Caracterización y evaluación toxicológica de derivados de grafeno como potenciales materiales en contacto con alimentos

Abstract

En la presente Tesis Doctoral, se investigó la toxicidad de diferentes materiales derivados de grafeno, como el óxido de grafeno (OG), el óxido de grafeno reducido (OGr) y sus derivados funcionalizados con dodecil amina (DA) y cloruro de [2-(metacriloiloxi) etil] trimetilamonio (MTAC), para su uso en la industria alimentaria en el área de envasado alimentario. Para garantizar la seguridad de estos materiales en contacto con alimentos, se llevaron a cabo extensos estudios toxicológicos. Como paso previo al estudio de su seguridad se realizó una exhaustiva revisión bibliográfica sobre la toxicidad de los materiales de grafeno en el marco del riesgo alimentario, publicados en la literatura científica hasta la actualidad. Con el fin de determinar las diferentes propiedades fisicoquímicas y así conocer la identidad de cada uno de los derivados de estudio, se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica y morfológica de los derivados de grafeno elegidos. Los resultados revelaron diferente contenido atómico y diferente carga, además de la aglomeración de las partículas. La evaluación toxicológica se centró modelos posibles diana de una exposición oral. Se realizaron ensayos in vitro utilizando líneas celulares representativas del sistema digestivo (Caco-2) y el hígado (HepG2). Se observó la internalización de los materiales en estas células, y se detectó citotoxicidad y estrés oxidativo, especialmente a las concentraciones más altas. Se llevó a cabo una digestión gastrointestinal in vitro para simular las condiciones del tracto digestivo y evaluar cómo afectaba a la toxicidad de los materiales. Se encontraron cambios en la morfología de las partículas y en la toxicidad después de la digestión, con disminución de la toxicidad en el caso de OGr pero aumento en los derivados funcionalizados. Para la posible comercialización de estos compuestos y antes de su incorporación a los envases alimentarios, se debe llevar a cabo una evaluación del potencial mutagénico y genotóxico (EFSA, 2021). Se observó actividad mutagénica del OGr a las concentraciones más altas mediante el ensayo de linfoma de ratón (MLA), mientras que los otros materiales no mostraron efectos mutagénicos. Además, no se observaron daños en el ADN tras la exposición a OG y OGr. Finalmente, se evaluó la inmunotoxicidad en líneas celulares representativas del sistema immune (THP-1 y Jurkat). Todos los derivados mostraron citotoxicidad, sin embargo, en el caso del proceso de diferenciación de monocitos a macrófagos, solo el OGr produjo cambios significativos. Los derivados produjeron cambios en la expresión génica y en el caso del OGr-MTAC en la liberación de citoquinas.