Enfermedades por nanotubos

Los nanotubos (CNTs) son estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro (10-9 m), con longitud de hasta cm (figura 1). Es decir, son fibras muy finas y largas. Hay CNTs de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro, pero generalmente el término se aplica a los nanotubos de carbono, descubiertos por S. Iijima en 1991 a partir de fullerenos, y descritos en 1985 por Smalley y Kroto, por lo que se les concedió el Premio Nobel de Química en 1996.

Los nanotubos pueden ser de pared simple (SWCNTs) o multipared (MWCNTs).

Los grafenos son un subtipo de nanotubos y están considerados como el nuevo “wonder material”. Fueron descritos en 2004 por los rusos A. Geim y K. Novoselov, por lo que obtuvieron el Nobel de Física en 2010. El grafeno es una hoja casi plana de grosor 0,1 nm (de 1 átomo de carbono), con apariencia de hoja de panal. Pueden ser monocapa, bicapa y multicapa (entre 3 y 10 capas).

Aunque los nanotubos se conocen desde los años 80, e incluso antes, despertaron el interés investigador e industrial a principios de la década de los 90 de forma creciente. Desde 2006, la capacidad de producción aumenta exponencialmente, así como las publicaciones y patentes.

En la mayoría de los casos se utilizan formando parte de materiales compuestos, con resinas u otros materiales, lo que aumenta sus capacidades.

Tienen cualidades de conductores/semiconductores y son fibras de alta dureza y resistencia, bajo peso y producción industrial relativamente fácil y barata, ya que se obtienen a partir del grafito. Es decir, tienen propiedades muy amplias y variadas y una fácil producción. Esto explica su uso exponencial y también el creciente interés científico e industrial por conseguir nuevos materiales.

Usos

Las aplicaciones de los nanotubos son casi infinitas: electrónica, biotecnología, química, construcción, producción de energía, fricción/lubricación, implantes, tejidos especiales, transportes, filtros y muchas otras aplicaciones.

Estos enunciados, que parecen irreales, ya están en nuestra vida cotidiana. La utilización de MWNTs para las pilas de teléfonos móviles, notebooks, etc., ha sido un gran éxito comercial. Estas baterías, las últimas de grafeno, utilizan pequeñas cantidades de CNT (1%) en ánodo y cátodo.

Bonner expuso sus sospechas sobre las posibilidades patológicas de los nanotubos, teniendo en cuenta su semejanza estructural con las fibras de amianto

Respecto a la biotecnología, ya disponemos de dispositivos nanométricos de almacenaje y liberación «in situ» de drogas para tratamiento oncológico, y la producción de prótesis óseas, por ejemplo, no parece lejana. Tampoco conseguir sistemas de interconexión neuronal, la  solución para secciones neuronales.

Ya disponemos de tejidos especiales para uso deportivo (camisetas) y militar, y también de exoesqueletos.

Si conseguimos sustituir la tecnología de las desaladuras por nuevos filtros de nanotubos, que atrapen la sal con bajo gasto de energía, se podría solucionar la falta de agua en gran parte del mundo.

Patología producida por inhalación de nanotubos

En 2010, Bonner expuso sus sospechas sobre las posibilidades patológicas de los nanotubos, teniendo en cuenta su semejanza estructural con las fibras de amianto. Debemos puntualizar que los efectos dependen del tipo de CNT y de la vía utilizada ­­–no es lo mismo inhalar, instilar o aspirar; es más potente el efecto de la instilación traqueal– y de factores intrínsecos de los CNTs (dimensiones, número de capas, tipo de superficie, impurezas metálicas, etc.) o extrínsecos (modelo animal, dosis, tiempo de exposición, condiciones experimentales…).

Respecto al asma bronquial, disponemos ya de evidencias en modelos animales. Rydman (2014) muestra que en ratas, inhalando r-CNT (bastones) 4 horas durante 4 días, se produce infiltración eosinofílica, con aumento de la producción de moco, hiperreactividad medida con metacolina y aumento de Ac IgE específicos, que proponen un mecanismo similar al asma por irritantes.

Dong (2018), con MWCNT, muestra un aumento de IL33 IL13 y eosinófilos.

Chortatea (2017), utilizando tejidos humanos de donantes sanos y asmáticos con inhalación de MWCNT durante 5 días/semana en un periodo de 5 semanas, observa una respuesta inflamatoria y estrés oxidativo en ambos, pero más intenso y perdurable en los tejidos de asmáticos, lo que sugiere que los asmáticos son más susceptibles a la inhalación de MWCNTs.

En una revisión extensa de Ihrie y Bonner (2018), se demuestra la capacidad de nanopartículas y CNTs para exacerbar el asma y también para iniciarla, con aumento de producción de moco en la vía aérea y elevación de citokinas e IgE.

Y en una revisión de 108 trabajadores expuestos, Schubarger-Berigan (2018) expone que el 14% desarrollaron alergias respiratorias, en relación con tiempo de exposición y el 18% tenían CNT en esputo.

Sobre cáncer de pulmón, Sargent (2014) con ratones con DNA dañado más metilclorantene, inhalando durante 5 horas y 5 días/semana, muestra mayor incidencia de adenocarcinomas 17 meses después. Por su parte, Poland, utilizando MWCNT con ratones con p53 heterocigótico, muestra inducción de mesotelioma. Y en 2018, Duke estudia el p53, sugiriendo que, además de la deficiencia en este gen, son importantes las características geométricas de las fibras.