Un reciente estudio llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Stanford ha desafiado la noción de que la sílice, un mineral comúnmente utilizado como aditivo alimentario y componente en productos de maquillaje, es una sustancia químicamente inerte.
En este nuevo estudio, los científicos colocaron partículas de sílice de uso comercial en una solución acuosa junto con biomoléculas que contenían compuestos conocidos como tióles. Estos biomoléculas con tióles son abundantes en la naturaleza y se encuentran en el cuerpo humano, como el glutatión, un antioxidante clave presente en muchas células.
El resultado fue sorprendente: cuando las biomoléculas con tióles entraron en contacto con la sílice, se produjeron reacciones químicas de óxido-reducción (redox). Estas reacciones, en las que se pierden electrones, podrían alterar o degradar la función de las moléculas, lo que podría tener implicaciones para la salud. Por ejemplo, niveles bajos de glutatión pueden generar un aumento en el estrés oxidativo en el cuerpo, causando daños en diversos componentes celulares, desde membranas hasta ADN.
Los resultados resaltan la necesidad de investigar más a fondo la reactividad de la sílice, especialmente considerando su amplio uso en productos cotidianos.
«Siempre se ha creído que las partículas de sílice son inofensivas e inertes, pero nuestros hallazgos indican que en realidad son reactivas», afirma Yangjie Li, investigadora posdoctoral en el Departamento de Química de la Escuela de Humanidades y Ciencias de Stanford y autora principal del estudio, publicado el 17 de agosto en Proceedings of the National Academy of Sciences. «Es crucial investigar más a fondo si la exposición a partículas de sílice puede agotar el glutatión y otros compuestos esenciales en el cuerpo.»
El autor principal Richard Zare, Profesor Marguerite Blake Wilbur en Ciencias Naturales y profesor de química en H&S, agrega: «Aunque aún es temprano para afirmar que la sílice representa un riesgo para la salud, al menos plantea la posibilidad de introducir una química no deseada, especialmente en los alimentos.»
Sílice: frecuentemente ingerido y aplicado
La sílice, un compuesto de silicio y oxígeno, es un material incoloro, inodoro y sin sabor. Aunque se encuentra naturalmente en alimentos como verduras de hojas verdes, los fabricantes a menudo agregan partículas de sílice similares a la arena como agente antiaglomerante en productos como sopas y cremas para café. Actualmente, la Administración de Alimentos y Medicamentos permite que los alimentos contengan hasta un 2% en peso de partículas de sílice.
En el ámbito de la cosmética, la sílice se utiliza para dar cuerpo, absorber o como abrasivo en exfoliantes y productos para el cuidado de la piel. En el campo de la salud, las partículas de sílice también se utilizan en la administración de medicamentos y en imágenes médicas. Para estas aplicaciones, las partículas de sílice se fabrican con pequeños poros en los que se pueden insertar fármacos y otras sustancias.
Dada esta amplia gama de aplicaciones, Li y Zare decidieron examinar la idea tradicional de que el sílice es químicamente inerte. Li tiene experiencia en investigar propiedades supuestas de materiales comunes. En su tesis doctoral, Li estudió cómo el vidrio, que se utiliza para almacenar medicamentos de manera segura, puede actuar como catalizador y acelerar reacciones químicas en ciertas circunstancias.
«Ya hemos visto en ocasiones anteriores que los materiales supuestamente inertes pueden no serlo en realidad», comenta Zare. «Es posible que esta historia se repita con las partículas de sílice.»
Química desapercibida en acción
Para el estudio, los investigadores de Stanford adquirieron partículas puras de sílice disponibles comercialmente en forma de polvo seco. En colaboración con Kurt Kolasinski, exbecario de Zare y actualmente profesor de química física en la Universidad de West Chester, Li agregó sílice a soluciones acuosas que contenían una de tres biomoléculas con tióles. Estas biomoléculas eran cisteína (un aminoácido clave), el mencionado antioxidante glutatión y penicilamina (un antagonista de los metales pesados utilizado en el tratamiento de la enfermedad de Wilson, una afección que resulta de la acumulación excesiva de cobre en el cuerpo).
Li dejó las soluciones en la oscuridad durante un día a temperatura ambiente. Tomó muestras pequeñas de las soluciones a intervalos de media hora, 2 horas, 4 horas y 24 horas para evaluar la velocidad de cualquier reacción química que pudiera haber ocurrido. Utilizó un instrumento llamado espectrómetro de masas para este propósito.
A lo largo del tiempo, las biomoléculas fueron oxidadas (lo que implica una pérdida de electrones en una reacción química) debido a la presencia de sílice. Sorprendentemente, hasta un 95% de las moléculas en solución reaccionaron de esta manera, mientras que los experimentos de control sin sílice apenas mostraron oxidación.
Desde un punto de vista químico, las partículas puras de sílice reactivas transformaron las moléculas con tióles en moléculas de disulfuro. En términos de sus composiciones elementales, las moléculas originales, que contenían grupos unidos azufre-hidrógeno (S-H), se transformaron en puentes de disulfuro, representados como S-S.
Zare señala una analogía para explicar la reacción inversa: cuando se alisa el cabello rizado aplicando calor con una plancha, se rompen los enlaces de disulfuro en las proteínas del cabello, permitiendo que el cabello tome una forma lisa. «Cuando las personas usan planchas para alisar su cabello, la química detrás de este proceso rompe los disulfuros y los convierte en tióles, la reacción inversa a lo que encontramos en nuestro estudio», explica Zare.
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Según los investigadores de Stanford, estas reacciones observadas se deben a que, al entrar en contacto con el agua, la sílice forma radicales de sílice en la superficie (un átomo de silicio unido a un átomo de oxígeno en una configuración con un electrón no emparejado). Cuando estos radicales se encuentran con las biomoléculas con tióles en la solución, transfieren átomos de hidrógeno (H) a los radicales. Al liberarse del hidrógeno al que estaban unidos, los átomos de azufre en dos moléculas con tióles se vuelven a combinar para formar los disulfuros S-S.
En el futuro, los investigadores del laboratorio de Zare planean examinar cómo los diferentes tamaños de partículas de sílice influyen en las velocidades de las reacciones químicas. También están llevando a cabo experimentos con biomoléculas más grandes.
Zare y Li esperan que estos hallazgos iniciales motiven a otros investigadores, y posiblemente a reguladores, a profundizar en la caracterización de la química del sílice.
«La sílice es un material presente en muchos aspectos de nuestras vidas, desde lo que comemos hasta los productos que aplicamos en nuestra piel, pasando por el ámbito médico», señala Zare. «A raíz de este nuevo estudio, es crucial que sepamos más acerca de la sílice y cómo interactúa con otros materiales.»
Fuente: phys.org