Nanopartículas de manganita de lantano estroncio: toxicidad en células epiteliales de vías respiratorias e impacto en secreción de moco

Resumen

La investigación de toxicidad de nanopartículas se ha intensificado a medida que estos materiales se vuelven ubicuos en productos cotidianos. Ciertas nanopartículas pueden estimular secreción de moco, potencialmente dañando integridad de vías respiratorias. La manganita de lantano estroncio (LSM) es una nanopartícula perovskita ampliamente usada en celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) por su alta conductividad eléctrica, robusta actividad electroquímica para reacción de reducción de O₂, estabilidad térmica y rendimiento a largo plazo. Sin embargo, existen datos limitados sobre efectos biológicos de LSM. En este estudio, células epiteliales traqueales primarias se expusieron a concentraciones LSM hasta 500 µg mL⁻¹. Resultados indicaron solo efectos moderados en viabilidad celular, producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), liberación de citocromo C y expresión de caspasa-3. Mientras marcadores de apoptosis permanecieron prácticamente inalterados, LSM inhibió significativamente secreción de moco de manera dependiente de dosis. Así, aunque LSM muestra baja citotoxicidad hacia células de vías respiratorias, su capacidad para reducir producción de moco podría comprometer claridad de vías respiratorias.

Introducción

La manganita de lantano estroncio (LSM) posee estructura cristalina perovskita con fórmula general La₁₋ₓSrₓMnO₃, donde x refleja nivel de dopaje de estroncio. Este material puede procesarse como polvo para colada en cinta, proyección aire/térmica/plasma y aplicaciones de celdas de combustible. La alta área superficial y rendimiento electroquímico de LSM lo convierten en candidato líder de electrodo para SOFCs, centrales en la emergente economía del hidrógeno. A pesar de extensos estudios sobre propiedades mecánicas y eléctricas de LSM, sus interacciones biológicas permanecen inexploradas. Muchas nanopartículas elevan secreción de moco y contribuyen a trastornos respiratorios. Evidencia emergente sugiere LSM podría servir como vector de fármacos o agente de contraste por imagen, pero su potencial toxicidad debe aclararse antes de cualquier despliegue biomédico. Esta investigación evalúa perfil citotóxico de LSM en células epiteliales traqueales primarias, evaluando generación ROS, integridad mitocondrial, apoptosis y secreción de moco.

Resultados y Discusión

Caracterización de Nanopartículas y Viabilidad Celular

Morfología superficial se examinó por microscopía electrónica de barrido (SEM). Nanopartículas LSM mostraron superficie rugosa y agregados en racimos de ~35 nm a >200 nm (Fig. 1). Viabilidad celular se midió con ensayo CCK-8. Viabilidad disminuyó bruscamente entre 50 y 100 µg mL⁻¹ pero se estabilizó después, manteniéndose estable a concentraciones mayores (Fig. 2).

Producción ROS y Liberación Mucina

Niveles ROS se cuantificaron usando fluorescencia CM-H₂DCFDA. Aumentar concentración LSM no elevó significativamente ROS; punto 250 µg mL⁻¹ mostró mayor desviación, pero permaneció estadísticamente insignificante (Fig. 3). Secreción mucina, medida por ensayo lectina ligado a enzima (ELLA), disminuyó progresivamente con mayores dosis LSM, cayendo a ~40% de control a 500 µg mL⁻¹ (Fig. 4).

Integridad Mitocondrial y Apoptosis

Tinción JC-1 reveló despolarización mitocondrial a concentraciones ≥100 µg mL⁻¹ (Fig. 5). A pesar de esto, liberación citocromo C y activación caspasa-3 mostraron solo reducciones modestas, indicando inducción limitada apoptosis (Fig. 6).

Conclusiones

Esta primera evaluación de toxicidad LSM en células epiteliales de vías respiratorias demuestra citotoxicidad y apoptosis negligibles, pero inhibición pronunciada de secreción de moco. Mientras generación ROS y daño mitocondrial fueron mínimos, la reducida liberación de moco puede deteriorar claridad de vías respiratorias y merece evaluación cuidadosa para futuras aplicaciones en energía y campos biomédicos.

Materiales y Métodos

Cultivo de Células Primarias Traqueales

Células epiteliales traqueales primarias bovinas se aislaron per protocolos establecidos, cultivadas en medio libre de suero (SFM) suplementado con EGF 1-53 y extracto pituitario bovino (BPE), mantenidas en placas recubiertas de colágeno a 37 °C, 5% CO₂. Densidad celular se monitorizó vía exclusión azul tripano.

Preparación Celular y Ensayo Viabilidad

Células se sembraron en placas 96-pocillos recubiertas colágeno (5×10⁴ células/pocillo) para ensayos viabilidad y placas 4-pocillos (5×10⁵ células/pocillo) para estudios calcio, ROS y mitocondriales. Tras 24 h incubación, medios se reemplazaron con PBS, luego con suspensiones LSM. Viabilidad celular se cuantificó con ensayo CCK-8 (conversión WST-8 a formazan) y expresada como porcentaje de control sin tratar.

Nanopartículas Manganita Lantano Estroncio

LSM (La₀.₁₅Sr₀.₈₅MnO₃, 35 nm, 99.5%) se sonicó y probó a 500, 250, 100 y 50 µg mL⁻¹. Concentraciones elegidas para igualar exposiciones típicas de nanopartículas TiO₂ reportadas en literatura.

Microscopía Electrónica de Barrido

Partículas se depositaron por goteo en obleas silicio, secadas al aire, e imagenadas con Zeiss Gemini SEM para confirmar distribución tamaño.

Ensayo Especies Reactivas Oxígeno

Producción ROS se evaluó usando fluorescencia CM-H₂DCFDA tras 15 min exposición LSM. Intensidad fluorescencia comparada a controles sin tratar.

Medición Daño Mitocondrial

Colorante JC-1 usado para evaluar potencial membrana mitocondrial; ratios fluorescencia rojo/verde medidos por microscopía fluorescencia a intervalos 10 min.

Secreción Mucina y ELLA

Tras 15 min exposición LSM, sobrenadantes se recogieron, centrifugaron, y analizaron mucina via ELLA usando WGA-HRP y sustrato TMB. Absorbancia leída a 450 nm.

Ensayos Marcadores Apoptosis

Lisados celulares preparados con tampón RIPA y sondeados para citocromo C y caspasa-3 activa usando protocolos ELISA. Anticuerpos secundarios HRP-conjugados facilitaron detección.

Análisis Estadístico

Datos presentados como media ± DE de al menos tres experimentos independientes. ANOVA unidireccional determinó significancia (p < 0.05).

Abreviaturas

BPE

Extracto pituitario bovino

ELISA

Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas

LSM

Manganita lantano estroncio

ROS

Especies reactivas oxígeno

SFM

Medio libre suero

SOFCs

Celdas combustible óxido sólido