Para comprender mejor lo que sucede una vez que el asbesto ingresa al cuerpo humano, los investigadores observaron el mineral a nanoescala – ScienceDaily

Los investigadores biomédicos han pasado muchos años tratando de entender cómo el asbesto causa enfermedades, aunque aún se desconocen muchas piezas del rompecabezas. Tomando un enfoque completamente diferente, un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Pensilvania examinó cómo las interacciones cambian el mineral en sí.

«Muchos estudios han analizado la toxicidad del asbesto y queríamos abordar este problema desde el lado opuesto, no estudiando los efectos sobre las células, sino explorando lo que le sucede al mineral una vez dentro de la célula», dice Reto Gieré, profesor del Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de Penn en la Escuela de Artes y Ciencias y autor principal del trabajo, publicado en Informes científicos.

«Usamos técnicas experimentales de vanguardia, descendiendo a la nanoescala e incluso a la escala atómica para ver la transformación de los minerales», dice el primer autor Ruggero Vigliaturo, ahora profesor asistente en la Universidad de Turín, quien completó la investigación durante una beca postdoctoral. estudiar en Pensilvania. “Lo que hemos visto es que los minerales están sufriendo cambios que casi parecen defenderse de las células”.

La investigación surgió de una serie más grande de experimentos con asbesto realizados a través del Centro de Excelencia en Toxicología Ambiental de Penn. Aunque es un término común, la palabra «asbesto» no es científica, sino que se usa en la industria para referirse a una amplia gama de minerales con estructuras y composiciones químicas variables. En el trabajo en curso, Vigliaturo, Gieré y sus colegas se han centrado en el asbesto anfíbol, que se especula que es más peligroso que otras variedades.

Si bien gran parte de la investigación sobre la toxicidad del asbesto se ha centrado en cómo los tejidos del cuerpo responden al mineral, aquí los investigadores querían ver cómo respondía el mineral a la absorción por las células pulmonares humanas. En colaboración con investigadores del Instituto Nacional de Química de Eslovenia, Vigliaturo y Gieré utilizaron tecnología de imágenes con una resolución espacial extremadamente alta para caracterizar los minerales después de dos días. en el interior células pulmonares humanas. Por el contrario, la mayoría de las investigaciones sobre el asbesto se han centrado hasta ahora en los impactos en el cuerpo cuando las fibras de asbesto permanecen mucho tiempo en áreas de tejido fuera de las células.

Usando técnicas especializadas de microscopía electrónica de transmisión (TEM), los investigadores documentaron cambios nunca antes vistos en los minerales anfíboles, muchos de los cuales fueron absorbidos por compartimentos en la célula llamados lisosomas, que generalmente están involucrados en el procesamiento de desechos celulares. muerte celular programada.

“En estos lisosomas, que son más ácidos que el resto de la célula, hemos observado que la superficie del mineral empieza a disolverse”, dice Gieré.

Inmediatamente surgió una pregunta sobre estos minerales relativamente ricos en hierro: «¿Cuál fue el destino del hierro?» él dice.

Un tipo refinado de análisis TEM permitió a los investigadores ver que el estado de oxidación del hierro cambiaba durante esta disolución, alteraciones que podrían afectar la forma en que el mineral reaccionaba con otros componentes celulares, como los orgánulos y los núcleos celulares.

Las superficies minerales también sufrieron cambios notables, que incluyeron la formación de una capa amorfa rica en hierro después de ser internalizados por las células. Para los científicos, la capa se parecía a cuerpos de asbesto, pero con marcadas diferencias estructurales y químicas. Los cuerpos de asbesto se forman a partir de macrófagos en el tejido pulmonar en lugar de dentro de las células y están asociados con la exposición prolongada al asbesto.

«Cuando observa muestras de tejido pulmonar extraídas de pacientes que han sucumbido a enfermedades relacionadas con el asbesto, encontrará fibras de asbesto rodeadas por una capa marrón. Estos son cuerpos de asbesto», dice Gieré. «El revestimiento se forma biogénicamente y el cuerpo suministra principalmente hierro a través de una proteína llamada ferritina».

En sus experimentos, con asbesto dentro de las células en lugar del espacio intercelular, los investigadores no observaron cuerpos de asbesto, sino más bien una capa de hierro sobre los minerales que se derivaba del propio mineral. Y a diferencia de los cuerpos de asbesto, estos recubrimientos no contenían fósforo.

«Por qué sucede esto, no lo sabemos», dice Gieré. «La célula puede estar tratando de protegerse provocando este cambio en el mineral, pero es demasiado pronto para saberlo».

Además, Vigliaturo señala que los anfíboles más ricos en hierro exhibieron inesperadamente una disolución menos pronunciada y una capa amorfa menos extensa que las variedades que contenían menos hierro. «Esto fue lo contrario de lo que habíamos predicho y de lo que se informó en los experimentos abióticos», dice.

Los cambios mineralógicos, dicen los investigadores, podrían afectar la forma en que el cuerpo responde y trata las fibras de asbesto, un proceso que podría tener vínculos con la forma en que la enfermedad se manifiesta décadas después. Advierten, sin embargo, que sus experimentos se realizaron en un corto período de tiempo, solo dos días, y se realizaron in vitro con líneas celulares en lugar de dentro del cuerpo humano. Dicen que se necesita más trabajo para comprender si lo que observan se refleja en las personas vivas expuestas al asbesto.

Gieré, Vigliaturo y sus colegas continúan explorando la interacción entre las células pulmonares y el asbesto, pero centrándose en los cambios bioquímicos en las propias células. También están experimentando con diferentes tipos de asbesto para comprender mejor cómo sus similitudes y diferencias pueden relacionarse con la carga de enfermedades.

Esperan que sus hallazgos ayuden a otros investigadores a interpretar los efectos tóxicos y cancerígenos del asbesto. Y para Vigliaturo, quien nació en Casale Monferrato, Italia, una ciudad de 40 000 habitantes con más de 3000 muertes atribuidas a la toxicidad del asbesto por una fábrica local, el deseo de aprender más sobre las enfermedades relacionadas con el asbesto es personal.

«Tomamos la nanociencia, la biología y la tecnología de nanomateriales y la llevamos a la mineralogía», dice. «Estamos utilizando nuestra experiencia especializada para ayudar a resolver esta parte del rompecabezas».

Reto Gieré es profesor en el Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Pensilvania.

Ruggero Vigliaturo fue investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la Penn School of Arts and Sciences y actualmente es asistente titular en la Universidad de Turín.

Los coautores del trabajo de Vigliaturo y Gieré fueron Maja Jamnik, Goran Dražić, Marjetka Podobnik y Simon Caserman del Instituto Nacional de Química de Ljubljana, Eslovenia; Magda Tušek Žnidarič del Instituto Nacional de Biología de Ljubljana, Eslovenia; Giancarlo Della Ventura de la Universidad Roma Tre; Günther J. Redhammer de la Universidad de Salzburgo; y Nada Žnidaršič de la Universidad de Ljubljana.

El trabajo fue apoyado por Rotary Global, la Agencia de Investigación de Eslovenia y el Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental (subvenciones ES013508 y ES023720).