Abstract

El material particulado (PM) se ha asociado con efectos adversos en la salud humana, provocando alergias,irritación y corrosión de la piel y los ojos, irritación del tracto respiratorio, dolores de cabeza , broncoconstricción , enfermedades cardiopulmonares como asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), cáncer de pulmón, problemas reproductivos, muertes prematuras y cambios epigenéticos que conducen a una amplia variedad de cánceres, entre otras condiciones de salud. La calidad del aire en Medellín - Colombia presenta fluctuaciones que oscilan entre los niveles máximos permisibles establecidos a nivel nacional y por la OMS, lo que representa un riesgo latente para la salud de las personas. Aunque se han realizado importantes esfuerzos para cuantificar los diferentes niveles de contaminación y se han establecido medidas administrativas para mitigar la contaminación del aire, se han realizado pocos trabajos de investigación para establecer la relación entre estos niveles de contaminantes y los efectos sobre los sistemas biológicos. El objetivo de la presente investigación fue realizar una caracterización morfológica y química del material particulado (PM) capturado con un filtro de aire comercial y una membrana de nanofibras electrohiladas y evaluar la citotoxicidad de cada extracto de PM en modelos de monocapa y co-cultivo que recrean la microfisiología de los sistemas de pulmón, piel y córnea y proponen las posibles interacciones celulares que lideran la respuesta citotóxica de los compuestos químicos que se encuentran en el material particulado de las ciudad. La morfología y la caracterización química elemental se realizaron con microscopía electrónica de barrido acoplada a espectroscopía de rayos X de energía dispersiva (SEM – EDS). La detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos se realizó mediante un método cromatográfico acoplado a un espectrómetro de masas . Finalmente, la citotoxicidad se realizó en monocapas de líneas celulares A549, HEK001 y SIRC y sistemas microfisiológicos que consisten en una construcción de dos capas celulares para asemejarse a la interacción entre fibroblastos y células epiteliales que comprende naturalmente el tejido corneal, cutáneo y pulmonar. Se realizaron tres modelos de cocultivos diferentes con el clon A31 de BALB/3T3 como capa alimentadora, utilizando insertos porosos Transwell® en contacto directo y sin contacto. Los modelos de monocapa y cocultivo se expusieron a PM grueso y fino (1, 2 y 5 mg/ml) y la viabilidad celular se evaluó a las 24 h mediante el ensayo MTT. Las membranas de nanofibras electrohiladas muestran una mayor eficiencia para capturar PM de diferentes tamaños y una alta concentración de hidrocarburos aromáticos policíclicos y metales pesados, entreo otros compuestos químicos responsables de muchas enfermedades humanas. Se observaron efectos citotóxicos de MP en todos los modelos a la mayor concentración ensayada; sin embargo, los modelos expuestos a PM fino mostraron una reducción significativa en la viabilidad celular en comparación con los expuestos a PM grueso. Además, los modelos multicapa son más resistentes a la exposición al PM que los modelos monocapa. En adición, el estudio indicó que, dependiendo de la estrategia de siembra, se podrían observar diferentes resultados: el modelo sin contacto mostró una mayor resistencia a la exposición al PM que el modelo en contacto para SIRC y HEK001, pero las monocapas de A549 mostraron la respuesta de viabilidad más alta. Este estudio demuestra la utilidad de aplicar modelos de cocultivo para evaluar la toxicidad de los contaminantes ambientales, además de ser un método alternativo potencial a las pruebas con animales para la evaluación de riesgos.