Modelos alternativos para la evaluación de toxicidad de contaminantes emergentes. Neurodesarrollo y disrupción endocrina

Las líneas de investigación incluyen:

Efectos en Salud de Nanoplásticos. Patologías Neuro/Endocrinas emergentes.

Los desechos plásticos llegan a océanos, suelos y atmósfera debido a que solo se recicla un 10%. En el medio ambiente, sufren procesos de degradación que dan lugar a microplásticos y nanoplásticos (NP). En los últimos años se ha observado que los NP causan efectos nocivos en organismos acuáticos y terrestres e incluso se ha propuesto una enfermedad emergente llamada “plasticosis”. Los seres humanos están expuestos a estos NP por diferentes vías; ingestión (fundamentalmente de determinados alimentos y agua), inhalación o contacto dérmico, demostrándose su penetración en células humanas. Información previa indica que los NP pueden inducir alteraciones en el metabolismo, la reproducción, y el sistema inmune, aunque la biocinética y los mecanismos de acción aún se desconocen, por lo que no existe aún información necesaria para proponer recomendaciones en salud humana. El objetivo de esta línea es estudiar las alteraciones producidas por los NPs en el sistema endocrino del embrión de pez cebra, que puedan resultar en alteraciones del neurodesarrollo y el comportamiento, comunes en la niñez como el autismo y la hiperactividad. En particular, en colaboración con la UFIEC, se estudiarán además posibles efectos de disrupción de hormonas tiroideas. Por lo tanto, se pretende dilucidar los mecanismos de acción responsables de los efectos en la salud humana, con especial interés en patologías neuroendocrinas, y el neurodesarrollo del consumo/incorporación de NP.

Nanoplásticos “reales” y cambio climático: bioensayos toxicogenómicos en embriones de pez cebra (Danio rerio)

La mayoría de los estudios existentes sobre efectos de nanoplásticos (NPs) están hechos utilizando un material de poliestireno comercial que dista mucho de los NPs que existen en el medio ambiente. Esta línea tiene como objetivo sintetizar NPs a partir de botellas de agua de tereftalato de polietileno e investigar cómo estos pueden afectar la salud tanto humana como ambiental. De forma combinada se pretende estudiar el efecto del incremento de la temperatura como consecuencia del cambio climático. Utilizando al pez cebra como organismo modelo, se realizan bioensayos toxicológicos de desarrollo y de comportamiento además de estudios moleculares para evaluar las respuestas biológicas a estos factores estresantes. En colaboración con la UNED se estudiarán también efectos en otros organismos acuáticos como el insecto Chironomus riparius. Este enfoque permitirá obtener una imagen detallada de los mecanismos de toxicidad de estos NPs en un contexto aproximado a la realidad medioambiental actual.

Métodos alternativos para la evaluación de la neurotoxicidad en el desarrollo. Estudio de efectos en la ansiedad.

La neurotoxicidad (NT) se estudia principalmente siguiendo las directrices 424 y 426 de la OCDE que incluyen criterios de valoración conductuales en mamíferos roedores como actividad, aprendizaje y memoria, pero no incluyen criterios de valoración relacionados con la ansiedad. Además, los estudios con roedores requieren mucho tiempo, son costosos y presentan problemas éticos con respecto al bienestar animal. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar nuevas metodologías (NAM, por sus siglas en inglés “New Approach Methodologies”) para evaluar la NT de una manera relevante para el ser humano y con técnicas eficientes y de alto rendimiento. En este contexto, el embrión de pez cebra hasta 120 horas después de la fertilización (hpf) es un modelo in vivo ideal, con alta homología genética humana, pero que se considera un método alternativo a la experimentación animal (NAM). El principal objetivo de la presente línea es la puesta a punto de un ensayo de alto rendimiento para evaluar los efectos de tóxicos ambientales en la ansiedad de las larvas de pez cebra en respuesta a estímulos visuales y acústicos. El ensayo se desarrolla dentro de la subtarea 5.2.1e del proyecto europeo PARC (https://www.eu-parc.eu).

Investigación de los efectos de contaminantes emergentes en la reproducción, comportamiento y alternaciones genéticas en Daphnia magna

Esta línea se enfoca en entender el impacto de contaminantes emergentes en la pulga de agua Daphnia magna, un pequeño crustáceo de agua dulce que se utiliza como organismo modelo debido a su sensibilidad a los cambios ambientales y su importancia ecológica como base de la cadena alimentaria acuática. Esta línea de investigación abarca la evaluación de parámetros reproductivos como la tasa de reproducción, el número de crías por progenitora, la viabilidad de los huevos y el tiempo de generación. Estos datos son fundamentales para entender cómo la exposición a estos contaminantes puede afectar la dinámica poblacional de esta especie y, por ende, el equilibrio de los ecosistemas acuáticos. En segundo lugar, se investigan los cambios en el comportamiento como indicadores sensibles de estrés ambiental y pueden proporcionar información temprana sobre la toxicidad subletal de los contaminantes. Además, se exploran las alteraciones genéticas que pueden ser inducidas por la exposición a estos contaminantes. En un contexto de “One Health”, estos estudios pueden revelar mecanismos de alteración de los ecosistemas y de acción de las sustancias a nivel molecular, proporcionando biomarcadores para la evaluación del riesgo ambiental y en último término sirviendo como centinelas para la detección y cuantificación de problemas ambientales de contaminación, antes de que éstos puedan afectar al ser humano. Los resultados obtenidos son cruciales para la formulación de políticas ambientales de control de contaminación y la gestión de riesgos, contribuyendo a la protección de los ecosistemas, la biodiversidad y la salud humana.

Biomonitorización humana

Las líneas de investigación incluyen:

Estudio de la exposición ambiental en la población y sus efectos en salud

La biomonitorización humana (BMH) ha experimentado un gran progreso en las últimas décadas como consecuencia de los avances en el campo de la química analítica en cuanto a la mejora de las técnicas analíticas disponibles, unido al desarrollo de nuevas tecnologías. La mejora de los métodos analíticos y, por tanto, la reducción de los límites de cuantificación ha permitido emplear matrices biológicas alternativas a la sangre y aplicar a biomonitorización humana al estudio de la exposición en población general, expuesta en principio, a bajas concentraciones de contaminantes ambientales. En la actualidad, la BMH es una herramienta fundamental para la Salud Pública, útil para comprobar la efectividad de políticas regulatorias, como herramienta de alerta temprana sobre la exposición a contaminantes emergentes o para la identificación de grupos de riesgo, entre otros.

El objetivo de esta línea es evaluar el grado y alcance de exposición en la población española a contaminantes ambientales y sustancias químicas presentes en productos de uso diario. Desde 2007, el grupo ha desarrollado varios estudios de BMH (BIOAMBIENT.ES, DEMOCOPHES, BEA, SPECIMEn y HBM4EU-mom) en diferentes grupos poblacionales (adultos, parejas madre/hijo, adolescentes y embarazadas), investigado la exposición a metales pesados, pesticidas, bisfenoles, ftalatos, hidrocarburos aromáticos policíclicos, sustancias per y polifluoalquiladas, retardantes de llama, bifenilos policlorados y filtros ultravioleta. Los resultados han permitido definir valores de referencia, identificar factores determinantes de la exposición, establecer asociaciones con efectos en salud o identificar diferencias geográficas.

Desarrollo de métodos analíticos

Las investigaciones en biomonitorización humana requieren la utilización de técnicas analíticas sofisticadas y métodos analíticos sensibles, que permitan la determinación de las sustancias de interés en muestras biológicas complejas. El grupo de biomarcadores ha desarrollado y validado métodos analíticos para el análisis de gran cantidad de sustancias en muestras de orina, sangre, DBS (gotas de sangre seca), grasa y pelo, mediante LC-MS/MS (cromatografía líquida acoplada a detector de masas de triple cuadrupolo), GC-MS (cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas), GC-qTOF (cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas de tiempo de vuelo), ICP-MS (espectrometría de masas con plasma de acoplado inductivamente) y espectrofotometría de absorción atómica.

Además de métodos para analizar muestras humanas, han desarrollado métodos para los análisis compuestos orgánicos, elementos traza y metales pesados en plumas y huevos de pingüinos y tintas empleadas en tatuajes y maquillaje permanente.

Aseguramiento y control de la calidad en estudios de biomonitorización humana

El aseguramiento y control de la calidad en los laboratorios de química analítica es un componente potente en disciplinas en las que existe una regulación que obliga a monitorizar los niveles de contaminantes (ej. alimentación o calidad del aire). Sin embargo, la situación es bien distinta en biomonitorización humana ya que, en ausencia de una regulación que obligue al control de las concentraciones de contaminantes en humanos y defina los métodos analíticos a aplicar en dicho control, los laboratorios aplican sus propios controles y métodos analíticos, existiendo gran variedad en cuanto al desarrollo tecnológico, experiencia y los controles aplicados. Teniendo en cuenta las bajas concentraciones de contaminantes que se encuentran normalmente en muestras procedentes de población general, la complejidad de las muestras analizadas y la ubicuidad de algunas de las sustancias analizadas, es fundamental contar con mecanismos que aseguren un control estricto sobre la calidad y comparabilidad de los análisis. El grupo ha liderado actividades en este sentido en varios estudios europeos con muy buenos resultados y que han hecho posible el establecimiento de la red europea de laboratorios de BMH, creada en HBM4EU (European Human Biomonitoring Initiative) y en cuya ampliación y consolidación se está trabajando en PARC (European Partnership for the Assessment of Risks from Chemicals).

Las aportaciones en este sentido se han plasmado además en múltiples colaboraciones con la Organización Mundial de la Salud.

Creación de estructuras nacionales para el desarrollo de la biomonitorización humana en España

Desde el grupo de Biomarcadores se ha trabajado intensamente en el desarrollar estructuras nacionales para el desarrollo de la BMH en España, con el objetivo de establecer un programa de BMH estable y periódico como ya existe en países europeos, como Alemania o Francia. En los últimos años, su participación y liderazgo en grupos de trabajo en proyectos europeos y las actividades desarrolladas para apoyar la BMH en Europa y España, ha permitido su colaboración con la dirección del CNSA – ISCIII y el Ministerio de Sanidad, en la redacción del Plan Estratégico de Salud y Medio Ambiente 2022 - 2026 (PESMA) y de la Orden Ministerial (Orden PCM/1049/2022, de 1 de noviembre) por la que se crea la Comisión Interministerial de Biomonitorización Humana.

Efectos en salud derivados de la exposición a sustancias químicas y sus mezclas, mediante el desarrollo de biomarcadores de efecto y susceptibilidad

El objetivo de esta línea de investigación se centra en el estudio de la susceptibilidad individual y la identificación de nuevos biomarcadores moleculares de efecto temprano complementando así los estudios de exposición y con el fin de contribuir a elucidar la relación entre la exposición ambiental y los efectos en la salud.

Además de la identificación de nuevos biomarcadores moleculares y de biomarcadores de efecto combinado, se incluyen otros considerados clásicos e incluso biomarcadores clínicos y bioquímicos, para completar el espectro y obtener la mayor información posible. Entre los biomarcadores moleculares que se están evaluando se encuentran la presencia de polimorfismos o perfiles de metilación en genes relacionados con el estrés oxidativo o el neurodesarrollo, entre otros.

Biomonitorización de contaminantes ambientales en la Antártida

El grupo de Biomarcadores complementa sus actividades de investigación en humanos con el estudio de la exposición a contaminantes ambientales en regiones remotas. Colabora con investigadores del Museo de Ciencias Naturales, de la Universidad de Murcia y de la Universidad de Alcalá de Henares en proyectos de investigación en los que se estudia la presencia en la Antártida de contaminantes ambientales derivados de actividades humanas, mediante el análisis de contaminantes en muestras biológicas procedentes de pingüinos.

Salud urbana: calidad del aire, salud y bienestar en entornos urbanos

1- Estudio de la exposición a contaminantes atmosféricos urbanos: Material Particulado, Óxidos de nitrógeno y Ozono en poblaciones vulnerables.

Esta línea de investigación aborda el estudio de los efectos en la salud atribuibles a la exposición de contaminantes atmosféricos urbanos en poblaciones vulnerables. Esta línea se realiza en colaboración con la Dra. Rebeca Ramis Prieto. Área de Epidemiologia de Cáncer y Ambiental. CNE_ISCIII. ORCID: 0000-0001-6154-9142.

2- Ciencia ciudadana para abordar desafíos urbanos. La participación ciudadana es una excelente herramienta para identificar determinantes de salud urbanos y diseñar intervenciones tanto a nivel individual como urbano que permitan mejorar el bienestar y la calidad de vida de la población.

PROYECTOS:

Proyecto Europeo H2020 URBANOME “URBAN Observatory for multiparticipatory enhancement of wellbeing and health”, Ga 945391.

Interacción de los organismos vivos con la radiación no ionizante

Modelos alternativos en los ensayos animales para el estudio de los efectos biológicos de los campos eléctrico, magnético y electromagnético - Caracterización eléctrica de los organismos vivos para evaluación de las magnitudes internas relevantes en el estudio del posible impacto en la salud de la radiación no ionizante. - Estudio de los niveles ambientales de los campos eléctrico, magnético y electromagnético para la evaluación de la exposición de la población

Evaluación de riesgo

La unidad colabora y proporciona asesoramiento científico-técnico a diversas organizaciones internacionales, como la European Partnership for Alternative Approaches to Animal Testing (EPAA), la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) y la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Además de realizar evaluaciones de riesgo regulatorias de sustancias químicas, estamos involucrados en proyectos de investigación que desarrollan nuevas metodologías de evaluación de riesgo. Las líneas de investigación incluyen el desarrollo, utilización e implementación de:

- “Integrated Approaches to Testing and Assessment (IATAs)” para evaluar de manera integral los riesgos de las sustancias químicas, combinando diferentes fuentes de datos y evidencia, como datos in vitro, in silico y estudios en animales.
- “Adverse Outcome Pathways (AOPs)” y redes AOPs para comprender mejor los mecanismos moleculares y biológicos que conducen a los efectos adversos en la salud humana y el medio ambiente como resultado de la exposición a sustancias químicas.
- Métodos de evaluación de riesgos probabilísticos que tienen en cuenta la variabilidad inherente en los datos y las incertidumbres asociadas con los procesos de evaluación. La interpretación de resultados y series de datos existentes nos permite obtener un valor añadido en términos de efectos sobre la salud, humana o ambiental, así como la integración de diferentes fuentes de información.

Radiación ambiental y radiación no ionizante

Exposición de la población a la radiación natural: radón y a radiación artificial en ocupacional y en el medio ambiente.

• Monitoreo ambiental: Desarrollo de estrategias de muestreo de contaminantes emergentes y/o precursores de ozono. Microbiología del aire: muestreo de bioaerosoles en aire ambiente / aire de interiores. Aire de interiores: Investigación de la presencia de contaminantes gaseosos y particulados en edificios.
• Tratamiento y análisis de muestras: Metrología aplicada a la calidad del aire: desarrollo y validación de analizadores gaseosos. Desarrollo, optimización y validación de nuevas técnicas analíticas (metodologías “green cheistry”).
• Exposición ambiental e impactos en salud: Impacto sobre la salud respiratoria de la exposición a contaminantes atmosféricos asociados a erupciones volcánicas. Desarrollo de ensayos toxicológicos acelulares. Estudio de la correlación ambiente – evolución de enfermedad. Evaluación de la presencia/ausencia de genes de resistencia en el aire.
• Modelización de la calidad del aire: Aplicación de algoritmos para la estimación de los niveles de exposición de contaminantes atmosféricos en emplazamientos no medidos (implementación de técnicas de “machine learning”). Tratamiento de datos. Aplicación de técnicas quimiométricas. Análisis de distribución espacial, de tendencias, elaboración de mapas de riesgo, etc.
• Gestión de redes: Optimización del diseño de redes de calidad el aire. Idoneidad de emplazamientos de medida acorde al marco legislativo.

Interacciones genético-ambientales en los trastornos del neurodesarrollo

• Modelos celulares in vitro y ex vivo de rasopatías, tales como células madre pluripotenciales, células madre neurales, cultivos primarios neuronales y cultivos organotípicos de rodajas de hipocampo, para estudiar el neurodesarrollo.
• Modelos animales de ratón con mutaciones en las proteínas Ras asociadas a los trastornos de neurodesarrollo (rasopatías) para estudiar la conducta animal relacionada con dichos trastornos, como el desarrollo motor, el comportamiento social y las habilidades cognitivas como la memoria y el aprendizaje.