Vergara-MESA_REDONDA_NANOSEGURIDAD_DR_VERGARA

20/11/2012
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Estado del arte
Nanotecnologías
I+D
Aplicaciones actuales Nanomateriales Rasgos conducen por su impacto social a serios dilemas éticos y desequilibrio entre naciones. ‐ Beneficios en todas las esferas de la existencia humana.
‐Cambios de posibles usos en todos los sectores industriales, la biomedicina, la seguridad, la legalidad y los temas militares entre otros.
Relación
El ritmo de aparición, introducción en el mercado y uso de productos que contienen nanomateriales
Año 2011 ‐ Sector de consumo, 30 países ‐ más de 1300 productos.
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Estudios de evaluación y regulación de efectos nocivos (peligro) y la probabilidad de daño (riesgo) de los nanomateriales durante el ciclo de vida.
No establecen una realidad científica actual
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Estudios referentes al efecto de los nanomateriales para la salud humana documentados por modelos en biota y cultivos celulares, y algunos revelan la presencia de nanomateriales en el ambiente. c
i
c
l
o
Otros señalan que las mismas propiedades de los nanomateriales vinculadas a la superficie altamente reactiva y su facilidad de atravesar membranas y paredes celulares, podrían provocar serios peligros en proporción a su potencial grado de toxicidad.
v
i
d
a
Productos Químicos
Incorporado al consumo, debe cumplir con diferentes protocolos de estudio que valoran su toxicidad y riesgo sobre personas y medio ambiente. 20/11/2012
Nanomateriales
VS
Debido a las nuevas características físico‐químicas, los ensayos usados rutinariamente hasta la fecha, pueden resultar inadecuados. 3
¿Cuál es el problema?
I
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e
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e
. El hombre y su medio ambiente, se ven expuestos a los nanomateriales, de forma voluntaria o involuntaria. . La toxicidad y biodegradación de los nanomateriales, pueden provocar daños al equilibrio biológico de las diferentes especies a corto, mediano o largo. . Podrían interferir en las funciones vitales que cumplen los ecosistemas y en el ciclo de la cadena alimenticia por bioacumulación y persistencia..
Carácter precautorio, donde los estudios toxicológicos jugarán un papel protagónico en la evaluación de riesgo y el desarrollo de regulaciones apropiadas.
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Problema investigativo
Servicio I+D de Toxicología y Ecotoxicología de Nanomateriales
¿Cómo establecer y coordinar el trabajo nanotoxicológico dentro del ciclo de vida de los nanomateriales, para evaluar su impacto en la salud y el medio ambiente al tiempo que se desarrolla? Ej.
Desafío internacional
Nuevas pautas nanotoxicológicas 20/11/2012
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Nuevas pautas nanotoxicológicas Integralidad de sus características fisicoquímicas Propiedades particulares de cada nanomaterial.
tamaño, forma, reactividad, relación entre el volumen y la superficie, interacciones con otras partículas e interacción con las células de un organismo.
persistencia en el tiempo, la disolución paulatinamente en el agua, como penetran a los sistemas vivientes .
Nuevos indicadores absorción y solubilidad, biocompatibilidad, biodistribución, biodegradabilidad y la relación de interferencia nanomaterial/función celular.
Puede resultar difícil al surgir nuevas expectativas que propician efectos adversos, los posibles mecanismos de toxicidad relacionados a la exposición de las nanopartículas son muy complejos y dependen también de la vía de exposición, la dosis, la respuesta del organismo, la susceptibilidad y las propiedades fisicoquímicas específicas de cada partícula.
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El método para la evaluación de riesgo
Cuatro etapas de análisis de la exposición y el peligro. 1. Identificación del peligro.
2. Estimación de la relación dosis (concentración) / respuesta (efecto).
3. Evaluación de la exposición. 4. Caracterización y gestión del riesgo. Punto de partida para evaluar los riesgos de los nanomateriales. 20/11/2012
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Ruta estratégica
En el país cuenta con personal capacitado y en proceso de instrucción, los recursos tecnológicos tangibles para la nanocaracterización, síntesis y producción de nanomateriales y una infraestructura establecida.
Poner en marcha un centro real con un laboratorio centralizado y/o virtual (a través de la coordinación de diferentes laboratorios en diferentes centros)
Coordinación, colaboración e interrelación de los diferentes centros científicos, empresas y grupos de investigación que desarrollan los nanomateriales.
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Ruta estratégica
Laboratorio de ecotoxicología
• Pilar de importancia del servicio integral I+D al ser capaz de producir resultados científicos relevantes durante el proceso de desarrollo de esos materiales. • Ensayos ecotoxicológicos sobre varios organismos del ecosistema acuático y terrestre. •Existe una extensa bibliografía sobre ellos en el ámbito de la ecotoxicología, y algunas de estas pruebas son ratificadas internacionalmente dentro de ensayos con fines legales.
Objetivos
• Los protocolos deberán además ser evaluados periódicamente, en función de la aparición de nuevos nanomateriales que presenten nuevas características.
•Establecer nuevos biomarcadores para detectar efectos tempranos de un producto tóxico, recordando que la utilización de esta variable no tiene total utilidad para conocer la magnitud de los efectos que tendrán a niveles de organización superiores (población, comunidad o ecosistema). •Uso ostensible de organismos bioindicadores (organismos que aportan información sobre las condiciones ambientales de su hábitat mediante su presencia, ausencia y comportamiento), que sean representativos de diferentes niveles tróficos (niveles ecológicos). •La información combinada de estos diferentes organismos, permitirá reducir la incertidumbre y realizar una mejor estimación del impacto que los nanomateriales tendrán una vez en el medio ambiente. 20/11/2012
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Escenario de trabajo; participación, convergencia y relevancia.
El instituto, empresa o centro coordina con el Servicio I+D, para proporcionar muestras de las diferentes etapas de síntesis y de funcionalización de la superficie del material, a fin de estudiar la toxicidad de la nanopartícula y de los compuestos utilizados en su funcionalización. Estudios sobre organismos utilizados con fines normativos. El propósito de la primera etapa del proyecto es demostrar la necesidad y viabilidad de un servicio integral de nanotoxicología con un laboratorio de ecotoxicidad de nanomateriales. En una segunda etapa, se pretende incorporar más organismos a los ensayos y una mayor complejidad biológica (comunidades), ampliando así los objetivos propuestos, e incrementando la relevancia ambiental de los resultados. 20/11/2012
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Ruta estratégica
En este contexto
Las exigencias en precisar efectos e impactos al hombre y el medio
Discernir requisitos para la evaluación de riesgo
Creación de un servicio integral I+D
prevención, vigilancia, diagnóstico,
información, asesoramiento y asistencia toxicológica de interés nacional para las eventualidades nanotecnológicas, sobre la plataforma de centros experimentado, y el trabajo multidisciplinario conjunto de investigadores y expertos de este sector.
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¿Qué aportaría un servicio de nanotoxicología de nanomateriales
al Sistema cubano de I+D?
a)Se aprovecharía la experiencia de la toxicología cubana, aplicándola en el ámbito de los nanomateriales, generando así importantes sinergias entre grupos de investigadores que diseñan y sintetizan nanomateriales y aquellos encargados de valorar sus riesgos.
b) La información científica generada brindará conocimientos de elevado interés, sobre las interacciones entre la materia viva y un nuevo nanomaterial, en su ciclo de vida útil. Sustentarán las posibles aplicaciones clínicas, como los efectos indeseados a nivel toxicológico y ecotoxicológico, útiles para generar generalizaciones científicas.
c) La base de datos generada servirá para adaptar los procedimientos de producción de nanomateriales minimizando los riesgos, y encauzar nuevas tendencias de desarrollo e innovación, para la generación de un marco teórico‐práctico en las evaluaciones de riesgos y permitir el desarrollo legislativo y normativo en el tema de nanoseguridad para el país. d) Impacto sobre la capacitación del personal implicado en temas de prevención de riesgos y aplicación de medidas regulatorias. e) Su elevado nivel pluridisciplinario, fomentaría la coordinación, cooperación e interrelación de los diferentes actores implicados en el desarrollo de la nanotecnología en Cuba (organismos, centros de investigación, empresas nacionales y extranjeras). 20/11/2012
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Conclusiones
El Servicio I+D de Toxicología y Ecotoxicología de Nanomateriales en Cuba será capaz de producir resultados científicos relevantes durante el proceso de desarrollo de los nanomateriales; estos contribuirán en la creación del marco preventivo – normativo apropiado. Las técnicas y reglamentos desarrollados admitirán a los productos nanotecnológicos cubanos entrar en el mercado mundial. Además será el responsable de perfeccionar la capacitación y formación profesional, la ejecución de evaluaciones y gestión de riesgos, y el asesoramiento activo del empeño de nuevas medidas provisorias en el ámbito de la seguridad humana y ambiental de nanomateriales en este campo de desarrollo
exponencial.
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… “Es evidente que un número de factores complican la situación del planeta. Se pueden enumerar varios:…
... “5. Incapacidad del sistema económico dominante para el uso racional y eficiente de la ciencia y la técnica en la lucha contra plagas y enfermedades que agreden a la vida humana, los animales y los cultivos que la sostienen. La biotecnología transforma los genes y las transnacionales producen y emplean sus productos, maximizando las ganancias a través de la publicidad, sin seguridad para los que los consumen ni acceso para los que más los necesitan.
Entre esos productos, las novísimas moléculas nanotecnológicas ¿el término es relativamente nuevo? que se abren paso desordenadamente por las mismas vías…
…¿Hay remedios para estos peligros? Sí: conocerlos y asumirlos.
¿Cómo? Serían respuestas puramente teóricas. Háganselas por sí mismos los propios lectores, especialmente los y las más jóvenes, como suele decirse últimamente para no parecer discriminador de las mujeres. No esperen a ser primero Jefes de Estado “…
Fidel Castro Ruz
Reflexiones de Fidel. Lula (Cuarta y última parte).
Enero 31 de 2008. Publicado en Cubadebate 20/11/2012
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Muchas Gracias
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HIPERVINCULOS
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Secuencia ruta de investigación
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Laboratorio de ecotoxicología
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Organismos utilizados como bioindicadores ecotoxicológicos en la SETMA.
Organismos
Bioindicadores de ecosistemas acuáticos:
Bioensayo
Importancia para el estudio ecotoxicológico
Peces de agua dulce
‐Estudios de toxicidad (Brachydanio rerio;
aguda
Poecillia reticulata;
Son especies adaptables a las condiciones y procedimientos de mantenimiento en el laboratorio, así como a las manipulaciones sometidas. Existen las técnicas descritas y aceptada por normas y guías internacionales para realizar estudios de toxicidad aguda.
-Estudios de inhibición Algas
Esta constituye un productor primario de energía en la cadena del crecimiento (Clorella vulgaris)
alimentaria. Sirve de alimento a muchos organismos acuáticos.
(en implementación)
Es una pequeña monocotiledónea acuática, flotante libre, muy Plantas acuáticas ‐ Estudios de inhibición distribuida en el mundo desde el trópico hasta las zonas templadas.
(Lemna minor) del crecimiento
La familia tiene una distribución geográfica mundial y presenta su centro de origen en Sur América Tropical y Subtropical.
Los anfibios actúan como controladores biológicos al intervenir en las cadenas tróficas como consumidores de grandes volúmenes de -Estudios del estadio del insectos, arácnidos y moluscos. A su vez son presa de diferentes huevo hasta eclosión y grupos de animales incluyendo las aves. Poseen características Anuros
biológicas que permiten medir la salud de los ecosistemas, por lo metamorfosis.
(Osteopilus -Ensayo Estadio larva: cual son indicadores sensibles del deterioro ambiental y además de septentrionalis)
ser consumibles por el hombre. Se tiene conocimiento de su estudios agudos y fisiología, fácil mantenimiento en cautividad y mayor similitud con crónicos
los humanos en comparación con otras especies animales utilizadas en la experimentación.
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Organismos utilizados como bioindicadores ecotoxicológicos en la SETMA.
Bioindicadores de ecosistemas terrestres:
Organismos
Bioensayo
Importancia para el estudio ecotoxicológico
‐ Estudio por contacto en papel de filtro (screening) 72 horas.
Lombriz de tierra (Eisenia andrei)
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Componentes importantes en los ecosistemas terrestres, más del 60 por ciento de la biomasa animal del suelo, bioindicadores eficaces de posibles daños a la salud pública y a los ecosistemas. Brindan información de gran valor al vivir en contacto directo con el sustrato y alimentarse del mismo. Su presencia indica fertilidad del medio y ‐ Estudio de sustrato utilidad para estudiar perfiles del funcionamiento biológico y obtener información sobre la contaminación de los suelos, artificial
ubicándolas dentro de los organismos de interés para evaluar •Agudo: (14 días)
•Subcrónico: (28 días) efectos tóxicos de compuesto o productos sobre el ecosistema. Su papel se extiende al componer la fuente de alimentos para •Reproducción: (2 numerosas especies de animales (mamíferos, aves y algunos peces).
meses)
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Organismos utilizados como bioindicadores ecotoxicológicos en la SETMA.
Bioindicadores de ecosistemas terrestres:
Organismos
Bioensayo
Importancia para el estudio ecotoxicológico
-Estudio de germinación Las plantas terrestres ven influenciado su desarrollo por factores de la semilla.
bióticos y abióticos, a través de su estudio se pueden determinar Plantas terrestres -Estudio de emergencia. efectos del detrimento ocurrido en el compartimento del suelo y (Representante de aire provocados por la llegada de diferentes xenobióticos al -Estudio de vigor monocotiledónea y entorno. Muchas constituyen cultivos de relevancia económica, vegetativo.
dicotiledónea)
-Estudio de inhibición factor que hace necesario conocer el impacto que tienen las diferentes partículas que son liberadas al ambiente.
de la raíz.
Aportan un método eficiente de control biológico. Los bioensayos ‐ Estudios agudos oral y se realizan con especies polinizadoras, como las abejas y otras tres especies de insectos, que representen al menos dos de los contacto residual en abejas Apis mellifera. siguientes grupos: dípteros parasíticos, hemípteros predadores, Insectos Benéficos
coleópteros predadores, ácaros predadores, neurópteros ‐ Estudios agudos o (Apis mellifera,
subcrónico; inmersión, predadores, himenópteros parasíticos. La abeja Apis mellifera, es Chrysopa exterior, y oral, y contacto residual utilizada en la producción comercial de la miel y es el polinizador Trichogramma en Chrysopa exterior. comercial más importante de los cultivos agrícolas. Cualquier pintoi)
‐ Estudios agudos oral producto agrícola utilizado como plaguicida debe incluir la evaluación de su impacto potencial sobre esta especie, lo que hace en Trichogramma necesario el control toxicológico, al existir la posible contaminación pintoi.
indirecta al hombre y otros organismos.
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Recursos tecnológicos tangibles para la nano‐caracterización.
Tabla 1. Técnicas de Microscopía. (SEM‐TEM, SPM y CLSM).
Técnicas
Equipos y Prestaciones
Microscopio SPM con Espectrómetro Raman acoplado‐modelo Spectra, útil para microscopía óptica de campo claro, contraste de fase y polarización y microscopía de barrido de prueba túnel y fuerza Atómica, así como espectrometría efecto Raman e imagen confocal.
Microscopio SPM para material biológico, de Barrido de Sonda con Celdas para líquidos modelo Vita, con asistencia en la observación a régimen AFM de muestras sólidas en medio líquido, medición de fuerzas muy pequeñas y complementación de imagen SPM Microscopía AFM
Microscopios de Fuerzas con imagen óptica.
Microscopio de Barrido de Sonda para la enseñanza modelo Nanoeducator, con Atómica
(AFM, por sus siglas en prestaciones en la microscopía de Barrido por Túnel (STM), de Fuerza Atómica (AFM) y nanolitografía.
inglés Atomic Force Microscopio Electrónico de Barrido con detectores TE y EDS, Modelo MIRA III para Microscope)
imagen de electrones secundarios, retro‐ dispersados y transmitidos, así como composición elemental cualitativa y cuantitativa, mapeo de RX. Y criomicroscopía.
Microscopio de Barrido LASER Confocal, modelo FV 1000 con prestaciones en la microscopía óptica de campo claro, polarización y de contraste de Interferencia Diferencial (DIC), microscopía de fluorescencia confocal y resolución de estructuras en 3D y de procesos dinámicos.
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Recursos tecnológicos tangibles para la nano‐caracterización.
Tabla 2. Técnicas de Cromatografía (HPLC y LCMS); Espectrometría (FTIR, UV‐VIS y FRX),
Técnicas
Cromatografía
Espectrometría
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Equipos y Prestaciones
Cromatografía Líquida Ultrarrápida (UFLC) y Convencional (HPLC). Modelo Prominence, con elevada sensibilidad y resolución para realización de trabajos de separación y purificación, resolución de estructuras múltiples a velocidades ultra altas y ahorro significativo de solventes.
Cromatógrafo Líquido con Espectrómetro de Masa. Modelo LCMS 8030, de elevada sensibilidad y resolución para la detección e identificación de trazas de sustancias tóxicas, metabolitos de fármacos, estudios de vitaminas en diferentes medios líquidos.
Espectrómetro de Fluorescencia de Rayos X. Modelo EDS 800, útil para la determinación cualitativa y cuantitativa de los elementos del Carbono al Uranio, análisis no destructivo de muestras sólidas y líquidas, detección de elementos desde ppm hasta 100%, y rápida detección de metales pesados en muestras variadas.
Espectrómetro de Fluorescencia de Rayos X. Modelo EDS 800, útil para la determinación cualitativa y cuantitativa de los elementos del Carbono al Uranio, análisis no destructivo de muestras sólidas y líquidas, detección de elementos desde ppm hasta 100%, y rápida detección de metales pesados en muestras variadas.
Micro Espectrómetro Infrarrojo con Transformada de Fourier. Modelo IR Prestige 21, que permite la caracterización rápida de microcantidades de polímeros y otros materiales el análisis de láminas delgadas de naturaleza orgánica y el mapeo de composición superficial.
Espectrofotómetro Ultravioleta Visible. Modelo UV 1800, para análisis cualitativos y cuantitativos de materiales variados, estudio de variaciones de absorbencia en función del 23
tiempo, investigación de aminoácidos, DNA y otras estructuras de interés bioquímico.
Recursos tecnológicos tangibles para la nano‐caracterización.
Tabla 2. Otras de metrología y el control de la calidad (DLS, SDC, Diafractómetro de Rx de polvos).
Medidor de Tamaño de Partículas DLS (Dispersión Dinámica de la Luz. Z‐Sizer). Modelo IG‐1000 para hacer medición rápida y reproducible con alto poder estadístico en las mediciones, cubre el rango de interés en Nanotecnología (0.5 a 200 nm).Utiliza la dielectroforesis para formar una red de difracción a partir de las nanopartículas, para luego medir sus diámetros a partir del tiempo requerido para la difusión de la red de difracción. Instrumento de valor para medir nanomateriales electrónicos, metales, materias primas para maquinaria, catalizadores, cosméticos, farmacéutica, y medio ambiente. Calorímetro diferencial de Barrido SDC, técnica termoanalítica donde la diferencia de Otras técnicas para calor entre una muestra y una referencia es medida como una función de la temperatura. Útil para la caracterización de materiales con un alto rendimiento y facilitar la metrología y funcionalidad de estos, su uso se enmarca en estudios de las llamadas transiciones el control de la calidad térmicas de primer orden (fusión, solidificación, cristalización y demás), estudio de polimorfismo, identificación estudios de polímeros, así como investigaciones de oxidaciones, determinación de purezas y estudios cinéticos.
Diafractómetro de Rx para polvos, a través de solución de difracción de polvos compacta, automatizada para procesos de control industrial y el control de calidad. Minimiza los tiempos de ciclo de las muestras en la cadena de procesos desde la preparación hasta el resultado, con suficiencia corta para un alto flujo de muestras y/o un rápido feed‐back. A pesar de su velocidad, el sistema mantiene su flexibilidad analítica. Realiza el análisis de fase cualitativo y cuantitativo, el análisis de perfil de pico, la determinación de tensión residual y soluciones estructurales. 20/11/2012
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Extraído de Navarro, E., et al., Environmental behavior and ecotoxicity of engineered nanoparticles to algae, plants, and fungi. Ecotoxicology, 2008. 17(5): p. 372‐386.), 20/11/2012
Entre otros efectos los nanomateriales (NM) que penetraran en organismos fotosintéticos podrían alterar la fotosíntesis, reduciendo la fijación de CO2 (1); los NM adsorbidos (2) o depositados (3) en las superficies de plantas y algas, podría reducir la disponibilidad de luz y dificultar el intercambio gaseoso (4) alterando también la fotosíntesis; los NM en la atmosfera, podrían alterar la formación de lluvia (5), modificando las precipitaciones; los impactos de los NM en bacterias, hongos y fauna edáfica (6) afectarían a la respiración de los suelos (7), y otros fenómenos dependientes de la textura de suelos, como el transporte de agua (8) o gases (9); también se verían afectadas las relaciones simbióticas (10). Todo ello conduciría sin duda a empeoramientos de tres de los servicios básicos que nos prestan los ecosistemas: el reciclado de los nutrientes (11), la depuración del agua (12) y la producción de biomasa de todo tipo (13).
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… “Nuestra época se caracteriza por el avance acelerado de la ciencia y la tecnología. Estemos o no consciente de ello, es lo que determina el futuro de la humanidad, se trata de una etapa enteramente nueva. La lucha real de nuestra especie por su propia supervivencia es lo que prevalece en todos los rincones del mundo globalizado”…
Fidel Castro Ruz
Reflexiones de Fidel. Lo que Obama conoce
Abril 27 de 2012. Publicado en Cubadebate 20/11/2012
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