Las partículas de sílice que se encuentran en los alimentos y el maquillaje podrían ser químicamente reactivas, según un estudio
Una nueva investigación de la Universidad de Stanford ha revelado que el mineral sílice, un aditivo alimentario común y un ingrediente cosmético popular, no es una sustancia químicamente inerte, como se suponía desde hace mucho tiempo.
Como se describe en un nuevo estudio, los investigadores colocaron partículas de sílice disponibles comercialmente en una solución de agua con biomoléculas que contenían compuestos llamados tioles. Estas biomoléculas que contienen tiol están muy extendidas en la naturaleza y en el cuerpo humano , por ejemplo, en forma de glutatión, un antioxidante clave que se encuentra en la mayoría de las células.
Cuando se expusieron a la sílice, las biomoléculas de tiol sufrieron reacciones químicas redox . Estas reacciones, en las que se pierden electrones, podrían degradar o alterar la función de las moléculas, lo que podría plantear riesgos para la salud . Por ejemplo, los niveles bajos de glutatión pueden provocar un aumento del estrés oxidativo en el cuerpo que puede dañar todo tipo de componentes celulares, desde las membranas hasta el ADN.
Los hallazgos resaltan la necesidad de realizar más investigaciones sobre la reactividad de la sílice, especialmente dado su amplio uso en productos cotidianos.
“Se cree que las partículas de sílice son benignas e inertes, pero los resultados de nuestro estudio indican que la sílice es realmente reactiva”, dice Yangjie Li, becaria postdoctoral en el Departamento de Química de la Escuela de Humanidades y Ciencias de Stanford y autora principal del estudio. que se publicó el 17 de agosto en Proceedings of the National Academy of Sciences . “Alentamos una mayor investigación sobre si la exposición a partículas de sílice puede agotar el glutatión y otros compuestos críticos en el cuerpo”.
“Nuestros hallazgos hacen sonar una alarma sobre el uso continuado de partículas de sílice”, dijo el autor principal Richard Zare, profesor de Ciencias Naturales Marguerite Blake Wilbur y profesor de química en H&S. “Si bien es demasiado pronto para decir que la sílice es un riesgo para la salud, como mínimo, la sílice plantea el problema potencial de introducir una química no deseada, particularmente en los alimentos”.
A menudo consumido y aplicado
La sílice, otro nombre para los compuestos de silicio y oxígeno, es un material incoloro, inodoro e insípido. Si bien la sílice se encuentra naturalmente en los alimentos, incluidas las verduras de hoja verde, los fabricantes a menudo agregan pequeñas partículas de sílice similares a la arena como agente antiaglomerante en las sopas y las cremas para el café, por ejemplo. Actualmente, la Administración de Alimentos y Medicamentos permite que los alimentos contengan hasta un 2 % en peso de partículas de sílice.
Para los cosméticos, incluidos los productos para el cuidado de la piel, la sílice sirve como agente de carga o absorbente, o como abrasivo en los exfoliantes. En el cuidado de la salud, las partículas de sílice también han encontrado un uso significativo en la administración de medicamentos y para fines de imágenes médicas. Para esas aplicaciones, las partículas de sílice se fabrican para tener pequeños orificios, o poros, en los que se pueden insertar productos farmacéuticos y otras sustancias.
Dado este ámbito de aplicaciones, Li y Zare buscaron examinar la ortodoxia de la sílice como una sustancia químicamente inerte. Li tiene experiencia en investigar supuestas propiedades de materiales cotidianos. Para su trabajo de tesis doctoral, Li investigó cómo el vidrio, utilizado durante mucho tiempo para el almacenamiento estable de medicamentos y otros materiales importantes, puede, en ciertas circunstancias, actuar como catalizador y acelerar las reacciones químicas.
“Hemos visto antes que los llamados materiales inertes pueden no ser realmente inertes”, dijo Zare. “Esa historia puede estar repitiéndose con las partículas de sílice”.
Química pasada por alto en el trabajo
Para el estudio, los investigadores de Stanford compraron partículas de sílice pura disponibles comercialmente, vendidas como polvo seco. Trabajando con Kurt Kolasinski, ex becario graduado de Zare y ahora profesor de química física en la Universidad de West Chester, Li agregó sílice a soluciones acuosas que contenían una de las tres biomoléculas que contienen tiol. Las biomoléculas estudiadas fueron la cisteína (un aminoácido clave), el glutatión antioxidante antes mencionado y la penicilamina (un llamado antagonista de metales pesados para tratar la enfermedad de Wilson, una condición que ocurre cuando se acumula demasiado cobre en el cuerpo).
Li incubó las soluciones en la oscuridad durante un día a temperatura ambiente. Obtuvo pequeñas muestras de las soluciones en marcas de media hora, 2 horas, 4 horas y 24 horas para medir las velocidades de cualquier reacción química que pudiera haber ocurrido, utilizando un instrumento llamado espectrómetro de masas.
Con el tiempo, las biomoléculas se oxidaron (una pérdida de electrones en una reacción química) mediante la incubación con sílice, con la sorprendente melodía de que hasta el 95 % de las moléculas en solución finalmente reaccionaron de esta manera, mientras que los experimentos de control sin incubación con sílice mostró una mínima oxidación.
Desde una perspectiva química, las partículas reactivas de sílice pura convirtieron moléculas que contenían tiol en moléculas de disulfuro. Explicadas en términos de sus composiciones elementales, las moléculas anteriores, que contienen grupos enlazados con azufre-hidrógeno (SH), cambiaron para tener puentes disulfuro, simbolizados SS.
La reacción inversa se encuentra familiarmente, señaló Zare, cuando el cabello rizado se alisa aplicando calor con una plancha. El proceso rompe los enlaces disulfuro en las proteínas del cabello, lo que permite que el cabello se transforme en hebras de cabello liso. “Cuando las personas usan planchas para alisar el cabello, la química de lo que sucede allí es romper los disulfuros y convertirlos en tioles, la reacción inversa de nuestro estudio”, dijo Zare.
Para las reacciones observadas, los investigadores de Stanford creen que al entrar en contacto con el agua, la sílice forma los llamados radicales sililoxi unidos a la superficie (un átomo de silicio unido a un átomo de oxígeno en una configuración que tiene un electrón desapareado). Al encontrarse con los radicales, las biomoléculas de tiol en la solución transfieren átomos de hidrógeno (H) a los radicales. En consecuencia, liberados del H enlazado, los átomos de azufre en dos moléculas de tiol se recombinan para formar los disulfuros de SS.
Mirando hacia el futuro, los investigadores del laboratorio de Zare planean probar más a fondo cómo los diferentes tamaños de partículas de sílice influyen en las tasas de reacción química. También se están realizando experimentos con biomoléculas más grandes.
Zare y Li esperan que sus hallazgos iniciales impulsen a otros investigadores, y potencialmente a los reguladores, a caracterizar la química de la sílice más a fondo.
“La sílice es un material que aparece en muchos lugares, en las cosas que comemos, en los productos que nos ponemos en la piel y en entornos médicos”, dijo Zare. “A la luz de este nuevo estudio, debemos saber más sobre la sílice y sus interacciones con otros materiales”.