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Magazines & Newsletters / ASTM Standardization News Noviembre/Diciembre 2009 Cómo la ponemos a pruebaEl programa de estudios interlaboratorios respalda el desarrollo de los enunciados de precisión y parcialidad para una norma sobre nanotecnología
En una especialidad en la cual el tamaño lo es todo, la capacidad de medir bien las dimensiones es muy importante. Eso es lo que sucede con la nanotecnología. Y la reciente revisión de la norma E2490, guía para la medición de la distribución del tamaño de las partículas de los nanomateriales en suspensión por espectroscopía de correlación de fotones (PCS, Photon Correlation Spectroscopy) contiene un enunciado de precisión y parcialidad para comprobar esa precisión. Las pruebas exhaustivas realizadas por laboratorios independientes que trabajan bajo la dirección del Programa de estudios interlaboratorios de ASTM International llevaron al desarrollo del enunciado de la norma E2490. EL PROGRAMA DE ESTUDIOS INTERLABORATORIOSEl programa de estudios interlaboratorios (LIS, interlaboratory study) ayuda a asegurar que cada método de prueba de ASTM International esté convalidado por un enunciado de precisión que esboza lo que los usuarios pueden esperar de un protocolo específico en cuanto a la repetibilidad (es decir, lo que un laboratorio que analice la misma muestra muchas veces consideraría como el margen aceptable de sus resultados) y reproducibilidad (es decir, la diferencia que esperaría si la misma muestra fuera analizada usando el mismo método en muchos laboratorios). “Sin estos estudios, no habría una base para juzgar la exactitud o precisión de un método o de una norma”, dice el Dr. Vincent Hackley, líder del proyecto de normas y metrología de nanopartículas para aplicaciones biomédicas y para la salud del National Institute of Standards and Technology (NIST, Instituto Nacional de Normas y Tecnología), ubicado en Gaithersburg, Maryland. “Hacen falta para preparar el terreno para las futuras normas de la industria y para validar nuevas normas a medida que vayan saliendo”. Los enunciados de precisión respaldados por estudios guiados por datos les permiten a los usuarios, productores y consumidores tener mayor confianza en los métodos de prueba de ASTM International que citen. El programa de ILS ayuda a dar esa confianza adicional ya que exime a los comités de las obligaciones administrativas relacionadas con el desarrollo de enunciados de precisión y parcialidad —un proceso que puede resultar difícil, llevar tiempo y ser costoso. La participación en el programa es voluntaria; no se les exige a los comités que usen servicios de ILS, pero cerca de la mitad de los comités técnicos de ASTM han aprovechado el programa o lo están haciendo en la actualidad. “Es una ventaja competitiva que otras organizaciones no tienen”, dice el Dr. Alan Rawle, gerente de aplicaciones de Malvern Instruments Inc., empresa ubicada en Westborough, Massachusetts, y copresidente del Subcomité E56.02 sobre caracterización: propiedades físicas, químicas y toxicológicas, que forma parte del Comité E56 sobre nanotecnología. “Otras organizaciones se basan fundamentalmente en el esfuerzo de sus voluntarios, como lo hace ASTM, pero los estudios interlaboratorios son esenciales para darle crédito al método o la metodología”. El programa fue desarrollado en un principio como un proyecto piloto de cinco años, pero debido a la gran aceptación que tuvo de los participantes anteriores y actuales, hace poco se aprobó el programa de ILS como una parte permanente del presupuesto de ASTM.
¿QUÉ TAN PEQUEÑO ES PEQUEÑO?La nanotecnología es la ciencia de las cosas muy pequeñas, pero ¿qué tan pequeño es pequeño? Según la Iniciativa Nacional sobre Nanotecnología, esta especialidad se define como “la comprensión y el control de la materia que mida entre 1 y 100 nanómetros aproximadamente”. Para ver eso en su justa medida, una molécula de agua mide menos de 1 nm —una milmillonésima parte de un metro —de largo y un cabello humano mide alrededor de 100,000 nm de ancho. “Esto es ciencia e ingeniería en una escala comparable con el tamaño de muchos componentes biológicos como los virus, las proteínas y el ADN”, explica Hackley. “Estamos hablando del desarrollo de materiales miles de veces más pequeños que el diámetro de un cabello humano”. LA NORMA E2490 Y LA PCSLa norma revisada, la E2490, se ocupa de la medición de nanopartículas usando un método llamado espectroscopía de correlación de fotones (PCS, photon correlation spectroscopy). También conocida como dispersión dinámica de la luz, la PCS es uno de los pocos métodos disponibles para la mayoría, capaz de brindar mediciones exactas en nanómetros de las partículas dispersas en medios líquidos, como en las soluciones amortiguadoras que se utilizan con frecuencia en los ensayos in vitro. También es uno de los métodos que más se utiliza porque es fácil de usar, tiene costos iniciales bajos y las exigencias de preparación son mínimas. “La técnica funciona por las propiedades especiales que tienen las nanopartículas cuando están suspendidas en líquido”, explica el Dr. Anil Patri, vicedirector del Nanotechnology Characterization Laboratory (NCL, Laboratorio de Caracterización Nanotecnológica) del National Cancer Institute (Instituto Nacional del Cáncer), con sede en Frederick, Maryland. Cuando se enfoca un láser a través de la muestra que se medirá, la luz se desvía o "se dispersa" en diferentes direcciones según el tamaño y el movimiento de las partículas suspendidas. “Las nanopartículas tienen un movimiento aleatorio en el líquido”, dice Patri. “Como su movimiento guarda relación con su tamaño, con los instrumentos adecuados podremos observar su movimiento y la dispersión de la luz y calcular el tamaño o la gama de tamaños de las nanopartículas. Como diferentes factores medioambientales, como la temperatura del medio, la viscosidad del líquido, etc., pueden influir en la manera de moverse de las partículas, es sumamente importante tener protocolos de pruebas precisos”. EL PROGRAMA DE ESTUDIOS INTERLABORATORIOS PARA LA NORMA E2490El estudio 166 del programa de ILS sobre las propiedades físicas de las nanopartículas brindó los datos para la norma E2490. En el estudio sobre las características del tamaño de las nanopartículas, participaron veintiséis laboratorios. Si bien se usó principalmente el método de la PCS, el estudio también incluyó técnicas basadas en la microscopía de corolario y permitió que los grupos involucrados comparasen su desempeño con otros laboratorios y con los resultados expuestos por el NIST. El informe final del estudio mencionó que los ensayos dieron resultados muy favorables y que los datos que acumularon los laboratorios de prueba eran casi iguales a los esperados por el NIST. Si bien los valores de los ensayos superaban apenas a los del NIST, seguían estando dentro de un margen aceptable. “Teníamos materiales de referencia bien definidos, lo que nos permitió hacer los ensayos sabiendo cómo serían los resultados finales”, dice Hackley. “El objetivo no era evaluar el material en sí, sino la metodología, el proceso, para ver cuánta variabilidad había entre los laboratorios que usaban los mismos procedimientos”. “Ésta fue la primera norma sobre nanotecnología publicada que tenía un estudio interlaboratorios afín”, dice el Dr. Martin Fritts, científico principal sénior del NCL. “Fue importante publicar un protocolo que no sólo examinara la cantidad de nanomateriales que debían medirse, sino que también investigara los errores y la parcialidad que conllevaba la ejecución de un mismo método en muchos laboratorios diferentes”. La parte clave del estudio era determinar el nivel de errores, menciona Patri. “Esa información podrá incorporarse a los reglamentos para investigadores y fabricantes. El resultado nos complació mucho. La evaluación fue muy meticulosa y demostró que la variación era muy baja”. OTRAS PRUEBASAdemás del estudio 166 del programa de ILS, se realizaron otros dos estudios relacionados con la nanotecnología. Se hicieron los estudios 201 y 202 del programa de ILS para investigar las propiedades biológicas de los nanomateriales —específicamente, el efecto que tienen en la sangre y otras células vivas humanas. Si bien se clasificó “no concluyente” a la fase de prueba de estos estudios, los investigadores creen que reunieron información valiosa sobre la planificación y el manejo de protocolos y abastecimientos. “Estos estudios demostraron las dificultades que plantea trabajar con materia viva, como la sangre o las células humanas, en comparación con lo fácil que es hacerlo con objetos y equipos inanimados”, dice Rawle. “Cualquier técnica plantea posibles dificultades o problemas afines y los estudios de este tipo ayudan a ponerlos en evidencia”. Los estudios 201 y 202 del ILS sirvieron de guías para resolver todo, desde la dificultad de transportar las muestras durante un invierno de Nueva Inglaterra —algunas llegaron a destino congeladas y ya no servían— hasta cuántas comas decimales es razonable usar en la medición de nanopartículas. “Lo que hemos aprendido es que los estudios biológicos deben definirse más detenida y rigurosamente en cuanto a los métodos, las metodologías y la recopilación de datos”, dice Rawle. “Es como tratar de diseñar un programa alimenticio para toda la población —no va a funcionar. Deberá personalizar su propuesta a cada persona”. SINERGIAEstos estudios del programa ILS representan un gran trabajo y se dieron varios factores para lograrlos. Además de ASTM International, otras entidades como el NIST, el NCI y su LCN tuvieron papeles clave para que estas pruebas se hicieran realidad. El NIST en particular tuvo un papel primordial ya que proveyó materiales de referencia (RM, reference materials) de nanopartículas de oro de diferentes tamaño (los RM 8011, 8012 y 8013 fueron desarrollados en sus laboratorios con financiación que provino en parte del NCI) para usar como materiales de prueba. También había otros materiales de prueba, como dendrímeros (moléculas simétricas nanométricas con estructuras ramiformes) comprados en el mercado. Hackley dice, “La confluencia de la disponibilidad de material de referencia, del desarrollo de normas sobre nanotecnología de ASTM, de la cooperación entre varios organismos y del respaldo que ASTM le brinda al programa de ILS hizo que los estudios fueran posibles y que salieran bien”. HACIA EL FUTURO: LOS USOS DE LA NANOTECNOLOGÍAEn la actualidad, hay más de 800 productos en el mercado que usan nanotecnología. Las marcas Eddie Bauer y Dockers ofrecen ropa tratada con nanofibras para aumentar la resistencia a las manchas. Los fabricantes de automóviles General Motors Co. y Toyota Motor Corp. usan nanotecnología para producir materiales más livianos, inoxidables y resistentes a las rayas. Los palos de golf y las raquetas de tenis que fabrica Wilson Sporting Goods Co. son más livianos y fuertes gracias al uso de nanomateriales en su fabricación. A los científicos les interesa mucho cómo se aplicará la nanotecnología en la investigación médica, en especial, en el campo del tratamiento del cáncer. “Las nanopartículas podrán usarse en aplicaciones biomédicas como vehículos para transportar una carga —fármacos o agentes usados en diagnóstico por imagen— a un punto en el cuerpo al que se desee llegar”, menciona Hackley, que también es uno de los investigadores principales que participa en la colaboración que el NIST le presta al NCL. “Las partículas son lo suficientemente pequeñas, y pueden hacerse bastante invisibles para el sistema inmunitario, como para circular en la sangre y cruzar barreras celulares y biológicas de otro tipo hasta llegar a un destino específico”. Si se crea una partícula del tamaño adecuado, se puede llegar a un punto en particular del cuerpo. Por ejemplo, todo nanomaterial de menos de 10 nm que se inyecte en el cuerpo sería eliminado por medio de los riñones. Las partículas de 30 nm serían muy grandes para que los riñones puedan eliminarlas, pero podrían expulsarse por el hígado. “En los tratamientos contra el cáncer”, dice Hackley, “la nanotecnología podría hacer que la detección y la localización de los tumores fueran más precisas, que los antineoplásicos o la radioterapia provocasen menos daños generales o que pudiera combinarse el diagnóstico por imágenes con los tratamientos”. Según Fritts, los científicos usarán la norma E2490 y otras nuevas normas en los campos de los fármacos, de la investigación contra el cáncer y de la nanotecnología, como también lo harán los organismos normativos y que se ocupan de la protección de la seguridad y del saneamiento del medio ambiente. “La normalización debería acelerar el paso de los tratamientos nanotecnológicos de la fase del descubrimiento de la prueba del concepto a estudios clínicos y, a la larga, a medicamentos que puedan comprarse en el mercado y a beneficios para los pacientes," dice Fritts. Además, las normas ayudarán a abordar inquietudes sobre los posibles efectos adversos de los nanomateriales artificiales en la salud humana y en el medio ambiente. Las mediciones validadas que cuentan con el respaldo de los estudios interlaboratorios tendrán una importancia fundamental a la hora de asegurar que esas inquietudes se están abordando en forma sistemática y reproducible. PARA OBTENER MÁS INFORMACIÓNSi desea conocer más sobre el programa de ILS, comuníquese con Phillip Godorov,
Kessel Nelson es un escritor independiente cuya obra ha aparecido en publicaciones nacionales e internacionales que cubre temas que abarcan desde arte hasta energía y esquizofrenia. Tiene una licenciatura en historia de la Universidad de Pennsylvania | ||