nanomateriales en la salud
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Elaborado por: N. González, mayo 2021
Nanomateriales en la salud
Seminario “Día Mundial de la Metrología”
Red Nacional de Metrología, Chile - Instituto Nacional de Normalización, Instituto Nacional de Salud Pública
20 de mayo del 2021
Elaborado por: N. González, mayo 2021
Contenido
• Generalidades de los nanomateriales
• Beneficios y posibles riesgos
• Actividades internacionales
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Elaborado por: N. González, mayo 2021
¿Qué es nanotecnología?
1 nm = 0.000000001 m3
Elaborado por: N. González, mayo 2021
Tipos de nanomateriales
Producidos de
manera natural
Antropogénico
(incidental)
Antropogénico
(diseñado)
Incendio forestal Motores a combustión,
de jets
Tamaño y forma
controlados
Rocío del mar Incineradores Semiconductores
Ceniza volcánica Contaminación interior Orgánicos
Erosión Construcción y
demolición
Inorgánicos
Virus Humo de cigarro, de
soldaduras
A base de carbono
Nanotecnología
• Liposomas
• Dendrímeros
• Polímeros
nanocompuestos
• Nanopelículas
• Nanogeles
• Máquinas
moleculares
• Etc.
• Puntos cuánticos
• Partículas
magnéticas
• Partículas metálicas
• Nanoalambres
• Nanoconchas
• Nanorodillos
• Etc.• Fullerenos
• Nanotubos
• Grafeno y
derivados
• Puntos de carbono
• Nanodiamantes
• Etc.By Original hochgeladen von Schwarzm am 30. Aug 2004; Selbst gemacht mit
C4D/Cartoonrenderer, GNU FDL - German Wikipedia, original upload 29. Dez 2004 by
APPER, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=350208
By Marko Petek - Own work, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39356193
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Nanomateriales
Nanoobjetos(una o más dimensiones externas
en la nanoescala)
Materiales
nanoestructurados(estructuras internas o
superficiales en la nanoescala)
Nanopartículas(3 dimensiones
externas en la
nanoescala)
Nanofibras(min. 2 dimensiones
externas en la
nanoescala)
Nanoplacas(min. 1 dimensiones
externas en la
nanoescala)
CompuestosAgregados,
aglomerados
Sistemas
nanoporosos-------
100 nm
100 n
m
100 nm
100 n
m
100 n
m
Moore, Colin. (2018). Engineered nanomaterials and human health: Part 1. Preparation, functionalization and
characterization (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 90. 10.1515/pac-2017-0101.
Clasificación de los nanomateriales
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Elaborado por: N. González, mayo 2021
¿Por qué se utilizan los nanomateriales?
Beneficios positivos
Mody, Vicky V., Singh, Ajay and Wesley, Bevins. "Basics of magnetic nanoparticles for their
application in the field of magnetic fluid hyperthermia" European Journal of Nanomedicine, vol. 5,
no. 1, 2013, pp. 11-21.
https://csb.mgh.harvard.edu/highlights/epr
Propiedades mejoradas
Smith, A.M. & Nie, Sh. (2004). Chemical analysis and cellular imaging with quantum dots.
Analyst, Vol. 129, No. 8, pp. 672-677
Kattke, Michele & Gao, Elizabeth & Sapsford, Kim & Stephenson, Larry & Kumar, Ashok. (2011).
FRET-Based Quantum Dot Immunoassay for Rapid and Sensitive Detection of Aspergillus
Amstelodami. Sensors (Basel, Switzerland). 11. 6396-410.
Magnetita (4 nm)
Magnetismo
Aplicaciones
Emisión
CdSe (8 nm)
Haruta, M. Catalysis Today 1997, 36, 153http://old.vscht.cz/monolith/
Au (10 nm)
Reactividad
Resistencia
Dureza
Penetración en
barrerasConductividad
térmica
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Elaborado por: N. González, mayo 2021
Propiedades fisicoquímicas de los nanomateriales
Adaptada de la ref.: Hassellöv, M. and Kaegi, R. (2009). Analysis and
Characterization of Manufactured Nanoparticles in Aquatic Environments. In
Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology 7
Elaborado por: N. González, mayo 2021
Aplicaciones de las nanotecnologías
Ejemplos de dispositivos médicos
integrando nanomateriales
Ambiente
Alimentos
Energía
Electrónica
Automotriz
Textil
Cosméticos
Salud
Laboral
Animal
Implantes
médicos
Agentes de
contraste
Cuidado de
heridas
AIMD
Catéteres
Rellenos y compuestos
dentales
IVD
Injerto de
hueso sintético
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Nanotecnología en medicina
Diagnóstico
In vitro, in
vivo
Imágenes
médicas
In vivo
Terapéutica
Sistemas y
dispositivos
Vacunas
https://www.pewtrusts.org/en/research-and-analysis/issue-briefs/2019/05/what-are-in-vitro-diagnostic-tests-and-how-are-they-regulated
Key J, Leary JF. Nanoparticles for multimodal in vivo imaging in nanomedicine. Int J Nanomedicine. 2014;9(1):711-726
https://www.medgadget.com/2019/02/self-assembled-hybrid-drug-delivery-vesicles-for-safe-passage-through-bloodstream.html
https://news.usc.edu/172028/coronavirus-vaccine-covid-19-development-approval-usc-experts/
https://www.imperial.ac.uk/bioengineering/research/regenerative-medicine-and-biomaterials/
Medicina
regenerativa
Biomateriales
https://en.wikipedia.org/wiki/Nanocrystal#/media/File:ASUTAJ_=_CCDB_code._Ag-
S_nanocrystal_as_described_in_doi_10.1002SLASHanie.200352351.png
https://vitasome.com/technology/
Clogston, J.D., Hackley, V.A., Prina-Mello, A. et al. Sizing up the Next Generation of
Nanomedicines. Pharm Res 37, 6 (2020). 9
Elaborado por: N. González, mayo 2021
Vacunas – ejemplo SARS-Cov-2
Crédito de la foto: Alissa Eckert, MSMI; Dan Higgins, MAMS.
https://www.cdc.gov/media/subtopic/images.htm
Crédito de imagen: C. Zhang, G. Maruggi, H. Shan, J. Li, Front. Immunol. 2019, 10, 594.
Candidatos de vacunas con base a nanopartículas para SARS-CoV-2
Desarrollador Tipo de vacuna Plataforma Estado
Moderna/NIAID LNP encapsulated mRNA ARN Fase 3
BioNJTech/Fosum
Pharma/Pfizer
LNP encapsulated mRNA ARN Fase 1/2
Imperial College
London
LNP-nCoVsaRNA ARN Fase 1
Novavax Full length recombinant
SARS-CoV-2
glycoprotein nanoparticle
Subunidad
proteica
Fase 1/2
Adaptada de: Ruiz-Hitzky, E., Darder, M., Wicklein, B., Ruiz-Garcia, C., Martín-Sampedro, R., del, G., Aranda, P., Nanotechnology Responses to COVID-19. Adv. Healthcare Mater. 2020, 9, 2000979.
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Elaborado por: N. González, mayo 2021
Dispositivos de protección respiratoria
A. Tcharkhtchi, N. Abbasnezhad, M. Zarbini Seydani, N. Zirak, S. Farzaneh, M. Shirinbayan. An
overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration,
Bioactive Materials, Volume 6, Issue 1, 2021, Pages 106-122.
𝐸 = 1 − 𝑒𝑥𝑝
−4𝛼𝐸𝑓𝑡
𝜋𝑑𝑓 = 1 −𝑁𝑠𝑁𝑒
𝐸𝑓 ≈ 𝐸𝑅 + 𝐸𝐼 + 𝐸𝐷 + 𝐸𝐺 + 𝐸𝐷𝑅
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Métodos de prueba actuales para medir la eficiencia de filtración
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Imagen: https://tsi.com/products/filter-testers/automated-filter-tester-8130a/
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¿Existe un riesgo en su uso?
Riesgos potenciales Incertidumbre sobre el riesgo
• Ambiental
• Biológico
• Toxicológico
• Límite de exposición
• Modo de acción
• Las propiedades cambian con el tamaño• ¿Pueden algunos tamaños y composiciones tener
efectos adversos para la salud?
• Implicaciones para el sistema regulatorio del gobierno
Mismo químico, diferentes formas
Mismo químico, diferentes tamaños
• ¿Pueden los nanomateriales atravesarbarreras biológicas?
• ¿Cuáles son nuestras responsabilidades yprecauciones?
• ¿En el laboratorio?
• ¿En la fábrica o en el ambiente?
• ¿En los productos de consumo?
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Precaución como una primera respuesta
Inhalación: Las partículas inhaladas
inducen inflamación en el tracto
respiratorio causando daño en los
tejidos.
Rutas de exposición
Exposición dérmica: Las partículas
pueden entrar la organismo por medio
de la piel. En la actualidad, aún no se
conocen los peligros potenciales.
Ingestión: Las nanopartículas pueden
causar daño hepático. Se ha
encontrado que las nanopartículas
ingeridas se acumulan en el hígado.
Las respuestas inmunoinflamatorias
excesivas causan daño hepático
permanente.https://www.cleanpng.com/png-computer-icons-portable-
network-graphics-scalable-7160386/download-png.html
Sanches Priscila Laviola, Geaquinto Luths Raquel de Oliveira, Cruz
Rebecca, Schuck Desirée Cigaran, Lorencini Márcio, Granjeiro José
Mauro, Ribeiro Ana Rosa Lopes, Toxicity Evaluation of TiO2 Nanoparticles
on the 3D Skin Model: A Systematic Review, Frontiers in Bioengineering
and Biotechnology, 8, 2020, pp 575. 14
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Propiedades que podrían afectar la toxicidad de los nanomateriales
Nanomaterial
Tamaño
Forma
Composición
Solubilidad
Aglomeración
Carga
Características de la
superficie
Estructura cristalina
Impurezas
Grupos funcionales
unidos
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Therefore, on
the basis of the study by Heinrich
et al. [1995] and the pattern of
pulmonary inflammatory
responses, NIOSH has determined
that exposure to ultrafine TiO2
should be
considered a potential
occupational carcinogen.
https://www.cdc.gov/niosh/pubs/cib_date_desc_nopubnumbers.html
Results from recent animal studies indicate that carbon
nanotubes (CNT) and carbon nanofibers (CNF) may pose
a respiratory hazard. CNTs and CNFs are tiny,
cylindrical, large aspect ratio, manufactured forms of
carbon. There is no single type of carbon nanotube or
nanofiber; one type can differ from another in shape, size,
chemical composition (from residual metal catalysts or
functionalization of the CNT and CNF) and other physical
and chemical characteristics. Such variations in
composition and size have added to the complexity of
understanding their hazard potential. Occupational
exposure to CNTs and CNFs can occur not only in the
process of manufacturing them, but also at the point of
incorporating these materials into other products and
applications. A number of research studies with rodents
have shown adverse lung effects at relatively low-mass
doses of CNT and CNF, including pulmonary
inflammation and rapidly developing, persistent fibrosis.
Although it is not known whether similar adverse health
effects occur in humans after exposure to CNT and CNF,
the results from animal research studies indicate the
need to minimize worker exposure.
2013
2011
NIOSH Current Intelligence
Bulletins
(CIBs)
• Describe los peligros
• Límites de exposición
NIOSH Recommended
Exposure Limit:
– 300 μg/m3 para nano TiO2
– 1 μg/m3 para CNT y CNF
• Como y donde medir
• Límites de los controles
Algunos estudios…
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Infraestructura de la calidad - Nanotecnologías
IQ
Metrología
Normalización
Acreditación
Evaluación de la
conformidad
✓ Mejora y asegura la calidad de los
productos y servicios
✓ Facilita el comercio
✓ Posibilita la innovación
“The system comprising the organizations
(public and private) together with the
policies, relevant legal and regulatory
framework, and practices needed to
support and enhance the quality, safety
and environmental soundness of goods,
services and processes.”
https://www.bipm.org/en/liaison-partners/inetqi
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Muchos países están participando en el desarrollo internacional de políticas,
normas/guías y metrología para las nanotecnologías por medio de canales
establecidos y organizaciones.
Actividades internacionales - Nanotecnologías
MetrologíaNANOMATERIALES (11)
• fullerenos (C60)
• SWCNT
• MWCNT
• nanopartículas de plata
• nanopartículas de oro
• dióxido de titanio
• óxido de cerio
• óxido de zinc
• dióxido de silicio
• dendrímeros
• nanoarcillas
METAS
• Información /
identificación
• Propiedades físico-
químicas
• Destino ambiental
• Toxicología ambiental
• Toxicología de
mamíferos
• Seguridad de los
materiales
Testing Programme of Manufactured
Nanomaterials
ISO/TC 229 Nanotechnologies
37 países miembros
18 países observadores
30 comités
de enlace de ISO
9 organizaciones
de enlace externas a ISO
PARTICIPAN
Incluidos México, Brasil,
Colombia de Latinoamérica
Participación de Institutos
Nacionales de Metrología:
NIST, NRC, CENAM, PTB,
NPL, LNE, CEM,
NMIJ, KRISS, NMISA
87 normas, 33 en desarrollo
Incluida Argentina
Incluidas:
OECD, VAMAS, IUPAC
JWG1
Terminología y
nomenclatura
JWG2
Medición y
caracterización
WG3
Salud, seguridad
y ambiente
WG4
Especificaciones
de materiales
TG 2 Sostenibilidad, consumo y dimensiones sociales
WG5
Productos y
aplicaciones
https://www.oecd.org/chemicalsafety/nanosafety/dossiers-and-endpoints-testing-
programme-manufactured-nanomaterials.htm
https://www.iso.org/committee/381983.html
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Metrología para nanomateriales
• Trazabilidad del resultado de la medición
• Patrones de medida y materiales de referencia
• Calibración de instrumentos
• Métodos validados
• Modelos adecuados para la estimación de la incertidumbre de medida
• Comparaciones internacionales
CCQM-P194 Determination of number
concentration of colloidal nanoparticles
https://www.bam.de/Content/EN/Projects/nPSize/npsize.html
BAM
NIST – 5 MRC, 6 RM
TiO2, PS, SWCNT, MWCNT,
np Au, np Ag, np Si
NRC – BNNT, CNC
JRC – TiO2 nanorods,
np Si
CENAM – np Ag (próximo a
disponibilidad), np Si (en desarrollo)
Procedure for Raman spectrometer
calibration
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SI : meter
Traceablelamp
Calibrated He-Ne laser
Spectrometer
CertifiedReferenceMaterial
Raman spectrum
TransferStandard
Otras actividades internacionales
• 15 países miembros –México y Brasil de Latinoamérica
• 9 organizaciones de enlace – ISO, ISO/TC 29, ISO/TC 202, APMP
• 16 Technical WorkingAreas (TWA) – 6 TWA relacionadas con nanomateriales
Versailles Project on Advanced Materials
and Standards (VAMAS)
Apoya el comercio mundial de productos que dependen de tecnologías de materiales
avanzados, por medio de proyectos de colaboración internacional destinados a
proporcionar la base técnica para mediciones, pruebas, especificaciones y estándares
armonizados.
http://www.vamas.org/
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Present and Future of Surface-Enhanced Raman Scattering
Judith Langer, Dorleta Jimenez de Aberasturi, Javier Aizpurua, Ramon A. Alvarez-Puebla, Baptiste Auguié, Jeremy J. Baumberg, Guillermo C. Bazan, Steven E. J. Bell, Anja Boisen, Alexandre G. Brolo, Jaebum Choo, Dana Cialla-May, Volker Deckert, Laura
Fabris, Karen Faulds, F. Javier García de Abajo, Royston Goodacre, Duncan Graham, Amanda J. Haes, Christy L. Haynes, Christian Huck, Tamitake Itoh, Mikael Käll, Janina Kneipp, Nicholas A. Kotov, Hua Kuang, Eric C. Le Ru, Hiang Kwee Lee, Jian-Feng
Li, Xing Yi Ling, Stefan A. Maier, Thomas Mayerhöfer, Martin Moskovits, Kei Murakoshi, Jwa-Min Nam, Shuming Nie, Yukihiro Ozaki, Isabel Pastoriza-Santos, Jorge Perez-Juste, Juergen Popp, Annemarie Pucci, Stephanie Reich, Bin Ren, George C. Schatz,
Timur Shegai, Sebastian Schlücker, Li-Lin Tay, K. George Thomas, Zhong-Qun Tian, Richard P. Van Duyne, Tuan Vo-Dinh, Yue Wang, Katherine A. Willets, Chuanlai Xu, Hongxing Xu, Yikai Xu, Yuko S. Yamamoto, Bing Zhao, and Luis M. Liz-Marzán
ACS Nano 2020 14 (1), 28-117
Elaborado por: N. González, mayo 2021
Reflexiones
• El aprovechamiento de las propiedades particulares de los nanomateriales siguen presentando una alternativa para dar solución a los problemas de salud.
• El universo de los nanomateriales es amplio y complejo…
• Es necesario el desarrollo de la nanotecnología de manera responsable con una plena apreciación de su impacto en la salud.
• Existen aún muchos retos por resolver tanto para los beneficios como para la evaluación del riesgo a la salud.
• La IQ es fundamental para el desarrollo y aprovechamiento responsable de los nanomateriales, especialmente el que estén soportados por mediciones comparables y trazables.
• Hay diversas iniciativas internacionales pero hay brechas entre los países especialmente de Latinoamérica.
• Es necesario buscar mecanismos de colaboración.
• …
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Elaborado por: N. González, mayo 2021
Muchas gracias por su atención
Norma González
Centro Nacional de Metrología
MÉXICO
Phone: +52(442) 211 0500
e-mail: [email protected]
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