Nuevas estrategias para el control analítico de nanopartículas de oro mediante técnicas híbridas y su aplicación en estudios toxicológicos

Resumen

En las últimas décadas, el uso de nanomateriales en diferentes campos, como el de los alimentos, la tecnología, el medio ambiente, los cosméticos, el textil y la medicina, ha crecido rápidamente. Entre ellos, las nanopartículas metálicas y, más específicamente, las nanopartículas de oro exhiben excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas. La exposición a nanopartículas de oro aumentará sustancialmente en los próximos años y puede tener un impacto desconocido en el medio ambiente y la salud humana, por lo que son necesarios ensayos toxicológicos in vitro. En los sistemas biológicos utilizados en estos estudios, las nanopartículas de oro pueden sufrir diferentes transformaciones. Por lo tanto, es necesario desarrollar métodos analíticos para el estudio de las nanopartículas de oro, así como para realizar controles toxicológicos y ambientales. De esta manera, esta Tesis se centra en el desarrollo de métodos que utilizan técnicas híbridas para el control analítico de nanopartículas de oro en muestras complejas. El primer capítulo resume el papel de los nanomateriales en el contexto de la química analítica con especial interés en las nanopartículas de oro. Se revisan los conceptos básicos más importantes, en términos de propiedades, aplicaciones y toxicidad de las nanopartículas de oro, así como las técnicas empleadas para su análisis. El segundo capítulo resume los materiales y equipos utilizados en esta Tesis. El tercer capítulo proporciona una visión general de los logros actuales y los desafíos futuros de la metrología analítica para los nanomateriales. Se presentan referencias seleccionadas y se hace una discusión crítica para ilustrar este importante papel de la metrología aplicada al nano-mundo. Además, una metodología analítica basada en el fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimétrico acoplado a espectrometría de masas de plasma de acoplamiento inductivo ha sido desarrollada para separar las nanopartículas de oro por forma. Nos hemos centrado específicamente en la separación de nanobarras y nanoesferas de oro porque estas últimas son la principal impureza en la síntesis de nanobarras mediante los procedimientos de crecimiento de semillas. Esta técnica puede ser utilizada como herramienta de control de calidad. Finalmente, en el cuarto capítulo, se han desarrollado metodologías analíticas basadas en el acoplamiento de cromatografía líquida de fase reversa o fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimétrico a espectrometría de masas de plasma de acoplamiento inductivo para estudiar nanopartículas de oro y especies disueltas de oro en medio de cultivo celular (Dulbecco's Modified Eagle Medium, con un 10 % de suero fetal bovino y antibióticos) y una línea celular de adenocarcinoma cervical humano utilizados para ensayos toxicológicos in vitro. Además, estos estudios toxicológicos se han llevado a cabo bajo diferentes variables experimentales relacionadas tanto con las características de la nanopartícula de oro (tamaño, concentración y medio de estabilización) como con las condiciones del cultivo celular (tiempo de incubación y porcentaje de suero fetal bovino). La captación celular de las nanopartículas de oro se evaluó mediante diferentes técnicas, como espectrometría de masas de plasma de acoplamiento inductivo, fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimétrico acoplado a espectrometría de masas de plasma de acoplamiento inductivo y microscopía confocal. La ultrafiltración centrífuga, la microscopía electrónica de transmisión y la espectrofotometría de absorción ultravioleta-visible se han utilizado como técnicas complementarias para estudiar estos procesos. La citotoxicidad de las nanopartículas de oro se evaluó mediante ensayos colorimétricos. Los métodos desarrollados basados en técnicas híbridas, en combinación con técnicas complementarias, permitieron detectar transformaciones inducidas por el medio de cultivo celular y células en nanopartículas de oro y especies disueltas de oro, como un aumento en el volumen hidrodinámico y la oxidación, que son de gran interés para entender el comportamiento toxicológico de estos nanomateriales.