidad por los metales pesados. Esta revisión resume la utilización de diferentes grupos funcionales superficiales, como los compuestos de óxido de grafeno funcionalizados que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre, en la adsorción de metales pesados catiónicos y oxianiónicos. También se aborda la toxicidad de estos metales pesados. Además, se discuten en detalle las interacciones entre los adsorbentes y los metales pesados, que están influenciadas por el pH y los grupos funcionales de la superficie. A continuación, se revisan las isotermas y la cinética de adsorción. También se ofrecen las necesidades futuras de investigación.

Interacciones del óxido de grafeno con cationes de metales pesados coexistentes: adsorción, propiedades coloidales y toxicidad conjunta

Para encontrar la relación entre la adsorción superficial, la estabilidad coloidal y la toxicidad conjunta del óxido de grafeno (GO) y los cationes metálicos pesados divalentes (denotados como Me(II)), se ha estudiado la afinidad de adsorción del GO y las bacterias hacia los Me(II) (es decir, Cd2+, Co2+ y Zn2+), la capacidad desestabilizadora del Me(II) sobre el GO, y los efectos combinados del GO y el Me(II) sobre la supervivencia de las bacterias Gram-negativas Escherichia coli (E. coli) y Gram-positivas Staphylococcus aureus (S. aureus) fueron investigados. Los resultados muestran que la capacidad desestabilizadora del Me(II) es consistente con su afinidad de adsorción con el GO, que está positivamente correlacionada con el radio iónico del Me(II) y negativamente con el espesor de la cáscara de hidratación del Me(II). Además, la afinidad de adsorción de las bacterias hacia el Me(II) está correlacionada negativamente con la toxicidad del Me(II). Las razones que causan la disminución de la toxicidad conjunta del GO y el Me(II) son (1) el GO disminuye la cantidad de iones libres de Me(II) por adsorción; (2) el Me(II) cambia el tamaño y la nitidez de los bordes del GO por complejación; (3) el GO compite con el Me(II) por los sitios de unión de los receptores de membrana; (4) los complejos GO-Me(II) no pueden ser asimilados por las bacterias; (5) el Me(II) cambia las propiedades de la superficie del GO y de las bacterias, afectando en consecuencia a sus interacciones. Estos hallazgos son importantes para la evaluación del riesgo ecológico del GO después de su uso como portador de iones de metales pesados.

El ácido glicirrícico, componente activo de Glycyrrhizae radix, previene la toxicidad del óxido de grafeno al influir en las funciones de los microARN en el nematodo Caenorhabditis elegans

Se investigaron los efectos del pretratamiento con Glycyrrhizae radix (GR) o sus componentes específicos sobre la toxicidad del óxido de grafeno (GO) en Caenorhabditis elegans. El pretratamiento con GR evitó la toxicidad del GO en la función de los órganos primarios y secundarios. Entre los componentes activos de la RG, los efectos beneficiosos de la RG eran atribuibles a la presencia del ácido glicirrícico. El pretratamiento con ácido glicirrícico suprimió la translocación del GO a los órganos secundarios a través de la barrera intestinal. El pretratamiento con ácido glicirrícico recuperó los patrones de expresión de los microRNAs (miRNAs) desregulados inducidos por el GO, y los genes necesarios para el control del estrés oxidativo actuaron como genes objetivo para algunos de estos miRNAs. Entre estos miRNAs, la mutación mir-360 potenció los efectos beneficiosos del ácido glicirrícico. Nuestra hipótesis es que el ácido glicirrícico puede prevenir la toxicidad y la translocación de GO al influir en las funciones de los miRNAs que regulan las funciones de sus genes objetivo. Además, el ácido glicirrícico tiene el potencial de extender la vida útil y suprimir el proceso de envejecimiento acelerado inducido por el GO.

Estudios de toxicidad aguda ampliada y farmacología de seguridad para formulaciones de nanopartículas de grafeno funcionalizadas administradas por vía intravenosa

Las dispersiones de nanopartículas de grafeno muestran un inmenso potencial como agentes multifuncionales para aplicaciones biomédicas in vivo. En este trabajo, seguimos las directrices reguladoras de los productos farmacéuticos que recomiendan la evaluación de la farmacología de seguridad al menos 10 - 100 veces superior a la dosis terapéutica prevista, y presentamos resultados exhaustivos de respuesta a la dosis única, toxicología aguda ampliada, toxicocinética y farmacología de seguridad respiratoria/cardiovascular para formulaciones de nanoplaquetas de óxido de grafeno recubiertas de dextrano (GNP-Dex) administradas por vía intravenosa a ratas a dosis entre 1 y 500 mg/kg. Nuestros resultados indican que la dosis máxima tolerable (DMT) de GNP-Dex está entre 50 mg/kg ≤ DMT < 125 mg/kg, la vida media en sangre < 30 min, y la mayoría de las nanopartículas se excretan en 24 h a través de las heces. Se observaron cambios histopatológicos a ≥250 mg/kg en el corazón, el hígado, el pulmón, el bazo y el riñón; no encontramos cambios en el cerebro ni efectos relacionados con el GNP-Dex en los parámetros cardiovasculares o los factores hematológicos (paneles sanguíneos, lipídicos y metabólicos) a dosis < 125 mg/kg. Los resultados abren vías para la realización de estudios preclínicos pivotantes de seguridad en dosis únicas y repetidas, siguiendo las buenas prácticas de laboratorio (BPL) exigidas por las agencias reguladoras para la solicitud de nuevos fármacos en investigación (IND).

Toxicidad del óxido de grafeno reducido modificado por metales en microalgas: Efecto de las propiedades superficiales de las células de las algas y de los nanomateriales

Estudios anteriores informaron de que las diferencias en la toxicidad del óxido de grafeno reducido (rGO) modificado por nanopartículas metálicas (NPs) se debían principalmente a los iones metálicos liberados, mientras que el impacto de las propiedades de la superficie celular y las características de los nanocompuestos de rGO en los efectos tóxicos rara vez se han tenido en cuenta. En este estudio, investigamos las toxicidades de seis nanocompuestos de rGO (rGO-Au, rGO-Ag, rGO-Pd, rGO-Fe3O4, rGO-Co3O4, rGO-SnO2) en dos algas (Scenedesmus obliquus y Chlamydomonas reinhardtii) con el objetivo de evaluar el papel de las propiedades superficiales en los diferentes efectos tóxicos. Los resultados mostraron que C. reinhardtii era sensible al nanocompuesto de rGO, pero no se observó ningún efecto adverso evidente en S. obliquus. Además, diferentes nanocompuestos de rGO mostraron diversos efectos tóxicos en C. reinhardtii. A continuación, se caracterizaron las propiedades de la superficie celular de las algas y de los nanocompuestos de rGO. Las células con abundantes grupos funcionales y superficies hidrofóbicas mostraron más adsorción de metales e interacciones con los nanomateriales. Además, las heterointerfaces y los iones liberados de los nanocompuestos de rGO provocaron diversas toxicidades al interferir en las interacciones con las células de las algas. Sin embargo, las propiedades de la superficie de las algas fueron los principales factores que determinaron los diferentes efectos tóxicos entre las especies de algas. Este estudio subraya la importancia de las propiedades superficiales en el proceso de evaluación de la toxicidad.

Relaciones estructura-propiedad-otoxicidad del óxido de grafeno: El papel de la química superficial en los mecanismos de interacción con las bacterias

El óxido de grafeno (GO) es un agente antimicrobiano con una química superficial ajustable. Para identificar los determinantes fisicoquímicos de la actividad antimicrobiana del GO, generamos diferentes materiales de GO de Hummer modificados y recocidos térmicamente a 200, 500 u 800 °C (TGO200, TGO500 y TGO800, respectivamente) para modificar los grupos de oxígeno de la superficie del material. Los ensayos de recubrimiento muestran que el GO recibido (ARGO) y el TGO200, TGO500 y TGO800 reducen la viabilidad de Escherichia coli en un 50% (EC50) a 183, 143, 127 y 86 μg/mL, respectivamente, lo que indica una mayor toxicidad bacteriana a medida que se reduce el ARGO. Para descubrir el mecanismo de toxicidad del GO, se utilizaron ensayos basados en tintes fluorescentes para medir el estrés oxidativo en la EC50. El ARGO mostró un aumento de las especies reactivas del oxígeno intracelular, medido como un aumento de la fluorescencia del diacetato de 2′,7′-diclorodihidrofluoresceína, mientras que el TGO500 y el TGO800 indujeron un aumento de la fluorescencia del diacetato de fluoresceína (FDA) en un 30 y un 42%, lo que sugiere una disminución de la permeabilidad celular. Debido a un posible mecanismo de envoltura, se llevaron a cabo ensayos de formación de colonias tras la sonicación posterior a la exposición para explicar la baja respuesta oxidativa de TGO y los altos niveles de FDA. Los resultados no muestran diferencias en las unidades formadoras de colonias, lo que indica que la inhibición del crecimiento celular es resultado de la adsorción de las células bacterianas en el material GO. Al comparar diferentes muestras de GO con su EC50, este estudio revela que la reducción del GO altera tanto los mecanismos de interacción celular como el grado de toxicidad para las bacterias.

Estudio del mecanismo de toxicidad del óxido de grafeno para Daphnia magna: Relación directa entre la bioacumulación y el estrés oxidativo

El óxido de grafeno (GO) posee una aplicabilidad versátil y una alta hidrofilia, por lo que puede tener un contacto frecuente con los organismos acuáticos. Sin embargo, los riesgos ecológicos del GO en los ecosistemas acuáticos siguen siendo en gran medida inexplorados en la actualidad. Este estudio evaluó los efectos toxicológicos completos del GO en Daphnia magna, una especie clave en el ecosistema de agua dulce. Los resultados revelaron toxicidades agudas no severas, incluyendo inmovilidad (72 h EC50: 44,3 mg/L) y mortalidad (72 h LC50: 45,4 mg/L), del GO en D. magna. Para comprender el mecanismo subyacente de la exposición al GO, se correlacionaron los cambios en la superóxido dismutasa (SOD) y la peroxidación lipídica (LPO) de D. magna expuesta al GO, lo que reveló un elevado estrés oxidativo mediado por el GO y daños, especialmente en los grupos de exposición de larga duración y de alta dosis. Las observaciones de la fluorescencia in vivo marcada con 2′, 7′-diclorofluorescina demostraron además que las especies reactivas de oxígeno se concentraban en las tripas de las dafnias, lo que se correspondía con el alto nivel de bioacumulación (5 mg/L, carga corporal de 24 h: 107,9 g/kg) del GO en las tripas de las dafnias. Sin embargo, la depuración del GO de las dafnias no fue difícil. Las dafnias liberaron casi todo el GO en las 24 horas siguientes a su traslado al agua limpia. Estos resultados sugieren, por tanto, que el GO puede acumularse e inducir un importante estrés oxidativo en el intestino de D. magna, mientras que D. daphnia también puede aliviar la toxicidad aguda depurando el GO.

El agua ambiental y la irradiación con luz visible provocan cambios en la morfología, la estructura, la química superficial, la agregación y la toxicidad del grafeno

Los comportamientos y riesgos ambientales asociados al grafeno han atraído una atención considerable. Sin embargo, aún se desconocen los efectos fundamentales del agua ambiental y la irradiación de luz visible sobre las propiedades y la toxicidad del grafeno. Este trabajo reveló que la hidratación y la irradiación provocan la transformación del grafeno de hoja grande en grafeno de cinta larga. El grosor del grafeno tratado disminuyó y se formaron óxidos mediante la generación de oxígeno singlete. Además, la hidratación y la irradiación dieron lugar a un mayor desorden en la estructura del grafeno y a la ampliación del espacio d de la estructura debido a la introducción de moléculas de agua y a la modificación de los grupos funcionales. Las modificaciones oxidativas con cinética de dos etapas (rápida y baja) aumentaron el número de cargas superficiales negativas en el grafeno y potenciaron la agregación del grafeno. Las anteriores alteraciones de las propiedades redujeron la nanotoxicidad del grafeno para las células de las algas, al disminuir la generación de especies reactivas de oxígeno, la carbonilación de las proteínas y la cola de ADN. Un estudio comparativo con óxido de grafeno sugirió que las modificaciones oxidativas podrían desempeñar un papel importante en la inhibición de la actividad toxicológica. Este estudio proporciona una aproximación preliminar para entender los comportamientos ambientales del grafeno y evita sobreestimar los riesgos del grafeno en el entorno natural

Destino y toxicidad del óxido de grafeno en el medio acuático

Como derivado especial del grafeno, el óxido de grafeno presenta unas propiedades únicas y una amplia aplicabilidad en una gran variedad de áreas industriales. Sin embargo, debido a su alta hidrofilia y reactividad superficial, su destino y los riesgos ambientales para los organismos acuáticos en el medio ambiente han atraído recientemente una atención considerable en todo el mundo. Por lo tanto, un mayor conocimiento sobre los comportamientos acuáticos y los efectos ecológicos del óxido de grafeno es de gran importancia para orientar su futura aplicación y recuperación. En este contexto, esta revisión resumió una lista de literatura relativa al destino del óxido de grafeno en el medio ambiente, incluyendo la dispersión/agregación, la adsorción y la reducción del óxido de grafeno, así como su toxicidad para una variedad de organismos acuáticos, como los zooplancton y los peces. Por ello, en este artículo se analizan algunos retos y perspectivas de su uso en futuros estudios.

Nanopartículas de óxido de grafeno con clorinas absorbentes de longitud de onda larga para la terapia fotodinámica altamente mejorada con toxicidad reducida en la oscuridad

El fotosensibilizador de absorción de longitud de onda larga (PS) es importante para permitir una penetración más profunda de la luz infrarroja cercana en el tejido tumoral para la terapia fotodinámica (PDT). Es importante contar con un vehículo de administración de fármacos adecuado para alcanzar una concentración suficiente de PS en el lugar del tumor. Actualmente, hemos desarrollado nanopartículas de óxido de grafeno (GO) que contienen PS de absorción de longitud de onda larga en forma del derivado de la clorina purpurina-18-N-etilamina (longitud de onda de absorción máxima [λmax] 707 nm). Los complejos GO-PS constituían un sistema de entrega en el que el PS se cargaba mediante enlaces covalentes y no covalentes en la nanoplancha de GO. Los dos complejos GO-PS fueron completamente caracterizados y comparados en cuanto a su síntesis, estabilidad, viabilidad celular y toxicidad en la oscuridad. Los complejos GO-PS produjeron una actividad PDT significativamente mejorada basada en el excelente efecto de entrega de fármacos del GO en comparación con el PS solo. Además, el complejo GO-PS no covalente mostró una mayor fotoactividad, correspondiente a la liberación inducida por el pH del PS no unido covalentemente al complejo GO en el entorno ácido de las células. Además, el complejo GO-PS no unido covalentemente no tuvo toxicidad en la oscuridad, ya que su estructura altamente organizada evitó la toxicidad del GO. Describimos un excelente sistema de entrega basado en el complejo GO con una PDT significativamente mejorada con PS de absorción de longitud de onda larga, así como una toxicidad oscura reducida como un tratamiento prometedor contra el cáncer

Revelación de los mecanismos de toxicidad del óxido de grafeno: Un estudio de dinámica molecular reactiva

Presentamos el primer estudio a escala atomística sobre la toxicidad del óxido de grafeno (GO), que revela los mecanismos químicos potencialmente dañinos del GO durante sus interacciones con las biomoléculas. El estudio de dinámica molecular reactiva basado en ReaxFF se utilizó para evaluar el impacto de diferentes grupos funcionales en la biocompatibilidad del GO. Nuestro estudio predice diferentes reacciones químicas entre la hoja de GO y los péptidos que conducen a especies oxidativas reactivas (ROS), a pHs ácidos o básicos y a adhesiones a la superficie celular. Observamos que la adhesión a la superficie celular es el resultado de una fuerte unión H y de una interacción estable de apilamiento π-π. Este apilamiento también puede conducir a la alteración de la estructura secundaria del polipéptido

Biodistribución y toxicidad pulmonar del óxido de grafeno instilado por vía intratraqueal en ratones

El grafeno y sus derivados (por ejemplo, el óxido de grafeno a nanoescala (ONG)) han surgido como nanomateriales extremadamente atractivos para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo el diagnóstico y la terapéutica. En este trabajo, presentamos un estudio sistemático sobre la distribución in vivo y la toxicidad pulmonar de NGO hasta 3 meses después de la exposición. El rastreo radioisotópico y la observación morfológica demostraron que la ONG instilada por vía intratraqueal se retuvo principalmente en el pulmón. La ONG podía provocar una lesión pulmonar aguda (ALI) y una fibrosis pulmonar crónica. Esta LPA inducida por la ONG estaba relacionada con el estrés oxidativo y podía aliviarse eficazmente con el tratamiento con dexametasona. Además, descubrimos que la biodistribución de 125I-NGO variaba en gran medida de la de los iones de 125I, por lo que es posible que las nanopartículas puedan transportar isótopos radiactivos a las profundidades del pulmón, que podrían asentarse en numerosos "puntos calientes" que podrían dar lugar a mutaciones y cánceres, lo que plantea problemas medioambientales sobre la producción a gran escala de óxido de grafeno

Toxicidad a largo plazo de las nanohojas de óxido de grafeno reducido: Efectos en la capacidad reproductiva de las hembras de ratón y en el desarrollo de las crías

Las nanohojas de óxido de grafeno reducido (rGO) han surgido como nuevos materiales para la terapéutica del cáncer. Su toxicidad ha atraído mucha atención, ya que estos nanomateriales pueden tener un gran potencial para el tratamiento clínico del cáncer. Aquí informamos de la influencia de la exposición al rGO en la capacidad reproductiva de las hembras de ratón y en el desarrollo de sus crías. Las hembras de ratón fueron inyectadas con nanoplacas de rGO pequeñas o grandes en diferentes dosis y momentos, antes o después de la fecundación. Los niveles de hormonas sexuales de las hembras de ratón adultas no cambiaron significativamente en comparación con el grupo de control tras la inyección intravenosa con rGO pequeño o grande, incluso a una dosis alta (25 mg/kg). Las madres de ratones pudieron tener crías sanas tras el tratamiento con nanoplanchas de rGO antes del embarazo y en una etapa gestacional temprana (∼6 días). A pesar de que las crías nacieron con éxito, se encontraron fetos malformados entre las camadas de las madres inyectadas con rGO. Todas las ratonas abortaron cuando se les inyectaron dosis bajas (6,25 mg/kg) o intermedias (12,5 mg/kg) en una etapa gestacional tardía (∼20 días); la mayoría de las ratonas preñadas murieron cuando se les inyectó la dosis alta de rGO en esta etapa de la gestación. Curiosamente, todas las madres de ratones inyectados con rGO que sobrevivieron dieron a luz a otra camada de crías sanas. Los resultados presentados en este trabajo son importantes para comprender mejor la toxicidad de las nanohojas de rGO sobre la reproductividad de las hembras y el desarrollo de sus crías.

Síntesis de puntos cuánticos de grafeno luminiscentes con alto rendimiento cuántico y estudio de su toxicidad

Los puntos cuánticos de grafeno con alto rendimiento cuántico de fluorescencia (GQDs) se han mostrado como una nueva generación para la bioimagen. En este trabajo, los GQDs luminiscentes se prepararon mediante una reacción foto-Fenton ameliorante y un posterior proceso hidrotérmico utilizando láminas de óxido de grafeno como precursor. Los GQDs preparados eran nanomateriales con un tamaño que oscilaba entre 2,3 y 6,4 nm y emitían una intensa luminiscencia verde en agua. El rendimiento cuántico de la fluorescencia llegó a ser del 24,6% (excitado a 340 nm) y la fluorescencia fue más intensa a pH 7. Además, las influencias de los GQDs de baja concentración (12,5, 25 μg/mL) sobre la morfología, la viabilidad, la integridad de la membrana, el nivel de especies reactivas de oxígeno celular interno y la mortalidad de las células HeLa fueron relativamente débiles, y las imágenes in vitro demostraron que los GQDs estaban principalmente en la región del citoplasma. Más llamativo aún es el hecho de que los embriones de pez cebra fueron co-cultivados con GQDs para la obtención de imágenes in vivo, y los resultados de la prueba de ritmo cardíaco mostraron que la ingesta de pequeñas cantidades de GQDs trajo poco daño al sistema cardiovascular del pez cebra. Los GQDs, con un alto rendimiento cuántico y una fuerte fotoluminiscencia, muestran una buena biocompatibilidad, por lo que son muy prometedores para la obtención de imágenes celulares, el etiquetado biológico y otras aplicaciones biomédicas.

Influencia del recubrimiento de polietilenglicol en la biodistribución y toxicidad del óxido de grafeno a nanoescala en ratones tras su inyección intravenosa

En este estudio, evaluamos el comportamiento in vivo y la toxicología del óxido de grafeno a nanoescala (ONG) en ratones tras su inyección intravenosa. También se investigó la influencia de un recubrimiento de polietilenglicol (PEG) en la distribución y toxicidad del NGO. Los resultados muestran que el ONG se retiene principalmente en el hígado, el pulmón y el bazo. La retención en el pulmón se debe en parte a la agregación de la ONG. El recubrimiento de PEG reduce la retención de la ONG en el hígado, el pulmón y el bazo y promueve la eliminación de la ONG de estos órganos, pero la ONG y la ONG-PEG siguen presentes después de 3 meses. El recubrimiento de PEG reduce eficazmente la pérdida de peso temprana causada por la ONG y alivia las lesiones tisulares agudas inducidas por la ONG, que pueden incluir daños en el hígado, el pulmón y el riñón, y fibrosis hepática y pulmonar crónica.

Toxicidad y translocación del óxido de grafeno en Arabidopsis thaliana

Investigamos la posible propiedad de seguridad y translocación del óxido de grafeno (GO) en el rango de μg/L en Arabidopsis. La exposición al GO no influyó de forma evidente en la germinación, el desarrollo de las semillas, el desarrollo de los brotes y las raíces de las plántulas y el tiempo de floración. Mientras tanto, la exposición al GO no pudo inducir la producción severa de H2O2, el aumento del contenido de malondialdehído, la formación de estrés oxidativo y la alteración de las actividades de las enzimas antioxidantes. Además, la exposición al GO no cambió los patrones de expresión de los genes examinados necesarios para la germinación, la fotomorfogénesis, el desarrollo de las raíces y la transición del desarrollo vegetativo al reproductivo. En la plántula, no observamos una acumulación severa de GO en las células del mesófilo y del parénquima de la hoja o del tallo, ni en el elemento cribador de la hoja, el tallo o la raíz. En cambio, observamos la acumulación severa de GO en las células del pelo y del parénquima de la raíz. Nuestros resultados proporcionan la base fisiológica de la propiedad de seguridad de GO en las concentraciones examinadas en las plantas de Arabidopsis. Además, nuestros datos implican que aunque el GO fue absorbido por las plantas de Arabidopsis a través de los pelos de la raíz, las plantas todavía podrían tener una fuerte capacidad para estar en contra de la translocación del GO en el tallo o las hojas. Además, encontramos que el cotiledón podría servir como un sitio importante para la distribución de GO durante el desarrollo temprano.

Toxicidad reproductiva del óxido de grafeno a nanoescala en ratones macho

En los últimos años, se han realizado muchos trabajos para explorar las aplicaciones biomédicas y la toxicidad del nano-grafeno y sus derivados. Sin embargo, rara vez se ha estudiado la toxicidad reproductiva de esos nanomateriales de carbono. En este estudio, informamos sobre la toxicidad reproductiva masculina del óxido de grafeno a nanoescala (GO) utilizando un modelo de ratón. Los resultados mostraron que los ratones machos adultos a los que se les inyectó altas dosis de GO (25 mg/kg de ratón) a través de la vena de la cola mostraron una secreción normal de hormonas sexuales y conservaron una actividad reproductiva normal. Todas las hembras no tratadas que se aparearon con los machos tratados con GO pudieron producir crías sanas. No hubo diferencias significativas en el número de crías, la proporción de sexos, el peso, la tasa de supervivencia de las crías o su crecimiento a lo largo del tiempo entre los grupos tratados con GO y los de control. Además, estos ratones macho tratados con GO podían producir una segunda, tercera, cuarta e incluso quinta camada de crías sanas cuando convivían con los ratones hembra no tratados. La histología testicular y epididimaria, así como las actividades de varias enzimas epididimarias importantes, como la α-glucosidasa, la lactato deshidrogenasa, la glutatión peroxidasa y la fosfatasa ácida, no se vieron afectadas por el tratamiento con GO. Además, no se observaron efectos perjudiciales con dosis elevadas de GO (total de 300 mg/kg de ratón macho, 60 mg/kg cada 24 h durante 5 días) mediante inyección intraabdominal. Así pues, el GO mostró una toxicidad muy baja o casi nula para la reproducción masculina. Este trabajo permitirá en gran medida futuras investigaciones de las nanohojas de GO para aplicaciones biomédicas in vivo.

Relación estructura-actividad de los materiales basados en grafeno: Impacto de la química superficial, el área específica superficial y el tamaño lateral en su toxicidad in vitro

  Observamos que los óxidos de grafeno reducidos (RGOs) eran más reactivos que las nanoplaquetas de grafeno (GNPs), lo que potencialmente pone de manifiesto el papel de la química superficial de los RGOs y la densidad de los defectos superficiales en su impacto biológico. También observamos que, en el caso de las GNP, un menor tamaño lateral provocaba una mayor citotoxicidad. Por último, se observó que los GBM que presentaban una SSA superior a 200 m²/g inducían una mayor producción de ROS. En la discusión se proponen explicaciones mecánicas. En conclusión, la combinación de una caracterización fisicoquímica completa con una evaluación estandarizada de la toxicidad de un gran conjunto de muestras nos permitió aclarar los SAR y proporcionar un paso adicional hacia el diseño seguro de los GBM.

Toxicidad combinada del óxido de grafeno y las aguas residuales para el alga verde Chlamydomonas reinhardtii

Se estudió la acción tóxica del óxido de grafeno (GO) y de los microcontaminantes contenidos en un agua residual tratada biológicamente, solos y en combinación. Para los ensayos de toxicidad se utilizó el alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii y se evaluó el mecanismo tóxico mediante el estudio de los cambios en la actividad de la esterasa, el potencial de la membrana citoplasmática, la integridad de la membrana, la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) intracelulares, los cambios en el calcio intracelular, el potencial de la membrana mitocondrial y la formación de ROS mitocondriales. El efecto tóxico conjunto se cuantificó mediante el método del índice de combinación (IC) - isobolograma utilizando datos de la tasa de crecimiento de 72 h. Los contaminantes monitorizados fueron productos farmacéuticos polares, metabolitos y edulcorantes artificiales con concentraciones desde decenas de ng L-1 hasta varios μg L-1. La cantidad de compuestos adsorbidos sobre el GO alcanzó los 89,5 μg g-1 con una adsorción preferente para los más hidrofílicos. Los compuestos más adsorbidos fueron azitromicina, claritromicina, eritromicina, metoclopramida, ofloxacina y ranitidina. El GO indujo daños en las células debido al estrés oxidativo. Se observó una respuesta de defensa a corto plazo consistente en un aumento de los niveles de calcio intracelular y una mayor actividad metabólica. El daño a largo plazo se evidenció por el aumento de ROS mitocondriales y la fuerte despolarización de la membrana mitocondrial. Las células expuestas a mezclas de GO y aguas residuales se vieron considerablemente menos afectadas, con daños menores o no significativos en comparación con el GO o las aguas residuales solas. Las mezclas de GO y aguas residuales mostraron un antagonismo considerable para los valores más bajos de las concentraciones ensayadas. El antagonismo se atribuyó a la adsorción de productos químicos tóxicos en la superficie de las nanopartículas de GO y a la mayor agregación de GO en las aguas residuales. Los resultados muestran que las interacciones no aditivas a niveles de efecto bajos no pueden ser generalmente despreciadas

Un análisis comparativo del biocarbón molido, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono de pared múltiple con respecto a la inducción de toxicidad en Streptomyces

El biocarbón molido con bolas ha atraído recientemente mucha atención debido a la simplicidad de su preparación y a su bajo coste. Sin embargo, se desconoce si el biocarbón es seguro para el medio ambiente. Aquí, el efecto tóxico del biocarbón molido en bolas sobre Streptomyces se comparó con el del biocarbón prístino y con el de otros dos nanomateriales de carbono de diferentes formas: el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono de paredes múltiples. Se caracterizó el efecto de estos diferentes materiales en la producción de antibióticos. Los resultados mostraron que incluso a concentraciones de hasta 10 mg/L, el biocarbón prístino tenía un efecto insignificante sobre la toxicidad y la producción de antibióticos en Streptomyces. Sin embargo, después de la molienda con bolas, las propiedades físicas y químicas del biocarbón cambiaron drásticamente. Las células resultaron gravemente dañadas y se produjo un aumento significativo de la producción de antibióticos tras la adición de biocarbón molido. La exposición a 10 mg/L de biocarbón molido causó una disrupción celular masiva; la tasa de supervivencia de las células de Streptomyces coelicolor M145 fue sólo del 68,2%, en comparación con el 90% tras el tratamiento con 10 mg/L de óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared múltiple. La secreción de los antibióticos -el pigmento rojo intracelular undecylprodigiosin (RED) y el pigmento azul difusible actinorhodin (ACT)- se incrementó con el nivel más alto en el tratamiento con biochar molido, en comparación con el de los otros dos nanomateriales de carbono. Este efecto puede atribuirse al aumento de la expresión de los genes reguladores específicos de la vía redD, redZ y actⅡ-ORF4. El biocarbón molido puede desarrollarse como un aditivo eficaz para aumentar el rendimiento de los antibióticos. Sin embargo, debemos restringir el uso a gran escala del biocarbón molido antes de comprender plenamente su impacto en el medio ambiente y la salud humana.

TOXICIDAD DE NANOPARTÍCULAS DE GRAFENO CON CLOROFILINA DE COBRE Y SODIO O CLOROFILINA DE MAGNESIO Y EFECTO SOBRE LOS NIVELES DE ENZIMA DE LA FOSFATASA ÁCIDA Y ALCALINA DE LA MOSCA DEL DIPTERO, Bactrocera zonata (DIPTERA: TEPHRITIDAE)

Las nanopartículas de grafeno son uno de los nanomateriales más atractivos para su comercialización. Se han utilizado ampliamente para productos antimicrobianos, electrónicos y biomédicos. En esta revisión, el tiempo de exposición a la luz juega un papel importante en el porcentaje de mortalidad, el porcentaje de mortalidad aumenta cuando el tiempo de exposición se incrementa y hay una relación inversa entre la concentración con el tiempo de exposición. El compuesto fotoactivo clorofilina de magnesio tuvo un efecto más significativo sobre los adultos de Bactrocera zonata después de la exposición a la luz solar que la clorofilina de magnesio con nanopartículas de grafeno, por lo que no hubo beneficio al utilizar la mezcla de clorofilina de magnesio con nanopartículas de grafeno, la clorofilina de magnesio fue más eficaz que la clorofilina de cobre con nanopartículas de grafeno o la clorofilina de cobre. El nivel de fosfatasas ácidas en el homogeneizado de Bactrocera zonata, tras la exposición a la luz solar durante dos horas después de ser tratado por el compuesto Clorofilina de cobre o Clorofilina de magnesio, los resultados mostraron un alto incremento (52,44%, 40,71%). Tras el tratamiento con clorofilina de cobre con nanopartículas de grafeno o clorofilina de magnesio con nanopartículas de grafeno, los cambios en las fosfatasas alcalinas tras el tratamiento con clorofilina de cobre muestran una reducción limitada (-16,28%), mientras que la clorofilina de magnesio muestra un aumento elevado (77,14%) en relación con el control.

Evaluación de la toxicidad en sangre del grafeno-arginina funcionalizado con el fármaco anticancerígeno ginsenósido Rh2 en el modelo de ratón balb/c con cáncer de mama

Antecedentes: El gensenósido Rh2 es un fármaco anticanceroso de baja toxicidad y estabilidad en el organismo. El objetivo de este estudio fue evaluar la toxicidad en sangre del grafeno-arginina funcionalizado con el fármaco anticanceroso ginsenoside Rh2 en el modelo de ratón balb/c con cáncer de mama.

Materiales y Métodos: El grafeno-arginina (G-Arg) y el grafeno-arginina-ginenosido Rh2 (G-Arg-Rh2) se sintetizaron mediante el método de microondas. Para evaluar la toxicidad en la sangre, se dividieron aleatoriamente 32 ratones con tumores de mama en 4 grupos: control (3mg/kg 6 mg/kg PBS estéril), grupo 1 (6 mg/kg de ginsenósido), grupo 2 (3 mg/kg de G-Arg) y grupo 3 (3 mg/kg de G-Arg-Rh2). El tratamiento se realizó por vía intravenosa una vez cada tres días durante 32 días. Por último, también se examinaron los factores sanguíneos mediante un muestreo del corazón. Resultados: La funcionalización completa se comprobó por FTIR y Raman. El examen de los factores sanguíneos mostró que los glóbulos blancos tuvieron un aumento muy pequeño. La prueba Anova mostró una diferencia significativa entre los cuatro grupos en cuanto al recuento de glóbulos blancos (p= 0,016). La prueba T de muestras de pares mostró que había una diferencia significativa entre el control y el grupo 1 (p= 0,036) y el control y el grupo 2 (p= 0,036). No hubo diferencia significativa entre el control y el grupo 3 (p= 0,051). Los demás factores sanguíneos no presentaron diferencias significativas entre los grupos examinados (p> 0,05). Conclusión: Según los resultados, después del tratamiento con todas las nanoestructuras diseñadas, sólo los glóbulos blancos tuvieron un aumento muy pequeño y las reacciones inflamatorias fueron estadísticamente similares en todos los grupos. Esto indica la gran eficacia del fármaco diseñado.

Toxicidad aguda del óxido de nano grafeno en ratones in vitro e in vivo

Objetivo Observar la toxicidad aguda del nano óxido de grafeno en ratones in vitro e in vivo. Métodos Sesenta ratones ICR sanos, la mitad machos y la mitad hembras, se dividieron en seis grupos y se trataron con óxido de nano grafeno disuelto en agua ultrapura mediante administración intragástrica a las dosis de 0, 3. 125 mg/(kg- p.v.), 6. 25 mg/(kg- p.v.), 12. 5 mg/(kg-peso), 25. 0 mg/(kg-peso) y 50. 0 mg/(kg-peso) respectivamente. Otros 60 ratones ICR fueron tratados con nano óxido de grafeno disuelto en agua pura estéril en las dosis de 0, 1. 0 mg/(kg-peso), 2. 0 mg/(kg-peso), 4. 0 mg/(kg-peso), 8. 0 mg/(kg-peso) y 16. 0 mg/(kg-peso) respectivamente. 0 mg/(kg-peso) respectivamente por inyección intravenosa en condiciones asépticas. Mientras tanto, las células A549 se co-cultivaron con óxido de nanograbeno a las concentraciones de 0, 9. 875 mg/(kg- p.v.), 18. 75 mg/(kg- bw), 37. 5 mg/(kg-peso), 75 mg/(kg-peso), 150 mg/(kg-peso), 300 mg/(kg-peso) y 600 mg/(kg-peso) respectivamente. Resultados No se observaron cambios patológicos en los órganos principales de los ratones por la administración intragástrica de óxido de nano-grafeno, y la DL_ (50) fue de 5.657 mg/(kg-peso) de óxido de nano-grafeno en los ratones por inyección en la vena caudal. La CL_ (50) de óxido de nano grafeno para la célula A549 fue de 56. 885 μg/m L. Conclusión La inyección intravenosa de óxido de nano grafeno no modificado podría causar la muerte de los ratones y la existencia de óxido de nano grafeno en el medio de cultivo podría inhibir la supervivencia de la célula A549.

La fisión mitocondrial dependiente de Drp1 media la toxicidad del grafeno cargado positivamente en la microglía

Las propiedades fisicoquímicas únicas del grafeno y sus derivados permiten su aplicación en el diagnóstico y la terapia de enfermedades del sistema nervioso central (SNC). Sin embargo, los impactos potenciales de las propiedades superficiales del grafeno funcionalizado en la microglía siguen siendo poco conocidos. En este caso, utilizamos óxidos de grafeno (GO), GO funcionalizado con polietilenglicol (PEG) y polietilenimina (PEI), que poseen diferentes cargas superficiales, para investigar sus efectos sobre la microglía centrándonos en la dinámica mitocondrial. Se descubrió que el GO-PEI cargado positivamente promueve la fisión mitocondrial, tal y como se observó en células BV-2 con mitocondrias marcadas con DsRed2-mito, lo que indica que las alteraciones en la dinámica mitocondrial dependen de las propiedades superficiales del grafeno. Simultáneamente a la fragmentación mitocondrial, el tratamiento con GO-PEI cargado positivamente indujo un aumento del reclutamiento mitocondrial de la proteína relacionada con la dinamina (Drp1). Además, el tratamiento con GO-PEI también condujo a la muerte celular apoptótica y autofágica. Sin embargo, el silenciamiento de Drp1 mediante un pequeño ARN de interferencia (siRNA) pudo atenuar eficazmente la muerte celular apoptótica y autofágica inducida por GO-PEI, lo que indica que la fragmentación mitocondrial se produce antes de la toxicidad mediada por GO-PEI en la microglía. En general, nuestro estudio indica que el GO-PEI cargado positivamente podría causar una influencia deletérea en la homeostasis inmune central mediante la fragmentación mitocondrial dependiente de Drp1, y proporcionar las estrategias para el diseño racional de materiales basados en grafeno en la neurociencia.

Efecto del ácido cítrico en la toxicidad del grafeno hacia las algas de agua dulce (Chlorella pyrenoidosa)

Con el aumento de la producción y la aplicación, el grafeno se liberará inevitablemente en el medio acuático y tendrá impactos en los organismos acuáticos. En este trabajo, investigamos la toxicidad del grafeno para las células de las algas (Chlorella pyrenoidosa) en presencia de materia orgánica disuelta. Los resultados mostraron que la toxicidad del grafeno depende de la concentración, y la concentración media efectiva (EC50) a las 96 h fue de 41,35 mg/L. Además, la toxicidad se redujo significativamente con el ácido cítrico (CA), como tipo de materia orgánica disuelta. La toxicidad aliviada por el CA dependió de la concentración. Este hallazgo podría proporcionar datos útiles para evaluar el riesgo medioambiental del grafeno.

Electrodo de espuma de níquel modificado con grafeno para la degradación catódica de la nitrofuranzona: Cinética, productos de transformación y toxicidad

Los electrodos sencillos, eficientes y duraderos son muy demandados para los procesos electroquímicos prácticos. En este estudio, se preparó fácilmente un electrodo de espuma de níquel modificado con óxido de grafeno reducido (espuma GR-Ni) mediante la electrodeposición por voltametría cíclica en un solo paso de una suspensión de óxido de grafeno sobre la espuma de Ni. Se estudió la degradación electroquímica de la nitrofuranzona (NFZ, un tipo de antibiótico típico) en el cátodo de espuma GR-Ni. Los análisis de voltametría cíclica e impedancia electroquímica confirmaron que la presencia de la carga de GR aceleró la transferencia de electrones desde la superficie del cátodo a la NFZ. Con un potencial catódico aplicado de 1,25 V (frente a Ag/AgCl), la eficiencia de eliminación de NFZ (C0= 20 mg L- 1) en el electrodo de espuma de GR-Ni alcanzó el 99% en 30 minutos, mostrando una constante de velocidad de reacción mayor (0,1297 min- 1) que 0,0870 min- 1 en la espuma de Pd-Ni y 0,0186 min- 1 en el electrodo de espuma de Ni. También se encontró que el pH, el oxígeno disuelto y la concentración inicial de NFZ tienen un ligero efecto en la degradación de NFZ en el electrodo de espuma de GR-Ni. Las reacciones se produjeron primero en los grupos nitro (-NO2), en los enlaces C= N insaturados y en los enlaces NN para generar productos que contienen anillos de furano, y luego estos productos se transformaron en productos de diamina lineal. La reducción directa por electrones fue la principal responsable de la reducción de NFZ en el electrodo de espuma GR-Ni. Incluso después de 18 ciclos, la eficiencia de eliminación de NFZ seguía alcanzando el 98% en 1 hora. Además, el proceso de degradación catódica podía eliminar la actividad antibacteriana de NFZ. El electrodo de espuma de GR-Ni tendría un gran potencial en el proceso electroquímico para el tratamiento de aguas residuales que contienen antibióticos furanos.

Evaluación comparativa de los mecanismos de toxicidad del óxido de grafeno y los puntos cuánticos de óxido de grafeno para el alga verde azul Microcystis aeruginosa en el medio acuático

Debido a sus diversas aplicaciones, los nanomateriales de la familia del grafeno (GFNs) tienen una alta probabilidad de ser liberados en el sistema acuático, planteando potencialmente riesgos para el medio ambiente acuático. En el presente estudio se compararon los efectos agudos en la Microcystis aeruginosa unicelular del óxido de grafeno (GO) o de los puntos cuánticos de óxido de grafeno (GOQD). Los GOQDs se dispersaron más eficazmente en el agua que el GO en todos los valores de pH probados. Se determinó que la concentración efectiva media (EC50) de 96 horas de GO y GOQDs era de 49,32 y 22,46 mg/L, respectivamente. Tanto el GO como los GOQDs fueron internalizados por procesos de heteroaglomeración y envolvimiento, siendo los GOQDs los que indujeron un mayor aumento de la permeabilidad celular, plasmólisis y cuerpos lipídicos que el GO. A mayores concentraciones se observó la rotura de las capas de tilacoides, la desaparición del nucleoide y la desintegración de la infraestructura celular. En comparación con el GO, los GOQDs indujeron mayores especies reactivas de oxígeno (ROS) y malondialdehído (MDA) y perturbaron las enzimas antioxidantes, lo que condujo a la inhibición de contenidos celulares como la clorofila a y las proteínas. Además, tanto el GO como los GOQDs adsorbieron nutrientes del medio de las algas, lo que dio lugar a una toxicidad indirecta inducida por el agotamiento de nutrientes, y los GOQDs agotaron más nutrientes que el GO. El presente estudio aporta nuevos conocimientos sobre la nanotoxicidad del GO y el GOQD y ayuda a conocer los riesgos potenciales de los nanomateriales en los medios acuáticos.

Preparación y rendimiento fotocatalítico de un nanocatalizador de óxido de grafeno reducido/ZnO para la degradación de metalaxil de una solución acuosa: efecto de los parámetros operativos, mineralización y bioensayo de toxicidad

Se sintetizó un fotocatalizador heterogéneo, ZnO/óxido de grafeno reducido (ZnO/rGO o ZG), para la degradación fotocatalítica de metalaxil (MX) en soluciones acuosas bajo irradiación UV. Las características del catalizador preparado se determinaron mediante análisis FTIR, XRD, FE-SEM, EDS y BET. Se investigó el efecto de varios parámetros como el pH de la solución, la concentración de catalizador, la carga de rGO en la estructura del catalizador, la concentración de MX y la intensidad de la luz UV en la fotodegradación de MX. La concentración de MX y la toxicidad de los productos intermedios se determinaron mediante HPLC y la prueba de toxicidad de Daphnia Magna, respectivamente. También se estudió el efecto de los aniones del agua y de los compuestos captadores de radicales en el proceso de eliminación del MX. La tasa de mineralización se determinó midiendo el valor del carbono orgánico total (COT) mediante el analizador de COT. La eficacia del proceso de degradación se comparó con la muestra real de drenaje agrícola y agua desionizada. En condiciones óptimas (pH = 7, carga de catalizador = 10%, concentración de catalizador = 0,75 g/l, concentración de MX = 10 mg/l, e intensidad de UV = 220 MW/cm2), las tasas de eliminación y mineralización fueron del 90,25% y del 51,17% tras 120 min, respectivamente. Los experimentos de barrido de especies reactivas mostraron que el orificio era el factor más eficaz para la degradación del MX en el proceso ZG/UV. La tasa de degradación del MX en muestras reales de escorrentía agrícola mostró que la eficiencia de la degradación era del 50,42%, que era significativamente menor que la de las muestras sintéticas. El bioensayo de toxicidad por D. Magna indicó que la toxicidad de MX se redujo de 51,22 a 15,17 después de 96 h durante el proceso ZnO/rGO. La eficiencia fotocatalítica disminuyó en presencia de iones fosfato y nitrato, pero no cambió mucho en presencia de otros aniones del agua. Así, el proceso ZG/UV puede utilizarse eficazmente para la degradación de contaminantes orgánicos, especialmente pesticidas en aguas residuales

Toxicidad selectiva del óxido de grafeno funcionalizado para las células madre de glioblastoma derivadas de pacientes y toxicidad mínima para las células del tejido cerebral no canceroso

El glioblastoma (GBM) es un tipo de tumor cerebral agresivo, impulsado por células inmaduras similares a las células madre neurales que promueven el crecimiento del tumor y son la base de la resistencia a la terapia convencional. Las células madre del GBM (GSCs) pueden existir en estado quiescente o latente y se infiltran ampliamente en los tejidos cerebrales circundantes, siendo en la actualidad incurables con una supervivencia media de sólo un año. Se necesitan urgentemente estrategias terapéuticas innovadoras para los GBM. Aquí exploramos el óxido de grafeno funcionalizado (GO) para evaluar su valor como vehículos de entrega para la terapéutica de GBM. Se evaluaron las interacciones y las respuestas celulares in vitro utilizando tanto líneas celulares clásicas como GSCs derivadas de pacientes. La asociación entre el GO funcionalizado y las líneas celulares de GBM establecidas (células "no madre" cultivadas en suero) fue fuerte y dio lugar a una disminución de la viabilidad celular, un aumento del estrés oxidativo de las células y cambios en la composición de los lípidos de manera dependiente de la concentración. Las respuestas fueron más moderadas en las GSC y sólo se observaron en las concentraciones más altas de GO funcionalizado. Sin embargo, no se detectó una toxicidad significativa en los astrocitos y las células endoteliales del cerebro. Estos resultados indican una toxicidad selectiva para las líneas celulares de GBM altamente proliferativas y las GSC de los pacientes, con una toxicidad mínima para las células neurales normales y el tejido cerebral. Llegamos a la conclusión de que una nueva clase de nanotransportadores basados en grafeno que se dirigen al GBM podrían ser vehículos útiles de entrega para la terapéutica del GBM.

Mitigación de la toxicidad de las nanohojas de óxido de grafeno hacia Escherichia coli en presencia de ácido húmico

Se ha informado de que las nanohojas de GO muestran una fuerte citotoxicidad hacia Escherichia coli (E. coli) en solución acuosa. Las materias orgánicas naturales (NOMs) en el agua pueden probablemente recubrir la superficie de las nanohojas de GO, lo que posiblemente influye en su citotoxicidad. En este estudio, ilustramos cómo el ácido húmico (HA), una NOM omnipresente, mitigó la toxicidad de las nanohojas de GO hacia E. coli basándose en el mecanismo de citotoxicidad de las nanohojas de GO. Las pruebas de adsorción y viabilidad celular demostraron que el HA era adsorbido por las nanohojas de GO y disminuía la toxicidad de las nanohojas de GO hacia E. coli. Se descubrió que el AH se adsorbió en la superficie de las nanohojas de GO mediante grupos polares, lo que impidió que E. coli entrara en contacto con las nanohojas de GO y debilitó la toxicidad de las nanohojas de GO. Además, el AH ejerció un papel antioxidante al mantener la actividad de la enzima antioxidante y disminuir la generación de ROS según los resultados de los experimentos de estrés oxidativo. El trabajo reveló que el AH alivió la toxicidad de las nanohojas de GO y disminuyó los riesgos ecológicos inducidos por las nanohojas de GO.

El hipoclorito y la irradiación de luz visible afectan a la transformación y toxicidad del óxido de grafeno

El óxido de grafeno (GO), que tiene muchas propiedades avanzadas, se ha aplicado en varios campos, como el tratamiento del agua y la eliminación de contaminaciones. El hipoclorito se utiliza ampliamente en el tratamiento del agua. Sin embargo, los efectos del hipoclorito en las transformaciones y los riesgos del GO, así como las respuestas toxicológicas, siguen siendo en gran medida desconocidos, especialmente bajo la irradiación de luz visible. El presente trabajo descubrió que la irradiación con luz visible promovía la ruptura de las estructuras sp2 del GO por el hipoclorito, produciendo alcanos y arenos con esqueletos de carbono cortos. En comparación con los radicales que contienen oxígeno, los radicales relacionados con el cloro contribuyeron a la ruptura de los anillos atómicos de carbono del GO. En comparación con el GO prístino, el GO transformado inhibió la reproducción de las algas, redujo la fotosíntesis y promovió el estrés oxidativo y la permeabilidad de la membrana. Se observó una plasmólisis sustancial y un aumento del número de granos de almidón en los grupos expuestos. El análisis metabolómico descubrió que el estrés oxidativo y el aumento de la permeabilidad de la membrana estaban relacionados con la disminución de la prolina. Las vías reguladas a la baja del metabolismo de la alanina, el aspartato y el glutamato se asociaron con la inhibición de la reproducción de las algas. Las vías reguladas a la baja relacionadas con la síntesis de proteínas y el metabolismo secundario explicaron la fuerte toxicidad inducida por el GO con hipoclorito y la irradiación de luz visible. Los resultados anteriores aportan información sobre la evaluación de la seguridad del GO

Mecanismos del impacto del óxido de grafeno sobre la toxicidad del desarrollo y la alteración endocrina inducida por el bisfenol A en las larvas de pez cebra

La enorme producción y aplicación de bisfenol A (BPA) y óxido de grafeno (GO) conducen inevitablemente a su copresencia en los ecosistemas acuáticos, lo que podría causar efectos tóxicos conjuntos en los organismos acuáticos. En este trabajo, se expusieron larvas de pez cebra a los 3 días después de la fecundación (dpf) a BPA, GO y sus mezclas hasta los 7 dpf. El GO fue ingerido y localizado en el intestino. 5000 μg/L de BPA por sí solo indujo un daño ecoestructural distintivo, que fue aliviado por el GO, lo que indica que el GO redujo la toxicidad del BPA en el desarrollo. Los niveles de los genes relacionados con el sistema endocrino y las hormonas esteroides fueron modulados en su mayor grado por 500 μg/L de BPA, lo que sugiere que el BPA exhibió un notable efecto de disrupción endocrina. Sin embargo, las respuestas de algunos de estos genes fueron recuperadas por el GO, indicando que el GO también alivió la alteración endocrina inducida por el BPA. Los niveles de ARNm de cinco genes en la vía de interacción matriz-receptor extracelular, dos en la vía de fosforilación oxidativa, 18 en las vías metabólicas y cinco en la vía de señalización del receptor activado por el proliferador de peroxisomas se vieron claramente alterados por 5000 μg/L de BPA, pero la mayoría de ellos se recuperaron en presencia de GO. El GO podría aliviar la toxicidad del desarrollo y la alteración endocrina inducida por el BPA mediante la recuperación de los genes relacionados con las vías correspondientes.

El cromo hexavalente amplifica la toxicidad del desarrollo del óxido de grafeno durante la embriogénesis del pez cebra

La toxicidad combinada es una cuestión crítica en la evaluación del riesgo de los contaminantes. Sin embargo, se sabe muy poco sobre los efectos conjuntos del óxido de grafeno (GO, un material crucial de carbono bidimensional) y el cromo hexavalente (Cr6+, un metal pesado muy extendido), especialmente en lo que respecta al periodo crítico de la embriogénesis. En este estudio, se evaluó la toxicidad combinada del GO y el Cr6+ mediante una prueba de toxicidad embrionaria en Danio rerio (pez cebra). Los resultados indicaron que la coexposición de Cr6+ (1 mg/L) y GO (0,01 mg/L) inhibió la eclosión y el movimiento espontáneo de los embriones, pero no se encontraron cambios significativos en el grupo de Cr6+ o GO por separado. En comparación con la exposición única a GO o Cr6+, su coexposición (GO+Cr6+) aumentó significativamente la teratogenicidad en un patrón dependiente de la concentración, y se observó la curvatura de la columna vertebral como la principal deformidad. GO+Cr6+ cambió las estructuras secundarias de las proteínas de los embriones como resultado de la generación de ROS y del estrés oxidativo. La degradación de la miosepta vertical y de los cartílagos se observó en el grupo de coexposición, lo que sugiere que el GO+Cr6+ perturbó el desarrollo del sistema musculoesquelético. Los genes col11a1a, col2a1a y postnb fueron regulados a la baja, pero los genes acta1b y mmp9 fueron regulados al alza por GO+Cr6+. Las interacciones entre el Cr6+ y el GO demostraron que la morfología, la estructura y las propiedades superficiales del GO fueron modificadas por el Cr6+. El aumento de los defectos y de los grupos que contienen O del GO podía atrapar más hojas β, inducir el estrés oxidativo y perturbar el desarrollo de los músculos esqueléticos y de los cartílagos en el pez cebra. Estos datos sugerían que el GO+Cr6+ aumentaba su toxicidad articular debido a la variación de las propiedades de las nanopartículas. Este hallazgo es importante para evaluar el riesgo ecológico de los nanomateriales de la familia del grafeno en el entorno natural

Estudio de la toxicidad aguda y subaguda de las nanosondas fluorescentes basadas en grafeno para la detección del núcleo de las células tumorales

En nuestro laboratorio se sintetizaron nanosondas fluorescentes basadas en grafeno que se dirigen al núcleo de las células tumorales (GTTN) como un tipo de nanomaterial y mostraron un buen rendimiento para la obtención de imágenes tanto in vivo como in vitro. Las GTTNs atraviesan directamente la membrana celular y se dirigen específicamente al núcleo de la célula tumoral a través de un mecanismo de focalización de la permeabilidad de la membrana celular (CMPT), que aprovecha la mayor permeabilidad de las membranas de las células tumorales. Los GTTN con un mecanismo de CMPT logran una alta eficacia de focalización en los tejidos tumorales. Con la caracterización del núcleo de la célula tumoral, el GTTN distingue las células tumorales a nivel unicelular y reconoce la interfaz del tejido tumoral en una fase muy temprana y muestra un gran potencial en las aplicaciones clínicas. Los estudios de toxicidad son extremadamente críticos para las aplicaciones clínicas. Por lo tanto, estudiamos la toxicidad aguda y subaguda de los GTTN utilizando un método in vivo y examinamos los siguientes indicadores experimentales: el peso corporal de los ratones, los coeficientes de los órganos, los parámetros bioquímicos del suero y los cambios histológicos. Los resultados mostraron que no había diferencias significativas en ninguno de los indicadores entre los ratones experimentales y los de control. También utilizamos un método in vitro para estudiar la citotoxicidad de los GTTN en las células GES-1 (células epiteliales gástricas). Sorprendentemente, los resultados demostraron más del 80% de viabilidad celular cuando el tiempo de incubación alcanzó hasta 72 h bajo una concentración de 200 mg/L de GTTNs, lo que indicaba que los GTTNs tenían una baja citotoxicidad. Los GTTN apenas mostraron toxicidad aguda o subaguda o citotoxicidad in vivo e in vitro, respectivamente, lo que apoya su uso para aplicaciones clínicas.

Evaluación de la toxicidad del grafeno y del poli(ácido láctico) mediante un modelo de nematodo

El grafeno ha ganado una enorme atención debido a su ilimitado potencial en diversas aplicaciones, mientras que el poli(ácido láctico) (PLA) es un poliéster termoplástico biodegradable producido a partir de la fermentación del almidón de maíz. Se ha demostrado que la incorporación de grafeno en el PLA presenta excelentes propiedades mecánicas y térmicas. Sin embargo, no hay muchos informes sobre el potencial efecto tóxico de estos materiales hacia los organismos vivos. En este estudio, investigamos la posible toxicidad del grafeno y del PLA-grafeno en un modelo animal vivo, el nematodo Caenorhabdits elegans (C. elegans). Se expusieron gusanos adultos vivos directamente al grafeno y al PLA-grafeno en un rango de concentraciones que iba de 50 µg/mL a 1000 µg/mL. Tras ciertas horas de exposición, se determinó la tasa de bombeo faríngeo (indicativa de la actividad alimentaria de C. elegans), la tasa de reproducción y la vida útil de los gusanos, y se comparó con la población de gusanos sin tratar. En todas las concentraciones probadas, tanto el grafeno como el PLA-grafeno no afectan a la tasa de alimentación del nematodo. Además, no hubo diferencias significativas entre la vida útil de los gusanos expuestos al grafeno y al PLA-grafeno en comparación con la población de control no tratada (p>0,05). Examinamos el efecto del grafeno en la capacidad de reproducción de los nematodos y no se detectó ninguna reducción de las progenies (p>0,05). En conjunto, nuestros resultados sugieren que el grafeno y el PLA-grafeno no poseen un efecto negativo sobre la actividad alimentaria, la reproducción y la vida útil general del huésped, lo que indica que estos materiales son seguros para el organismo vivo en concentraciones de hasta 1000 µg/mL.

Mitigación de la toxicidad del óxido de grafeno en C. elegans tras su degradación química con hipoclorito de sodio

El óxido de grafeno (GO) es un prometedor y estratégico nanomaterial basado en el carbono para tecnologías innovadoras y disruptivas. Por lo tanto, es esencial abordar sus aspectos de salud y seguridad ambiental. En este trabajo, evaluamos la degradación química del óxido de grafeno por hipoclorito de sodio (NaClO, agua de lejía) y sus consecuencias sobre la toxicidad, en el nematodo Caenorhabditis elegans.  Se caracterizaron las propiedades morfológicas, químicas y estructurales del GO y su producto degradado, denominado NaClO-GO, explorando un enfoque integrado. Tras la degradación química del GO a temperatura ambiente, el tamaño de sus escamas se redujo de 156 a 29 nm, mientras que el NaClO-GO mostró cambios en la absorción UV-vis, y un aumento en la cantidad de grupos superficiales oxigenados, lo que mejoró drásticamente su estabilidad coloidal en agua reconstituida moderadamente dura (medio EPA). Para evaluar la toxicidad de los materiales, se controlaron los puntos finales de la exposición aguda y crónica (supervivencia, crecimiento, fertilidad y reproducción). El NaClO-GO presentó una menor toxicidad en todos los puntos finales. Por ejemplo, se verificó un aumento de más del 100% en la supervivencia de los nematodos para el material degradado en comparación con el GO a 10 mg L-1. Además, la microscopía hiperespectral de campo oscuro mejorada confirmó la captación oral de ambos materiales por parte de C. elegans. Por último, este trabajo representa una nueva contribución hacia una mejor comprensión de los vínculos entre la transformación de los materiales basados en grafeno y los efectos de la nanotoxicidad (mitigación), lo cual es obligatorio para las mejoras de seguridad que se requieren para maximizar los beneficios nanotecnológicos para la sociedad.

Toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son biomateriales novedosos con numerosas aplicaciones en el ámbito biomédico. Dado que estos nanomateriales pueden ser aptos para el uso clínico, su bioseguridad debe ser investigada cuidadosamente. Estudios anteriores se han centrado en la citotoxicidad in vitro de los GQD, demostrando que los GQD eran materiales biocompatibles y presentaban una baja citotoxicidad para las células vivas. Sin embargo, los estudios en animales pueden ser más útiles para determinar si estos nanomateriales pueden utilizarse en humanos. Varios grupos de investigación han estudiado la toxicidad in vivo de los GQD en ratones, ratas y embriones de pez cebra. En este capítulo se describen los estudios de toxicidad de los GQD y se sugieren trabajos futuros.

Impacto de los ácidos orgánicos de bajo peso molecular en el comportamiento acuático de las nanoplaquetas de grafeno y su toxicidad inducida por las algas y su capacidad antioxidante

El conocimiento de la interacción entre los materiales basados en grafeno y los ácidos orgánicos de bajo peso molecular (LOAs) es esencial para entender el destino y los efectos de los materiales basados en grafeno en el medio ambiente acuático, pero esta interacción sigue estando poco dilucidada. En este estudio, se estudiaron los efectos de los LOA en las propiedades fisicoquímicas de las nanoplaquetas de grafeno (GNP) en un medio acuoso y en la toxicidad de las GNP para las algas. El alga verde unicelular Scenedesmus obliquus fue expuesta a suspensiones de GNP en presencia de ácido benzoico o ácido gálico a distintas concentraciones. Los GNP tenían tamaños hidrodinámicos más pequeños y las suspensiones de GNP eran más estables y tenían potenciales zeta superficiales más altos o más bajos en presencia de LOAs que cuando los LOAs no estaban presentes. Los efectos tóxicos en los cultivos de S. obliquus incubados con suspensiones de GNP que contenían LOAs estaban relacionados con la concentración de LOAs, y la presencia de LOAs causaba tres efectos: estimulación, alivio e inhibición sinérgica. Las intensidades de los efectos se correlacionaron principalmente con la concentración de LOA, el grado de aglomeración y el estrés oxidativo inducido por las partículas. Los resultados indican que el destino ambiental y la toxicidad de las PNG se ven fuertemente afectados por la unión de las PNG a los LOA.

Toxicidad del grafeno y del óxido de grafeno y su impacto en los microorganismos ambientales

En los entornos naturales y artificiales, como los vertederos y las plantas de tratamiento de aguas residuales, los microorganismos se encargan de limpiar el medio ambiente digiriendo y biodegradando los contaminantes. Los contaminantes antimicrobianos pueden obstaculizar seriamente la funcionalidad de las poblaciones microbianas nativas, lo que conduce a una eliminación ineficaz de los residuos biológicos y químicos. Además, los microorganismos pueden tener efectos nocivos para la sociedad a través de las enfermedades y el deterioro de los alimentos. Por lo tanto, es esencial comprender el efecto de estos nanomateriales sobre las poblaciones microbianas, así como su papel en la obstaculización de las actividades microbianas, como el tratamiento biológico de las aguas residuales y las propiedades antimicrobianas, para mantener el equilibrio del medio ambiente y desarrollar aplicaciones antimicrobianas seguras. Este estudio presenta los efectos del grafeno (G) y el óxido de grafeno (GO) sobre los hongos y las bacterias para identificar su impacto en el medio ambiente y sus propiedades antimicrobianas para posibles aplicaciones. Se demostró que estos nanomateriales inhiben significativamente el crecimiento de los hongos y que sus mecanismos de inactivación implican la apoptosis de las hifas fúngicas. También se investigó la toxicidad aguda y crónica para las comunidades bacterianas en aguas residuales. La presencia de altas concentraciones de estos nanomateriales en los ensayos agudos afectó significativamente a los ciclos biogeoquímicos del carbono, el nitrógeno y el fósforo. Mientras que el ensayo crónico, mostró que la población bacteriana se desplazó de forma diferente en presencia de G o GO. En general, el GO demostró tener una toxicidad más pronunciada que el G para las comunidades microbianas de los lodos activados. Las propiedades antimicrobianas de estos nanomateriales se siguieron explorando para su aplicación como recubrimientos antimicrobianos con adhesivos poliméricos. Los recubrimientos con adhesivos poliméricos fueron eficaces contra una amplia gama de bacterias y no presentaron citotoxicidad para las células epiteliales de la córnea humana, lo que implica que estos recubrimientos son prometedores para aplicaciones biomédicas.

Dispersión asistida por ácido algínico de nanotubos de carbono, grafeno y nanomateriales de nitruro de boro para pruebas de toxicidad microbiana

Es imprescindible realizar una evaluación sólida de los posibles riesgos medioambientales y sanitarios de los nanomateriales de carbono y nitruro de boro. Sin embargo, la aglomeración significativa de los nanomateriales carbonosos y de nitruro de boro prístinos debido a las fuertes fuerzas de Van der Waals hace que no sean adecuados para las pruebas de toxicidad directas en medios acuosos. En este caso, se utilizó el polisacárido natural ácido algínico (AA) como dispersante no tóxico y relevante para el medio ambiente, con una composición definida, para dispersar siete tipos de NMs carbonosos y de nitruro de boro, incluyendo nanotubos de carbono multipared, grafeno, nanotubos de nitruro de boro y copos de nitruro de boro hexagonal, con diversas características fisicoquímicas. La biocompatibilidad del AA se confirmó examinando sus efectos sobre la viabilidad y el crecimiento de dos microorganismos modelo (el protozoo Tetrahymena thermophila y la bacteria Pseudomonas aeruginosa). Utilizando 400 mg-L-1 de AA, se obtuvieron dispersiones madre de NM (200 mg-L-1) comparativamente estables mediante ultrasonidos de sondeo durante 30 minutos. El AA interactuó de forma no covalente con las superficies de los NM y mejoró la dispersabilidad de éstos en agua. La estabilidad de la dispersión varió con la morfología y el tamaño de los NM, más que con la química. El protocolo de dispersión optimizado establecido aquí puede facilitar la preparación de dispersiones homogéneas de NM para exposiciones fiables durante los ensayos de toxicidad microbiana, contribuyendo a mejorar la reproducibilidad de los resultados de toxicidad.

Evaluación de la toxicidad de la nanoformulación de óxido de grafeno cargado con ácido gálico (GAGO) en embriones de pez cebra (Danio Rerio)

El ácido gálico (AG) es un compuesto fenólico que se encuentra en casi todas las plantas y se ha informado de que posee poderosos beneficios para la salud, como propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, anticancerígenas y antidiabéticas. Sin embargo, el AG tiene una vida media corta cuando se administra in vivo. Estudios recientes han empleado el óxido de grafeno (GO), un derivado del grafeno biocompatible y rentable, como nanotransportador del AG. Sin embargo, el efecto de la toxicidad de este nanocompuesto formulado no se ha estudiado completamente. Por ello, el presente estudio pretende evaluar la toxicidad y teratogenicidad del GO cargado de GA (GAGO) frente a la embriogénesis del pez cebra para avanzar en el desarrollo del GA como agente terapéutico. GAGO se expuso a embriones de pez cebra (n ≥ 10; 24 horas postfecundación (hpf)) a diferentes concentraciones (0-500 μg/ml). El desarrollo del pez cebra se observó y registró dos veces al día durante cuatro días. También se observó la toxicidad del GO puro y del GA a concentraciones similares. Se utilizó agua destilada como control durante todo el experimento. Se registró una tasa de mortalidad significativamente alta, un retraso en la tasa de eclosión y un bajo ritmo cardíaco en los embriones expuestos a GO en concentraciones de ≥ 150 μg/ml a las 48 h (p<0,01), 72 h (p<0,001) y 96 h (p<0,0001) tras la exposición.

Curiosamente, todos los parámetros medidos mejoraron significativamente en los embriones expuestos a la misma concentración de GAGO (100-150 μg/ml), que fue comparable al grupo de control en todos los momentos. Los presentes datos demostraron que el GAGO es seguro en la exposición a bajas concentraciones (0-150 μg/ml), pero hay que realizar más estudios para correlacionar la toxicidad del GAGO con su concentración efectiva en el modelo in vitro e in vivo.

Fijación de nanopartículas de óxido de grafeno y su toxicidad en células epiteliales pulmonares vivas

Desde su descubrimiento, el grafeno y su forma oxidada, el óxido de grafeno (GO), han despertado interés en una amplia gama de aplicaciones técnicas. La preocupación por su potencial toxicidad exige la realización de estudios minuciosos, pero hasta ahora se han comunicado resultados contradictorios que, en parte, pueden deberse a variaciones en los procedimientos de síntesis y exposición. Aquí informamos sobre la fijación y la toxicidad de las nanopartículas de óxido de grafeno (GONP) sin contaminación en células epiteliales de pulmón vivas. La síntesis de GONP químicamente puras se realizó mediante una mejora del método de Hummer basada en el grafeno exfoliado del grafito mediante ultrasonidos de alta intensidad, dando lugar a láminas bidimensionales con una dimensión lateral en el rango de 200 nm a 3 μm y un grosor de 0,9 nm. Se utilizó la espectroscopia confocal Raman combinada con el análisis multivariante para estudiar la interacción de la GONP y las células vivas. Se demuestra que las bandas Raman superpuestas debidas a las GONP y a las biomoléculas de las células pueden separarse claramente con este enfoque. Se utilizó el análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales para comparar los datos espectrales recogidos de las células expuestas a la GONP con los datos espectrales recogidos de las células de control no expuestas, y los datos espectrales de las células expuestas a un surfactante conocido por inducir la apoptosis. Nuestros análisis muestran que las GONP se adhieren fácilmente a las células, formando láminas que cubren una gran fracción de las superficies celulares, e inducen pequeños cambios químicos. En particular, se infieren modificaciones químicas de las proteínas y los lípidos en las células epiteliales del pulmón. Sin embargo, las GONP no disminuyen la viabilidad celular. Por el contrario, se observa una mayor proliferación celular. Nuestros resultados arrojan nueva luz sobre las interacciones del GO y, en contraste con algunos informes anteriores, sugieren que el GO no es tóxico. El análisis de espectroscopia Raman hiperespectral empleado aquí debería ser aplicable a otros campos de la nanomedicina como método analítico no perturbador y libre de etiquetas.

El mecanismo de toxicidad crónica para Daphnia magna inducido por el grafeno suspendido en una columna de agua

El grafeno (GN) se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones. Por ello, corre el riesgo de ser liberado en los medios acuáticos. Sin embargo, su toxicidad para los organismos acuáticos, especialmente la toxicidad crónica, no se ha convertido en una preocupación seria. Este estudio evaluó la toxicidad aguda y crónica del GN para la Daphnia magna comparando los efectos tóxicos del GN con los de otros tres nanomateriales de carbono típicos, el fullereno (C60), el nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT) y el nanotubo de carbono de pared múltiple (MWCNT). Los resultados indicaron que el GN promovía el crecimiento y la reproducción de los dáfnidos a bajas concentraciones, de forma similar a los otros tres CNM. Esto puede deberse a la adsorción de elementos nutritivos en el medio de exposición por parte de los CNM con altas áreas superficiales, lo que aumentó la ingestión de elementos nutritivos por parte de los dáfnidos. En concentraciones elevadas, los cuatro CNMs inhibieron el crecimiento y la reproducción de los dáfnidos en diferentes grados. La toxicidad del GN fue significativamente mayor que la de los otros tres CNM, aunque la bioacumulación del GN en D. magna fue relativamente menor. La estructura especial y la adsorción sustancial en la superficie de los daphnids pueden explicar principalmente la mayor toxicidad del GN para los daphnids

Síntesis, caracterización y perfil de toxicidad de un hidrogel de óxido de grafeno y metformina como sistema de liberación sostenida de metformina in vitro

En este trabajo se presenta un sistema de liberación sostenida de clorhidrato de metformina (MH) para su aplicación in vitro. El hidrogel de clorhidrato de metformina (MH) conjugado con óxido de grafeno (GO) fue sintetizado y bien caracterizado mediante técnicas espectroscópicas como la espectroscopia UV-Visible y la espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FT-IR). Los espectros UV-Vis mostraron un pico característico del GO a 232 nm y un hombro a 315 nm, del mismo modo los espectros FTIR mostraron picos característicos del GO a 1614,09 cm-1, 1374,93 cm-1 y 1106,55 cm-1 y un pico de vibraciones OH a 3377 cm-1. El hidrogel GO + MH mostró un amplio pico IR característico a 3009 cm-1 que se atribuye a las vibraciones acumuladas de estiramiento O-H y N-H. Las técnicas microscópicas como la microscopía electrónica de barrido (SEM), la microscopía electrónica de transmisión (TEM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM) también se realizaron para la caracterización del hidrogel.  También se monitorizó el potencial zeta del GO (-42 mV) antes y después de su gelificación con metformina (-4 mV). Todas las técnicas biofísicas validaron la síntesis exitosa del GO y su conjugación con la metformina a través de interacciones de hidrógeno y electrostáticas. También se investigó el comportamiento de liberación de metformina a partir del hidrogel GO + MH (proporción 1:10) durante un período de 24 h en un entorno de pH simulado de los experimentos in vitro y se determinó una liberación acumulativa de casi el 66%. Estos datos indican que la utilización efectiva del hidrogel GO + MH sintetizado puede realizarse para estudios terapéuticos en condiciones in vitro. También se realizó un perfil de toxicidad del GO en la línea celular HepG2 utilizando el ensayo MTT después de 24 horas de incubación y se descubrió la naturaleza biocompatible del GO incluso a una concentración de dosis de 100 μg/ml.

Toxicidad de los nanomateriales basados en grafeno frente a diferentes cepas bacterianas: Una revisión exhaustiva

Los nanomateriales, incluido el grafeno y sus derivados, han alcanzado una inmensa popularidad entre la comunidad científica debido a sus propiedades únicas. El grafeno (G), el óxido de grafeno (GO), el óxido de grafeno reducido (rGO) y sus nanocompuestos han demostrado poseer un enorme potencial en el campo de la nanomedicina. Los nanomateriales de la familia del grafeno (GFN) se han utilizado ampliamente en diferentes campos, entre ellos las formulaciones antibacterianas. Los mecanismos subyacentes a la toxicidad de los GFN implican la interacción de los bordes afilados de los derivados del grafeno con la pared celular bacteriana, la transferencia de carga y la formación de un gran número de especies reactivas de oxígeno. El uso de derivados del grafeno, incluidos los nanocompuestos de GO-Ag, las nanoplanchas de polidopaminegrafeno, las NPs de óxido de hierro rGO, el Pluronic-GO, los nanotubos de carbono-óxidos de hierro G, los compuestos de Ag-rGO-Fe3O4-polietilenimina, el ZnO-GO y la cistamina-GO ha revelado una fuerte acción antibacteriana contra una variedad de bacterias. En este artículo, se ha intentado abarcar los últimos enfoques propuestos en diversas investigaciones basadas en la acción antibacteriana de los nanomateriales basados en el grafeno y sus compuestos

Las nanohojas de óxido de grafeno mitigan la toxicidad del desarrollo del TDCIPP en el pez cebra mediante la activación de la cadena respiratoria mitocondrial y el metabolismo energético

El óxido de grafeno (GO), un novedoso nanomaterial de carbono bidimensional, ha mostrado un enorme potencial de utilización en la fabricación inteligente y la protección del medio ambiente. Paralelamente, el tris(1,3-dicloro-2-propil) fosfato (TDCIPP) está ampliamente distribuido en el medio acuático y representa una gran amenaza para la salud del ecosistema. Sin embargo, los conocimientos relacionados con este tema siguen siendo inexistentes en cuanto al impacto del GO en los riesgos biológicos del TDCIPP. En este caso, el GO redujo significativamente las tasas de mortalidad y malformación del pez cebra inducidas por el TDCIPP en un 28,6% y un 41,8%, respectivamente. La disminución de la actividad de las enzimas de la cadena respiratoria mitocondrial (MRC) y del ATP inducida por el TDCIPP fue mitigada por GO. La integración de la proteómica y la metabolómica reveló que el TDCIPP indujo obviamente la regulación a la baja de las proteínas y los metabolitos implicados en el citoesqueleto, la función mitocondrial, el metabolismo de los carbohidratos y los aminoácidos, y el ciclo del TCA, pero las alteraciones fueron atenuadas por la GO. El GO promovió principalmente la actividad de la CRM, el metabolismo de los carbohidratos y la β-oxidación de los ácidos grasos, activando así el metabolismo energético del pez cebra y provocando efectos antagónicos en la toxicidad del desarrollo del TDCIPP. Estos resultados proporcionan una visión novedosa sobre la coexposición del GO con otros contaminantes y promueven la reconsideración de los riesgos ambientales del GO.

Fabricación de un nanocompuesto de Fe3O4/grafeno con excelente biocompatibilidad y no toxicidad como agente de contraste negativo para RMN

Presentamos un enfoque sencillo para sintetizar un nanocompuesto dispersable en agua con nanopartículas (NPs) de Fe3O4 unidas al grafeno (G), que combina el crecimiento de las NPs de Fe3O4 y la reducción del óxido de grafeno (GO) en un solo paso. La singular estructura superficial hidrofílica del nanocompuesto Fe3O4/G hace que sea coloidalmente estable, no citotóxico, bien dispersable y biocompatible en solución acuosa, lo que se ha comprobado mediante bioexperimentos. Las pruebas in vivo también demuestran que el nanocompuesto de Fe3O4/G, que puede ser eliminado del cuerpo a través de los procesos metabólicos, es inofensivo para el cuerpo vivo. Y lo que es más importante, el nanocompuesto de Fe3O4/G mostró una relajación de T2 (123,04 mM-1 s-1) que indica su potencial como agente de contraste T2 sensible.

Resumen gráfico

Un enfoque fácil basado en la reducción química in situ ha preparado nanocompuestos de Fe3O4/G biocompatibles y no tóxicos que mostraron una alta relajación de T2 (123,04 mM-1 s-1) indicando su potencial como agente de contraste T2 ultrasensible.

Evaluación de la toxicidad pulmonar y sistémica tras la exposición pulmonar a nanoplacas de grafeno: un miembro de la familia de nanomateriales basados en el grafeno

Antecedentes

El grafeno, una monocapa de carbono, es un nanomaterial de ingeniería (ENM) con propiedades físicas y químicas que pueden ofrecer ventajas de aplicación sobre otros ENM carbonosos, como los nanotubos de carbono (CNT). El objetivo de este estudio fue evaluar comparativamente la toxicidad pulmonar y sistémica de las nanoplacas de grafeno, un miembro de la familia de nanomateriales basados en el grafeno, con respecto al tamaño de las nanoplacas.

Métodos

Se caracterizaron tres tamaños de nanoplacas de grafeno [20 μm de lado (Gr20), 5 μm de lado (Gr5) y <2 μm de lado (Gr1)] que oscilaban entre 8 y 25 nm de grosor para determinar las diferencias en el área superficial, la estructura, el potencial zeta y la aglomeración en el medio de dispersión, el vehículo para los estudios in vivo. Los ratones fueron expuestos por aspiración faríngea a estos 3 tamaños de nanoplacas de grafeno en dosis de 4 o 40 μg/ratón, o a negro de humo (CB) como material de control carbonoso. A las 4 h, 1 día, 7 días, 1 mes y 2 meses después de la exposición, se realizó un lavado broncoalveolar para recoger líquido y células para analizar la lesión e inflamación pulmonar. Se evaluó el aclaramiento de partículas, la histopatología y la expresión génica en el tejido pulmonar. Además, se midieron los niveles de proteínas y la expresión génica en la sangre, el corazón, la aorta y el hígado para evaluar las respuestas sistémicas.

Resultados

Todas las muestras de Gr estaban compuestas de forma similar por dos estructuras de grafito y se aglomeraban en distintos grados en la DM en proporción a la dimensión lateral. La superficie de Gr1 era aproximadamente 7 veces mayor que la de Gr5 y Gr20, pero era menos reactiva por m2. En la dosis baja, ninguno de los materiales Gr indujo toxicidad. A la dosis alta, la exposición a Gr20 y Gr5 aumentó los índices de inflamación y lesión pulmonar en el líquido de lavado y la expresión génica tisular en mayor grado y duración que Gr1 y CB. Gr5 y Gr20 no mostraron hipertrofia e hiperplasia epitelial pulmonar, o fueron mínimas, y no desarrollaron fibrosis a los 2 meses de la exposición. Además, los genes inflamatorios y de fase aguda de la aorta y el hígado se elevaron transitoriamente en Gr5 y Gr20, en relación con Gr1.

Conclusiones

La toxicidad pulmonar y sistémica de las nanoplacas de grafito puede depender del tamaño lateral y/o de la reactividad de la superficie, y las nanoplacas de grafito de más de 5 μm de lado inducen una mayor toxicidad que alcanza su punto máximo en los primeros momentos posteriores a la exposición, en comparación con las nanoplacas de grafito de 1-2 μm.

Mecanismos de toxicidad similares entre el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono de pared múltiple oxidados en Microcystis aeruginosa

En los microorganismos fotosintéticos, la toxicidad de los nanomateriales de carbono (CNM) se caracteriza típicamente por una disminución del crecimiento, la viabilidad y la fotosíntesis, así como por la inducción del estrés oxidativo. Sin embargo, actualmente no está claro cómo la forma de la estructura del carbono en los MNC, como en los nanotubos de carbono (CNT) unidimensionales en comparación con el óxido de grafeno (GO) bidimensional, afecta a la forma en que interactúan con las células. En este estudio, se compararon los efectos del GO y de los CNTs multipared oxidados en la cianobacteria Microcystis aeruginosa para determinar las similitudes o diferencias en la forma en que los dos CNMs interactúan con la cianobacteria e inducen su toxicidad. Utilizando el cambio en las concentraciones de clorofila a, las concentraciones efectivas que inducen una inhibición del 50% (EC50) a las 96 h son de 11,1 μg/mL y 7,38 μg/mL para el GO y los CNT, respectivamente. La EC50 de los dos CNMs no resultó ser estadísticamente diferente. Los cambios en la fluorescencia del diacetato de fluoresceína y del diacetato de 2′,7′-diclorodihidrofluoresceína, medidos a las concentraciones EC50, sugieren una disminución de la actividad de la enzima esterasa, pero sin estrés oxidativo. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido y transmisión no mostraron daños extensos en la membrana de las células expuestas al GO o a los CNT. En conjunto, la disminución de la actividad metabólica y de la actividad fotosintética sin estrés oxidativo ni daños en la membrana apoyan la hipótesis de que tanto el GO como los CNTs indujeron una toxicidad indirecta a través de mecanismos físicos asociados con el sombreado de la luz y la agregación celular. Esta toxicidad indirecta explica por qué las diferencias intrínsecas de forma, tamaño y propiedades de la superficie entre los CNT y el GO no dieron lugar a diferencias en la forma en que inducen la toxicidad a las cianobacterias.

Evaluación de los efectos de la exposición al grafeno en Danio rerio: Un enfoque molecular, bioquímico e histológico para investigar los mecanismos de toxicidad

Se ha demostrado que el grafeno induce toxicidad en mamíferos y crustáceos marinos; sin embargo, la información relativa al estrés oxidativo en peces es escasa. El objetivo de este estudio fue evaluar el mecanismo de toxicidad del grafeno en diferentes tejidos de Danio rerio, considerando diferentes parámetros de estrés. Los animales fueron inyectados por vía intraperitoneal (i.p.) con 10 μL de suspensiones que contenían diferentes concentraciones de grafeno (5 y 50 mg/L); se analizaron las branquias, el intestino, el músculo y el cerebro 48 h después. No hubo diferencias significativas en la expresión de los genes gclc (subunidad catalítica de la glutamato cisteína ligasa) y nrf2 (factor nuclear (eritroide derivado 2) similar a 2) tras la exposición. En cambio, las actividades de la glutamato cisteína ligasa (GCL) y de la glutatión-S-transferasa (GST) fueron moduladas y la concentración de glutatión (GSH) se redujo en diferentes tejidos y a diferentes concentraciones. Se observó daño lipídico en las branquias. Se realizaron análisis histológicos para observar si la exposición podía inducir daños patológicos en estos tejidos. Los resultados mostraron efectos patológicos en todos los tejidos, excluyendo el intestino, tras la exposición a ambas concentraciones. En general, estos resultados indican que el grafeno induce diferentes grados de efectos toxicológicos que dependen del órgano analizado, con distintos efectos patológicos en algunos y efectos oxidativos en otros. Sin embargo, el cerebro y las branquias parecen ser los principales órganos diana de la toxicidad del grafeno.

Efectos de los nanomateriales en la toxicidad de los metales: Estudio de caso de la familia del grafeno sobre el Cd

Los efectos de los nanomateriales (por ejemplo, el grafeno (G)) sobre la toxicidad del Cd son poco claros. Se sabe que la mezcla de contaminantes puede mostrar un impacto más severo que el metal individual. Aquí, realizamos un estudio sistemático sobre los efectos de los nanomateriales en la toxicidad del Cd para Scenedesmus Obliquus (S. obliquus) con o sin la presencia de materiales de la familia del grafeno (GFMs) derivados del G, como el óxido de grafeno (GO) y el grafeno modificado con aminas (GNH). Nuestros resultados mostraron que la influencia de los GFMs en la toxicidad aguda del Cd para S. obliquus está en el orden de GO > G > GNH basado en su EC50 de Cd-GFMs. Los efectos de los GFMs sobre la citotoxicidad y el daño oxidativo del Cd a S. obliquus varían con las concentraciones de los GFMs. Las diferencias entre los efectos de los GFMs sobre la toxicidad del Cd pueden atribuirse a sus diferentes grupos funcionales superficiales que contienen oxígeno en los nanomateriales. La capacidad de adsorción de los nanomateriales sobre los iones metálicos, su dispersabilidad en el agua y su modo de interacción con los organismos, pueden dominar las principales contribuciones a sus efectos sobre la toxicidad del Cd. Nuestro estudio ayuda a aclarar la interferencia de las nanopartículas en la ecotoxicidad de los metales, para evitar el malentendido del riesgo potencial de los metales en los complicados entornos acuáticos

Toxicidad de mezclas de nanopartículas de óxido de zinc y óxido de grafeno para organismos acuáticos de distinto nivel trófico: las partículas superan a los iones disueltos

La liberación concomitante de diversas nanopartículas (NPs) de ingeniería en el medio ambiente ha suscitado la preocupación por su toxicidad combinada para los organismos acuáticos. Sin embargo, sigue siendo difícil distinguir la contribución a la toxicidad de los componentes de las mezclas de NP. En el presente estudio, evaluamos cuantitativamente la contribución relativa de las NPs en su forma particulada (NP(partícula)) y de los iones disueltos liberados de las NPs (NP(ion)) a la toxicidad combinada de las mezclas binarias de NPs de ZnO y nanoplaquetas de óxido de grafeno (NPs de GO) para tres organismos acuáticos de diferentes niveles tróficos, incluyendo una especie de alga (Scenedesmus obliquus), una especie de cladóceros (Daphnia magna) y una larva de pez de agua dulce (Danio rerio). Nuestros resultados revelaron que los efectos de las NPs de ZnO y de las NPs de GO fueron aditivos para S. obliquus y D. magna pero antagónicos para D. rerio. La contribución relativa a la toxicidad (RCT) de los componentes de la mezcla para S. obliquus disminuyó en el orden de RCTGO NP(partícula) > RCTZnO NP(partícula) > RCTZnO NP(ion), mientras que la RCT de los componentes de la mezcla para D. magna y D. rerio disminuyó en el orden de RCTZnO NP(partícula) > RCTGO NP(partícula) > RCTZnO NP(ion). Este hallazgo también implica que las partículas suspendidas, más que los iones Zn disueltos, dictaron la toxicidad combinada de las mezclas binarias de NPs de ZnO y NPs de GO para los organismos acuáticos de diferente nivel trófico. El alivio de la contribución a la toxicidad de la forma iónica de las NPs de ZnO fue causado por la adsorción de los iones disueltos en las NPs de GO. Además, las NP(partículas) de ZnO y las NP(partículas) de GO mostraron una contribución diferente a la toxicidad de la mezcla observada, en función del nivel trófico de los organismos acuáticos analizados. La diferencia de las contribuciones entre las dos formas de partículas se asoció principalmente a las diferencias en la acumulación intracelular de especies reactivas de oxígeno. Nuestros hallazgos ponen de manifiesto el importante papel de las partículas en el impacto ecológico de los sistemas multinanomateriales.

Ozonización mejorada con óxido de grafeno de la 5-cloro-2-metil-4-isotiazolina-3-ona: Cinética, vía de degradación y toxicidad

Kathon es uno de los biocidas no oxidativos más comunes, que contiene 5-cloro-2-metil-4-isotiazolin-3-ona (CMIT) y metilisotiazolona (MIT) como ingredientes activos. En nuestro trabajo anterior, se demostró que el MIT se eliminaba eficazmente mediante la ozonización. En este trabajo, descubrimos que la ozonización no degradaba fácilmente la CMIT. Las constantes de velocidad kO3,CMIT y k-OH,CMIT, determinadas como 6,43 L mol-1 s-1 y 7,8 × 109 L mol-1 s-1, indicaron que los radicales hidroxilo jugaron un papel más importante que la molécula de ozono en la ozonización de CMIT, lo que también se demostró por la inhibición significativa (55,7%) al añadir t-butanol (TBA). El óxido de grafeno (GO) mejoró en gran medida la ozonización de CMIT, y la eficiencia de la degradación aumentó del 15% al 100% después de 10 minutos a través de la mayor producción de radicales hidroxilo. Las condiciones básicas beneficiaron la degradación de CMIT en comparación con las condiciones ácidas y neutras al promover la descomposición del ozono y la generación de radicales hidroxilo, mientras que las altas concentraciones de carbonato y ácido húmico tuvieron una ligera influencia en la degradación de CMIT. A pesar de la complejidad de la matriz del agua, la degradación de CMIT mediante la ozonización potenciada por el GO fue aplicable en el concentrado de ósmosis inversa (ROC). Basándose en la identificación de los productos inorgánicos y orgánicos, se propuso una posible vía de degradación de CMIT. Sin embargo, los productos de transformación de CMIT siguieron mostrando toxicidad para Photobacterium phosphoreum y Daphnia magna incluso después de un tiempo de ozonización más largo.

Comparación de la toxicidad in vivo, la biodistribución de órganos y la respuesta inmunitaria de las láminas de grafeno prístinas, carboxiladas y con PEG en ratones albinos suizos: Un estudio de tres meses

Presentamos un informe exhaustivo de 3 meses sobre la toxicidad aguda y crónica del grafeno de pocas capas (FLG) administrado por vía intravenosa (20 mg kg-1) y sus derivados carboxilados (FLG-COOH) y PEGilados (FLG-PEG) en ratones albinos suizos. Los estudios de rastreo in vivo en animales enteros revelaron que, independientemente de las modificaciones de la superficie, el grafeno se acumuló predominantemente en los pulmones durante un período de 24 horas. La evaluación histológica y el mapeo espectral confocal ex vivo revelaron la mayor captación y retención en el tejido pulmonar, seguido del bazo, el hígado y el riñón, sin acumulación en el cerebro, el corazón o los testículos. La acumulación de FLG y FLG-COOH en los órganos indujo daños celulares y estructurales significativos en los pulmones, el hígado, el bazo y el riñón, que van desde la congestión leve hasta la necrosis, la fibrosis y la disfunción de la filtración glomerular, sin una eliminación apreciable. El análisis bioquímico del suero reveló que tanto el FLG como el FLG-COOH indujeron niveles elevados de marcadores de lesión hepática y renal. Los estudios cuantitativos de RT-PCR realizados en 23 marcadores críticos de inflamación y respuesta inmunitaria mostraron importantes alteraciones en el perfil de expresión génica de los animales tratados con FLG, FLG-COOH y FLG-PEG. El FLG-PEG, a pesar de su persistencia en el tejido del hígado y el bazo durante 3 meses, no indujo ninguna toxicidad o daño orgánico apreciable, y mostró cambios significativos en los espectros Raman, indicativos de su potencial de biodegradación.

Evaluación sistemática de la toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno para el comportamiento sexual y la salud reproductiva y de las crías de los ratones macho

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) han atraído una atención considerable en múltiples campos, especialmente en la investigación biomédica. Sin embargo, los efectos de los GQD en la salud reproductiva y de las crías en los mamíferos no están claros. Aquí mostramos que la exposición a los GQDs por vía oral o por inyección intravenosa no tuvo ningún efecto sobre la frecuencia y el momento de los comportamientos sexuales en ratones macho. Los ratones macho expuestos a la GQD conservaron una fisiología reproductiva estructural y funcional saludable (por ejemplo, producción y almacenamiento de esperma sano, mantenimiento de concentraciones normales de proteínas totales y enzimas clave en los testículos) de los testículos y epidídimos, así como niveles normales de testosterona. Las hembras de ratón alojadas con machos expuestos a GQD produjeron la primera, segunda y siguientes camadas de crías sanas sin diferencias evidentes con las hembras alojadas con machos tratados con tampón. Estos resultados pueden explicarse por la escasa toxicidad de las GQD en las células germinales y su rápida excreción tras la exposición en los ratones, principalmente a través de la orina y/o las heces; las GQD, incluso en dosis elevadas, son prácticamente indetectables en los testículos, epidídimos y cerebro de los ratones macho. Nuestros hallazgos revelan los efectos a corto y largo plazo de la exposición a las GQD en el comportamiento sexual, la actividad reproductiva y el desarrollo de las crías de los ratones machos, e indican los posibles mecanismos de acción de las GQD para proporcionar más información sobre su bioseguridad.

Evaluación y predicción de la toxicidad conjunta para las algas de las mezclas binarias de grafeno y líquidos iónicos

El grafeno y los líquidos iónicos (LI) liberados en el medio ambiente interactúan entre sí. Sin embargo, hasta ahora se ha prestado poca atención a los riesgos asociados a la exposición simultánea de la biota al grafeno y a los líquidos iónicos en el medio ambiente. La investigación que aquí se presenta se centró en observar y predecir los efectos de toxicidad conjunta en el alga verde Scenedesmus obliquus expuesta a mezclas binarias de grafeno intrínseco (iG)/óxido de grafeno (GO) y cinco ILs de diferentes tipos aniónicos y catiónicos. Los ILs aislados en las mezclas binarias fueron los principales contribuyentes a la toxicidad. Las mezclas binarias GO-IL produjeron una toxicidad conjunta más grave que las mezclas binarias iG-IL, independientemente de las proporciones de la mezcla. El mecanismo de la toxicidad conjunta puede estar relacionado con la capacidad de adsorción de los grafenos para los IL, la estabilidad de la dispersión de los grafenos en medios acuáticos y la modulación del estrés oxidativo inducido por las mezclas binarias. Una evaluación de la unidad tóxica mostró que las toxicidades del grafeno y de las IL eran aditivas a baja concentración de las mezclas, pero antagónicas a alta concentración de las mismas. Las predicciones realizadas mediante los modelos de adición de concentraciones y de acción independiente se aproximaron a las toxicidades conjuntas observadas, independientemente de los tipos de mezcla y de las proporciones de la misma. Estos hallazgos aportan nuevos conocimientos que resultan útiles para la evaluación de riesgos de las mezclas de nanopartículas artificiales y otros contaminantes relevantes para el medio ambiente.

La cascada de señalización p38 MAPK-SKN-1/Nrf es necesaria para la barrera intestinal contra la toxicidad del óxido de grafeno en Caenorhabditis elegans

La barrera biológica desempeña un papel crucial para los organismos contra la posible toxicidad de los nanomateriales artificiales (ENM). Se ha demostrado que el óxido de grafeno (GO) puede causar toxicidad en los organismos. Sin embargo, los mecanismos moleculares de la barrera intestinal de los animales contra la toxicidad del GO no están muy claros. Utilizando el sistema de ensayo in vivo de Caenorhabditis elegans, descubrimos que la mutación de los genes que codifican el núcleo de la vía de señalización de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) p38 causaba una propiedad susceptible a la toxicidad del GO y aumentaba la translocación del GO en el cuerpo de los nematodos. Los ensayos genéticos indicaron que SKN-1/Nrf funcionaba aguas abajo de la vía de señalización p38 MAPK para regular la toxicidad y la translocación del GO. El factor de transcripción SKN-1 podría regular la toxicidad y la translocación del GO al menos a través de la función de su gen objetivo gst-4, que codifica una de las proteínas de desintoxicación de fase II. Además, el ensayo de interferencia de ARN (RNAi) específico para el intestino demostró que la cascada de señalización p38 MAPK-SKN-1/Nrf podría funcionar en el intestino para regular la toxicidad del GO y la permeabilidad intestinal en los nematodos expuestos al GO. Por lo tanto, la cascada de señalización p38 MAPK-SKN-1/Nrf puede actuar como una base molecular importante para la barrera intestinal contra la toxicidad del GO en los organismos. La exposición al GO indujo un aumento significativo de la expresión de los genes que codifican la cascada de señalización p38 MAPK-SKN-1/Nrf, lo que implica además que la cascada de señalización p38 MAPK-SKN-1/Nrf identificada puede codificar un mecanismo de protección para los nematodos en el intestino contra la toxicidad del GO.

Interacción del óxido de grafeno con el arsenito y el arsenato coexistentes: Adsorción, transformación y toxicidad combinada

El extraordinario potencial de aplicación comercial del óxido de grafeno (GO) conducirá inevitablemente a su creciente liberación en el medio ambiente y, a continuación, afectará al comportamiento medioambiental y a la toxicidad de los contaminantes convencionales. Se investigaron las interacciones entre el arsenito [As (III)]/arsenato [As (V)] con el GO y su toxicidad combinada para la Chlorella pyrenoidosa. En condiciones abióticas, aproximadamente el 42% del As (III) adsorbido fue oxidado por el GO con iluminación solar simulada, lo que fue inducido por pares electrón-hueco en la superficie del GO. La coexposición con el GO aumentó en gran medida la toxicidad del As (III, V) para las algas. Al añadir 10 mg/L de GO, la concentración media del efecto del As (III) y del As (V) sobre C. pyrendoidosa en 72 horas disminuyó a 12,7 y 9,4 mg/L desde 30,1 y 16,3 mg/L en el tratamiento con As solo, respectivamente. Un posible mecanismo por el que el GO aumentó la toxicidad del As podría ser que el GO disminuyó la concentración de fosfato en el medio de las algas, y entonces aumentó la acumulación de As (V) en las algas. Además, las imágenes del microscopio electrónico de transmisión (TEM) demostraron que el GO actuó como portador para el transporte de As (III) y As (V) en las células de las algas. Asimismo, el GO indujo un severo estrés oxidativo, que podría haber comprometido posteriormente importantes vías de desintoxicación (por ejemplo, la complejación del As con el glutatión, la metilación del As y el flujo de As intracelular) en las células de las algas. Nuestros resultados ponen de manifiesto el importante impacto del GO en el destino y la toxicidad del As en el medio acuático.

Preparación de puntos cuánticos de grafeno emisores de color azul y su evaluación de toxicidad in vitro e in vivo

Hemos sintetizado y caracterizado los puntos cuánticos de grafeno que emiten color azul (BGQDs), que son mejores que los de otros GQDs sintetizados a partir de moléculas orgánicas. Se investigó la biocompatibilidad de los BGQDs con células y eritrocitos. La evaluación de las células cancerosas de carcinoma epitelial indicó que la mayoría de las células absorbieron con éxito los BGQDs y las pruebas de toxicidad no mostraron ningún efecto sobre la viabilidad celular. También se examinaron las alteraciones en la deformabilidad y la agregación de los eritrocitos humanos expuestos a los BGQD a diferentes concentraciones y tiempos de incubación. Estos resultados sugieren que los BGQDs son biocompatibles y no causan daños en la membrana celular, por lo que son nanomateriales prometedores para diversos diagnósticos y tratamientos médicos.

Avances en la investigación sobre la toxicidad fisiológica del grafeno en las plantas

El grafeno es uno de los nanomateriales de carbono más populares que se utiliza ampliamente en muchos campos debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. El aumento de la producción y la aplicación de materiales de grafeno ha provocado su entrada en el medio ambiente, con el consiguiente aumento de los riesgos para el medio ambiente y la salud humana. Por lo tanto, es importante dilucidar los posibles efectos tóxicos del grafeno y el mecanismo relacionado para evaluar su riesgo ecológico y su bioseguridad. Hasta la fecha, muchos estudios han informado de los efectos fisiotoxicológicos del grafeno en las plantas. La literatura mostró que el grafeno tenía efectos dependientes de la concentración en la respuesta fisiológica de las plantas, incluyendo la germinación de las semillas, el crecimiento, el estrés oxidativo, las características fotosintéticas, las hormonas de las plantas y los procesos metabólicos. En el futuro, es necesario establecer un sistema de evaluación de la fitotoxicidad ampliamente aceptado para la fabricación y el uso seguros del grafeno

Características y evaluación de la toxicidad de un andamio nanofibroso de gelatina/PCL electrospunido cargado con grafeno in vitro e in vivo

Antecedentes:  Los andamios nanofibrosos de gelatina/policaprolactona (Gt/PCL) electrohilados cargados con grafeno son nuevos nanomateriales con la propiedad única de la conductividad eléctrica, que han sido ampliamente investigados por sus potenciales aplicaciones en la ingeniería de tejidos cardiovasculares, incluyendo en los tractos de derivación para el bloqueo auriculoventricular.

Objetivo: Se produjeron con éxito esteras nanofibrosas de Gt/PCL/grafeno electrohilado. La micrografía electrónica de barrido mostró que las fibras con grafeno eran lisas y homogéneas. In vitro, para determinar la biocompatibilidad de los andamios, se sembraron andamios híbridos con diferentes fracciones de grafeno con miocitos ventriculares de rata neonatal. In vivo, los andamios de Gt/PCL con diferentes concentraciones de grafeno se implantaron en ratas durante 4, 8 y 12 semanas.

Resultados:  Los ensayos de CCK-8 y las tinciones histopatológicas (incluyendo DAPI, cTNT y CX43) indicaron que las células crecieron y sobrevivieron bien en los andamios híbridos si la fracción de masa de grafeno era inferior al 0,5%. Tras la implantación en ratas durante 4, 8 o 12 semanas, no se produjo ninguna acumulación de células inflamatorias alrededor de los nanomateriales según los resultados de la tinción HE.

Conclusión:  Los resultados indican que los andamios nanofibrosos de Gt/PCL cargados con grafeno tienen una conductividad eléctrica y unas propiedades biológicas favorables y pueden ser andamios adecuados para su uso en el tratamiento del bloqueo auriculoventricular. Estos hallazgos alivian las preocupaciones de seguridad y aportan nuevos conocimientos sobre las posibles aplicaciones del Gt/PCL cargado con grafeno, ofreciendo una base sólida para realizar estudios exhaustivos in vivo.

Toxicidad aguda de las nanoplaquetas de grafeno en el proceso de tratamiento biológico de aguas residuales

Este estudio investiga la toxicidad aguda del grafeno para las comunidades microbianas de los lodos. La toxicidad aguda se investigó con concentraciones que variaban de bajas a relativamente altas de grafeno (entre 0 y 300 mg L-1) para entender el impacto de diferentes concentraciones de grafeno en el proceso de tratamiento biológico de aguas residuales. Los experimentos se realizaron con una aireación continua de 10 horas utilizando reactores discontinuos para simular el proceso de tratamiento biológico de aguas residuales. Los resultados mostraron que el aumento de las concentraciones de grafeno en los reactores condujo a la disminución de la DQO, DBO5, amoníaco y eliminación de fosfatos. Además, la abundancia de bacterias oxidantes de amoníaco, monooxigenasa de amoníaco y bacterias acumuladoras de fosfato disminuyó junto con la actividad metabólica microbiana general de los lodos. La secuenciación profunda del ARNr 16S de la comunidad microbiana de los lodos expuesta a diferentes concentraciones de grafeno mostró que las abundancias de los dos filos más abundantes, es decir, Proteobacteria y Bacteriodetes, cambiaban con el aumento de las concentraciones de grafeno. Los resultados también mostraron que la liberación de concentraciones de grafeno a partir de 10 mg L-1 parece presentar un impacto a corto plazo en el proceso de tratamiento de aguas residuales

Hacia un agente avanzado de contraste de imágenes por resonancia magnética basado en el grafeno: Estudios de toxicidad subaguda y eficacia en pequeños animales

Los actuales agentes de contraste (CAs) para resonancia magnética (T1) basados en Gd3+ son subóptimos o inadecuados, especialmente en campos magnéticos más altos (>1,5 Tesla) para aplicaciones de resonancia magnética avanzadas, como la obtención de imágenes de la sangre, celulares y moleculares. Con el objetivo de desarrollar una CA de RMN T1 segura y más eficaz para estas aplicaciones, informamos sobre la toxicidad subaguda y las capacidades de mejora del contraste de una nueva CA de RMN de nanopartículas compuesta por nanopartículas de grafeno intercaladas con manganeso (Mn2+) funcionalizadas con dextrano (en adelante, Mangradex) en roedores. La toxicología subaguda realizada en ratas a las que se les inyectó Mangradex por vía intravenosa en dosis de 1, 50 o 100 mg/kg 3 veces por semana durante tres semanas indicó que las dosis ≤50 mg/kg podrían servir como posibles dosis de diagnóstico. La resonancia magnética de cuerpo entero a 7 Tesla realizada en ratones inyectados con Mangradex a una dosis diagnóstica potencial (25 mg/kg o 455 nanomoles de Mn2+/kg; ~2 órdenes de magnitud inferiores a la concentración de iones paramagnéticos en una dosis clínica típica) mostró un realce persistente (hasta al menos 2 horas) del contraste en las ramas vasculares (concentración de Mn2+ en sangre en estado estacionario = 300 ppb, por voxel = 45 femtomoles). Los resultados sientan las bases para un mayor desarrollo de Mangradex como sonda de RM vascular y celular/ molecular.

Evaluación de la toxicidad de las membranas de Nafion cargadas de óxido de grafeno y titanio en el pez cebra

El uso de nanomateriales en varios campos de aplicación ha recibido en las últimas décadas una gran atención debido a sus peculiares propiedades, pero también ha suscitado muchas dudas sobre la posible toxicidad cuando estos materiales se utilizan para algunas aplicaciones específicas, como la purificación del agua. De hecho, es necesario realizar una investigación minuciosa para excluir posibles efectos secundarios perjudiciales relacionados con el uso de la nanotecnología. Los efectos de las nanopartículas en los organismos marinos pueden depender de su composición química, tamaño, estructura de la superficie, solubilidad, forma y forma de agregación de las nanopartículas individuales. Para aprovechar al máximo su potencial, sin contaminar el medio ambiente, muchos investigadores intentan atraparlas en algún tipo de matriz que las mantenga activas pero que evite su dispersión en el entorno. En este estudio hemos ensayado membranas de nanocompuestos preparadas con el polímero Nafion combinado con diversos rellenos, como nanopartículas de TiO2 de tipo anatasa y óxido de grafeno. La no toxicidad de estos nanocompuestos, que ya habían demostrado su eficacia para aplicaciones de purificación de agua en nuestros estudios anteriores, se reconoció probando el efecto de los distintos materiales en embriones de pez cebra. El pez cebra se consideró un modelo excelente para los estudios ecotoxicológicos y para esta motivación se expusieron embriones de pez cebra a diferentes concentraciones de nanopartículas libres y a las membranas de nanocompuestos. Como biomarcadores de la exposición, se evaluó la expresión de la hemo-oxigenasa 1 y de la óxido nítrico sintasa inducible mediante inmunohistoquímica y expresión génica. Los ensayos de toxicidad en embriones mostraron que ni los efectos subletales ni la mortalidad fueron causados por las diferentes nanopartículas y nanosistemas probados. Sólo las larvas de pez cebra expuestas a las nanopartículas libres han mostrado una respuesta diferente a los anticuerpos anti-heme-oxigenasa 1 y anti-óxido nítrico sintasa inducible. De hecho, el análisis de inmunolocalización ha puesto de manifiesto un aumento de la síntesis de estos biomarcadores.

Microflores de nitruro de carbono grafénico soportadas por nanopartículas de astilla para mejorar la degradación fotocatalítica del dimetoato mediante la adición de sulfito 

Dado que los pesticidas se encuentran ampliamente en el agua, sigue siendo un reto encontrar una tecnología económica y eficaz para eliminar los pesticidas organofosforados. Por lo tanto, se sintetizó un compuesto con nanopartículas de plata modificadas con óxido de grafeno y microfluentes de nitruro de carbono grafítico (Ag@CNG) mediante un proceso hidrotermal sencillo. Se construyó un novedoso sistema compuesto de fotocatálisis y activación de sulfito bajo luz visible (Vis/Ag@CNG/sulfito) para realizar la eliminación eficiente del pesticida dimetoato (DT). Los resultados de la caracterización mostraron que el efecto de resonancia plasmónica superficial (SPR) y la heterojunción ternaria podían promover la transferencia de fotoelectrones y mejorar la absorción de la luz visible. Además, el subproducto sulfito añadido podía ser activado por los agujeros para introducir el novedoso SO4-, y mejorar obviamente la descomposición del DT. Además, se detallaron los efectos de los parámetros de funcionamiento y del electrolito de soporte en la degradación del DT. Especialmente, se revelaron en profundidad las vías de degradación y el mecanismo del DT mediante experimentos de atrapamiento y análisis GC-MS combinados con cálculos teóricos. También se evaluó exhaustivamente la evolución de la toxicidad de los productos. La degradación de diferentes contaminantes demostró que el nuevo sistema compuesto presentaba un gran potencial de aplicación para la eliminación de contaminantes refractarios y nocivos en el agua.

Imágenes de luminiscencia y evaluación de la toxicidad de los puntos cuánticos de grafeno mediante modelos in vitro

Los puntos cuánticos de grafeno (GQDs) han sido de gran interés debido a su tamaño y características ópticas, que mejoran cuando se añaden grupos funcionales a sus bordes y defectos. En este trabajo se investigó la toxicidad in vitro de la dispersión acuosa de GQDs (con aminofuncionalización) en dos modelos celulares diferentes (S. cerevisiae y línea celular H9c2). Los resultados en la levadura sugieren que, hasta un 25% de concentración en volumen, el efecto de todos los GQDs ensayados fue únicamente inhibitorio y, en ambos modelos celulares, el efecto tóxico es rigurosamente dependiente de la dosis. La comparación de los valores de IC50 de todos los GQDs ensayados no revela variaciones significativas entre ellos, señalando al ácido cítrico no carbonizado como el precursor más tóxico. Los datos obtenidos sugieren que la funcionalización hace a los GQDs menos tóxicos, siendo el funcionalizado con tioacetamida ligeramente más tóxico, seguido de los funcionalizados con tiourea y glutatión, respectivamente. Los resultados confirman que su toxicidad es característica en su conjunto, y no como la suma de la toxicidad de los precursores. En ambos modelos, las concentraciones de hasta el 2 % no mostraron una toxicidad significativa. Finalmente, las imágenes de microscopía de fluorescencia sugieren que los GQDs interactúan con la membrana celular y entran en la célula, manifestando propiedades fluorescentes

Información de apoyo: Graphene in the Aquatic Environment: Adsorción, dispersión, toxicidad y

La capacidad de adsorción es uno de los principales factores que impulsan la creciente aplicación de los GFN en diversas

tecnologías. Para un determinado adsorbato, la mejora de la capacidad de adsorción puede lograrse modificando la superficie/estructura de los GFNs. En la mayoría de los estudios, las áreas superficiales de los GFNs eran inferiores a 500 m2/g (Tabla S1); mucho menos que el área superficial específica teórica del grafeno de una sola capa (2600 m2/g) (Park et al., 2009). La exfoliación posterior (Lotya et al., 2009) y la activación química (Zhu et al., 2011) son dos enfoques eficaces para mejorar el área superficial de los GFN multicapa; la activación química puede inducir la formación de GFN porosos con áreas superficiales de hasta 3100 m2/g. Otro factor importante es la flexión de los GFN en el agua. Las láminas de GFN, especialmente las de una o pocas capas, tienden a curvarse, doblarse y ondularse en el agua debido a la flexibilidad estructural de los materiales (Yang et al., 2010). Nuestra investigación anterior sobre los CNTs reveló que los CNTs con diferentes diámetros mostraron diferentes capacidades de adsorción después de la normalización del área superficial (Wang et al., 2011), y la curvatura óptima de los CNTs también dependía de la estructura del propio adsorbato (Zuo et al., 2011; Pan et al., 2008). Por lo tanto, se cree que existe una curvatura óptima de los GFN para la adsorción de una molécula orgánica o un ion metálico específico. Además, la modificación de la superficie podría ser eficaz para crear más sitios de adsorción en las GFN. Por ejemplo, al aumentar la oxidación, el GO tendría más grupos funcionales para la complejación de los iones metálicos; la fuerza de la interacción también podría aumentar debido a una mayor atracción electrostática y a la interacción ácido-base de Lewis. Además, la modificación de la superficie con EDTA también aumentó la capacidad de adsorción del GO para el Pb (II) de 328 a 479 mg/g (Madadrang et al., 2012).

Tinte semipermanente de óxido de grafeno reducido: Durabilidad y toxicidad

Dado que muchos tintes convencionales para el cabello contienen supuestos carcinógenos, tóxicos e irritantes para la piel, se exploró un tinte para el cabello de óxido de grafeno reducido (r-GO) como alternativa a los tintes convencionales. Se ha descubierto que este tinte disminuye la electricidad estática y conduce el calor. Se planteó la hipótesis de que el r-GO presentaría una toxicidad ambiental insignificante y sería significativamente más duradero que el tinte capilar convencional. El óxido de grafeno y el r-GO se produjeron por los métodos citados en la literatura. Para examinar la toxicidad del r-GO, se realizó un ensayo de toxicidad acuática aguda del r-GO durante 48 horas utilizando 150 Daphnia magna. Se encontró que las concentraciones de r-GO en el ensayo de toxicidad aguda de Daphnia magna incluían significativamente más muertes que las soluciones de control. Esto no respalda la hipótesis de que el r-GO mostraría una toxicidad acuática insignificante, aunque se necesitan más estudios porque las soluciones de r-GO eran significativamente más ácidas que el control. Para examinar la durabilidad del r-GO, se utilizó la espectroscopia UV-Vis para medir las longitudes de onda y las absorciones del tinte capilar r-GO en 80 muestras de cabello humano tras sucesivos lavados. Mientras que el tinte r-GO al 5,00 % en peso resultó ser el tinte r-GO más eficaz (mediante ANOVA; � = 0,05), el tinte de control fue significativamente más duradero que cualquier tinte r-GO, lo que no apoyó la hipótesis. Para futuros estudios, se sugiere el uso de la espectroscopia de masas para controlar la pureza y una gama más amplia de concentraciones. Entre las posibles implicaciones de este tinte se encuentran ayudar a las personas a regular su temperatura corporal en condiciones extremas y crear una tecnología que interactúe con el cuerpo.

Grafeno funcionalizado con hidróxido de magnesio similar a las plaquetas para mejorar la seguridad contra incendios, la supresión del humo y la reducción de la toxicidad de la resina epoxi

Con el rápido desarrollo de los materiales híbridos basados en grafeno, se fabricaron varios de ellos para mejorar la seguridad contra incendios de la PE. Sin embargo, el efecto del contenido de GO en el material híbrido sobre la retardancia de la llama de los materiales compuestos de PE es raramente reportado. Con el fin de encontrar la proporción óptima de GO/Mg(OH)2, se sintetizó grafeno con función de Mg(OH)2 en forma de plaquetas (GPM) con diversos contenidos de GO y luego se presentó en la resina EP para mejorar su resistencia al fuego. Diversas caracterizaciones confirmaron su composición, estructura y morfología. La incorporación de GPM con un 1% de GO aumentó la resistencia a la tracción en un 31,6% en comparación con la del Mg(OH)2 sin tratar. El GPM que contiene alrededor del 5% de GO mostró la mejor seguridad contra el fuego en varios composites EP. Las evaluaciones de seguridad contra el fuego ilustraron que el índice de oxígeno limitante (LOI) del compuesto EP con 3 wt% de GPM progresó hasta el 27,8% en comparación con el EP virgen (24,4%). Paralelamente, en comparación con el EP virgen, la tasa de liberación de calor máxima, la tasa de producción de humo máxima, la producción total de humo y la tasa de producción de CO máxima del EP/5GPM disminuyeron en un 50,9%, 44,0 %, 25,5% y 53,1%, por separado. La investigación del mecanismo reveló que la prominente retardación de la llama y la supresión del humo se atribuyeron a la barrera física del GO, la descomposición endotérmica del Mg(OH)2, el efecto barrera del MgO y el efecto sinérgico entre el GO y el Mg(OH)2 hacia la carbonización optimizada. En perspectiva, la estructura jerárquica de las plaquetas con efecto sinérgico ofreció un enfoque eficaz para el polímero a prueba de fuego

Plataforma basada en láminas de óxido de grafeno para el cultivo de células madre pluripotentes inducidas: toxicidad, adherencia, crecimiento y aplicación

Se prepararon las láminas de óxido de grafeno (GO) mediante la suspensión de GO en agua desionizada ultrapura o en Pluronic F-68 utilizando un baño ultrasónico. Se llevó a cabo la caracterización total de las láminas de GO. Los resultados de la suspensión de GO en agua mostraron un excelente crecimiento y adhesión celular. La plataforma de GO/Pluronic F-68 para el crecimiento y la adhesión de las células madre derivadas del tejido adiposo (ASCs) que exhibe excelentes propiedades para estos procesos. El GO en suspensión de agua mostró una inhibición del crecimiento celular por encima de 5 μg/mL En el estudio in vivo con GO suspendido en agua (100 μg/mL) en ratas Fisher 344 mediante administración i.p. mostró una baja toxicidad. A pesar de que las partículas de GO se acumulan en la cavidad intraperitoneal, este hecho no interfirió en la absorción final del GO. Los niveles de AST (aspartato aminotransferasa) y ALT (alanina aminotransferasa) (función hepática) no difirieron estadísticamente en todos los grupos experimentales. Asimismo, los niveles de creatinina y urea (función renal) no difirieron estadísticamente en todos los grupos experimentales. En conjunto, los datos sugieren el gran potencial de las láminas de óxido de grafeno como plataforma para los ACS, así como, nuevo material para el tratamiento de varias enfermedades urológicas.

Cribado de la toxicidad in vitro de los nanomateriales de grafeno

Los nanomateriales de la familia del grafeno (GFN), con sus propiedades fisicoquímicas únicas (por ejemplo, conductividad eléctrica y térmica, fuerte resistencia mecánica, alta área superficial)[1, 2], están suscitando un gran interés de investigación en diferentes campos de la nanotecnología, como la nanoelectrónica, las tecnologías de energía y sensores y la biomedicina [2, 3]. Las aplicaciones generalizadas del grafeno y sus derivados, denominados nanomateriales de la familia del grafeno (GFN), están aumentando la preocupación por su seguridad para la salud humana, derivada de la exposición laboral, del consumidor y del medio ambiente [4, 5]. Sin embargo, la investigación sobre la toxicidad de los GFN es limitada y controvertida, y todavía es necesario realizar una evaluación adecuada del riesgo toxicológico [1, 6]. En el marco del proyecto PLATOX, financiado por el FP7-SIINN ERANET on Nanosafety, se seleccionaron nanomateriales de grafeno disponibles en el mercado, que incluían grafeno de una sola capa (nº 1,nº 2), óxido de grafeno (nº 5), multicapa (nº 4,nº 7), grafeno carboxílico (nº 3) y nanoplaquetas de óxido de grafeno (nº 6), y se evaluó su toxicidad in vitro en macrófagos RAW 264. 7 (0-50 µg/cm2) evaluando sus efectos tanto en la viabilidad celular como en la dinámica del ciclo celular. Se utilizó el negro de humo (nº 8) como material de referencia. La viabilidad celular se investigó mediante la liberación de lactato deshidrogenasa (LDH) y ensayos de AlamarBlue (AB). La dinámica del ciclo celular se analizó mediante citometría de flujo. El grafeno carboxílico (nº 3) y los grafenos de una sola capa (nº 1,nº 2) deterioraron notablemente la actividad metabólica de los macrófagos. La liberación de LDH, aunque aumentó en todos los nanomateriales tras 48 horas de exposición, fue un criterio de valoración menos sensible. La dosis de referencia 30 (BMD30) de cada GFN se calculó a partir de los resultados obtenidos en los dos ensayos (Tabla 1). Los resultados del AB mostraron así que la toxicidad de los GFN aumenta con el tiempo de exposición. En cuanto al efecto de los GFN en la dinámica del ciclo celular de las células RAW 264.7, los resultados mostraron que los grafenos de una sola capa y las nanoplaquetas de grafeno (# 4,# 7) indujeron un aumento del % de la población sub-G0/G1, lo que indica daños en el ADN, y un aumento del coeficiente de variación del pico completo G0/G1, que apunta a una putativa clastogenicidad. En conclusión, estos hallazgos ponen de manifiesto la importancia del cribado comparativo de la toxicidad in vitro de los GFN, con el objetivo final de establecer una clasificación toxicológica

La síntesis ecológica del ácido grafeno-fúlvico de baja toxicidad con una brecha de banda abierta mejora la desmetilación del metilmercurio

La desmetilación del metilmercurio ha recibido mucha atención. Aquí se propone un nuevo método químico para la desmetilación del metilmercurio. El ácido grafeno-fúlvico (FA, un material omnipresente en el medio ambiente), de baja toxicidad, se sintetizó sin el uso de un reactivo químico. El grafeno-FA hibridado presentó una brecha de banda abierta indirecta de 2,25-2,87 eV, así como una adecuada dispersión acuosa. Y lo que es más importante, el grafeno-FA hibridado presentó eficiencias fotocatalíticas 6 y 10 veces mayores para la desmetilación del metilmercurio que el FA y el FA libre con grafeno, respectivamente. Este resultado implica que el AF inmovilizado, en lugar del libre, aceleró la catálisis. Además, se identificaron el ion mercúrico inorgánico, el mercurio elemental y el óxido mercúrico como los principales productos de desmetilación. En el caso del AF libre con grafeno, el grafeno apaga el AF de estado excitado, inhibiendo la desmetilación por transferencia de electrones. Por el contrario, el grafeno del grafeno-FA autoensamblado sirve como depósito de electrones, provocando la separación de pares de electrones-huecos. El grafeno-FA mostró una toxicidad insignificante hacia las microalgas en comparación con el grafeno. Los resultados anteriores revelan que la síntesis verde de grafeno y moléculas orgánicas es una estrategia conveniente para obtener cocatalizadores eficaces

Regulación de la tolerancia al Cd del yute (Corchorus olitorius L.) con nanoplanchas de óxido de grafeno y respuestas a la toxicidad

El óxido de grafeno (GO) se utiliza ampliamente en varios campos científicos, como la bioquímica y la ciencia medioambiental y vegetal, debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas. Sin embargo, hay pocos conocimientos sobre la influencia del GO en el crecimiento y la tolerancia al cadmio (Cd) de las plantas utilizadas para la remediación ambiental. Se investigó la regulación de las nanohojas de GO sobre la tolerancia al Cd en el yute (Corchorus olitorius L.) y las respuestas de toxicidad de la planta. Se cultivaron plántulas de yute en un sistema acuático contaminado con Cd en presencia de GO a diferentes concentraciones (5, 10 y 20 mg/L). En este trabajo se evaluaron varios parámetros, como la biomasa seca, el contenido de clorofila, el nivel de especies reactivas de oxígeno y las actividades de las enzimas antioxidantes. Los resultados sugieren que los efectos de la exposición al GO en la tolerancia de las plantas al Cd son dependientes de la concentración; a bajas concentraciones, el GO podría promover el crecimiento del yute y estimular las actividades de las enzimas antioxidantes y reducir el estrés oxidativo para facilitar la absorción de Cd en las plántulas de yute y mejorar la tolerancia al Cd. Sin embargo, el GO en altas concentraciones podría inhibir el crecimiento de la planta, disminuir la absorción de Cd y aumentar el estrés oxidativo. Este estudio desarrolla una posible aplicación de las nanohojas de GO para la remediación del Cd a bajas concentraciones; sin embargo, todavía está en las primeras fases de exploración. Además, los riesgos potenciales de la liberación de altas concentraciones de GO requieren más investigación.