Nuestra comunidad mundial se desarrolla en torno a los centros industriales, a medida que las poblaciones migran hacia donde existen oportunidades.
Y esos centros suelen estar caracterizados por grandes empresas comerciales. A veces emplean materiales sospechosos de ser perjudiciales para la salud de los organismos vivos. La exposición y los impactos en la salud suelen estar agrupados geográficamente.
Tomemos el cromo hexavalente, por ejemplo. Ese es el contaminante que aparece en la película Erin Brockovich. Tiene muchos usos industriales útiles y se utiliza en diversas industrias para galvanoplastia, soldadura y pintura cromática. Pero se sabe que es un contaminante ambiental muy extendido. La sustancia está relacionada con varios efectos perjudiciales para la salud, incluido el cáncer de pulmón.
Aaron Specht dedica su carrera a investigar las vías que estas sustancias recorren el cuerpo, lo que finalmente ayuda a revelar los efectos que estas sustancias pueden tener en la salud pública.
Y para ello, Specht utiliza la fluorescencia de rayos X (XRF) como su principal herramienta de investigación.
El análisis XRF proporciona información cualitativa y cuantitativa no destructiva sobre la composición elemental de las muestras basada en los espectros XRF únicos de la muestra.
Specht, Ph.D., profesor adjunto en la Universidad de Purdue, obtuvo su doctorado allí y realizó trabajos postdoctorales en la T.H. Chan School of Public Health de la Universidad de Harvard, donde sigue activo como parte del Laboratorio de Metales Traza 1.
Su investigación se centra en el desarrollo, aplicación y comprensión de la evaluación de la exposición a exposiciones elementales y a radiación en estudios de salud ambiental y ocupacional 2.
El trabajo de Specht es localizar dónde se depositan las partículas absorbidas, los metales, ya sea por inhalación, piel, ingestión u otros medios. En su última publicación, él y su grupo estudian la localización donde las partículas inhaladas se depositan en los pulmones.
"En el futuro, creo que podremos responder a preguntas más importantes sobre cómo los contaminantes ambientales están afectando a cosas como el desarrollo cerebral y la enfermedad de Alzheimer", dijo, "y cómo la colocalización de metales dentro del cerebro podría estar influyendo potencialmente en diferentes vías. Y esas vías están influyendo en la demencia."
"Cuando podemos localizar realmente dónde están los metales y estos elementos, específicamente en relación con otros órganos conocidos, nos da una mejor comprensión de cómo funciona el cuerpo y cómo algunas de estas toxinas ambientales con las que lidiamos cada día afectan a nuestra salud."
En su estudio actual, que pronto será publicado, titulado provisionalmente Distribución de cromo en un modelo de aspiración orofaríngea para cromo hexavalente en ratas, el grupo utilizó la inhalación para depositar el cromo hexavalente en pulmones de rata.
"Lo que esperamos hacer en el futuro con esta tecnología (de investigación) es analizar muestras humanas", afirmó. "Hay biobancos en todo el mundo que tienen muestras cerebrales de personas con enfermedades específicas. Luego podemos observar muy, muy específicamente dónde se localizan los metales dentro del cerebro de alguien con una enfermedad. ¿Y en qué se diferencia eso de alguien que no está enfermo?"
Muchas de estas sustancias, como el cromo hexavalente, son útiles para fines industriales, pero en realidad tienen impactos tóxicos. El equipo de Specht analiza cómo se relaciona con la población humana. El plomo también es una de estas sustancias.
"Entra en el cuerpo y desencadena mecanismos de estrés oxidativo y puede alterar tus hormonas y la discriminación endocrina."
Existen muchas formas diferentes en que estos compuestos provocan los problemas que vemos en la salud humana. A veces lo hace imitando diferentes aspectos de procesos que realmente son útiles en el cuerpo.
"Por ejemplo, muchos metales pesados entran en el cuerpo y el cuerpo piensa que son similares al calcio", explicó. "Así que si es similar al calcio, se moverá con éxito por muchos lugares diferentes. En cuanto al calcio, normalmente pasa por el cuerpo y altera esos canales de calcio. Atravesará la barrera hematoencefálica, actuando como calcio."
"Así que es necesario equilibrar el uso de estas sustancias tóxicas con los aspectos de salud humana que podamos identificar y hacer que no nos contaminemos hasta la muerte."
Gran parte del artículo de Specht se centró en dónde se depositaba el cromo dentro del pulmón y luego en las consecuencias posteriores de estos depósitos.
Los investigadores establecieron un par de hipótesis diferentes sobre dónde podría distribuir el pulmón más cromo tras un evento de inhalación, y a qué podría derivar eso en términos de disfunción más adelante.
"Pero los toxicólogos realmente pueden seguir y detectar dónde está influyendo en las células y luego entender cómo esas células se ven afectadas en un efecto posterior dentro del cuerpo.
"Porque todo dentro del cuerpo es este gran sistema de ciclos, y depende de qué parte de ese ciclo hayas alterado que influye en los impactos posteriores de todo lo demás."
Gran parte de lo que hace Specht implica fluorescencia de rayos X, incluyendo micro-XRF y unidades portátil.
"Facilita mucho los proyectos de participación comunitaria porque la alternativa a XRF son medidas químicas mucho más caras."
La XRF tiene otros beneficios.
"Tenemos este micro-XRF, que en realidad hace mucho más accesible hacer estas mediciones de mapeo elemental porque todo lo demás que se usa en mapeos elementales es un proceso destructivo o semi-destructivo. Cuando podemos hacer esto y tenerlo accesible en nuestro laboratorio, se abre la posibilidad de realizar muchos estudios diferentes que nunca podríamos haber hecho, porque las únicas otras opciones para este tipo de XRF a microescala son ir a grandes laboratorios nacionales. Normalmente tienes que presentar una propuesta y quizá tengas un fin de semana para ir allí a hacer estas medidas. Pero ahora tenemos la tecnología para hacer esto dentro de un laboratorio y hacer lo que queramos cuando queramos. Nos da la opción de analizar un montón de preguntas científicas novedosas que de otro modo no se abordarían porque ahora tenemos acceso a esta tecnología tremenda que realiza estos análisis."
XRF da a Specht y a su equipo la capacidad de mirar todo en la tabla periódica.
"Cuando realmente hacemos las mediciones, excita un átomo en la muestra que estamos midiendo. Y a partir de ese átomo excitado, se desexcita y recogemos una señal, pero la señal siempre refleja el elemento que era ese átomo."
"Así que, ya sea cromo, plomo o arsénico, puedes capturarlo todo con el dispositivo de fluorescencia de rayos X. Y tenerlo a microescala nos permite mirar casi a nivel celular con el dispositivo que tenemos. Eso nos da muchas oportunidades para identificar temas realmente interesantes que coincidan con la histologia de lo que el tejido realmente muestra, y superponerlo con los elementos conocidos dentro del tejido frente a dónde va el lead a esos sitios conocidos. ¿Entonces los astrocitos se están acumulando en el cerebro, o el plomo se está acumulando realmente en otro lugar? XRF nos da la capacidad de responder a todas estas preguntas, y lo hace de una manera mucho más accesible que algunas de las otras metodologías basadas en laboratorio, que son mucho menos accesibles."
Specht y sus colegas viajan por el mundo para rastrear estas toxinas. Ha realizado estudios desde Europa hasta Asia, todos centrados en este aspecto concreto de cómo el medio ambiente está moldeando nuestra salud.
Sin embargo, los diferentes sitios biológicos son clave.
"En muchos de estos estudios, la gente recoge diferentes bio-muestras de una persona para identificar a qué ha estado potencialmente expuesta. Y todos esos diferentes bio-especímenes pueden reflejar una exposición distinta en un momento distinto, lo que puede ser más o menos útil para lo que estamos observando en términos de salud humana."
"Por ejemplo, si mediéramos el hueso de alguien, podemos hacer esto y realmente observar entre 20 y 30 años de tiempo de exposición acumulados en esa única medición del hueso. Pero si medimos la sangre de alguien, estamos hablando de 30 días, más o menos, del tiempo de exposición de alguien. Así que si buscamos la exposición aguda de alguien y cómo eso está afectando a su salud ahora mismo, podríamos elegir diferentes sitios biológicos que realmente mediríamos. Si estamos hablando de algo con sintomatología muy larga, como una enfermedad neurodegenerativa, nos fijamos en las exposiciones más crónicas que se reflejarían en el hueso."
En la película de Erin Brockovich, la exposición se debió a la contaminación del agua potable y el método de exposición fue la ingestión. La inhalación es común en entornos industriales.
"Hay sitios específicos que tratan mucho con el cromo hexavalente y esas comunidades, en particular, están muy afectadas por el cromo hexavalente. Probablemente hayas oído hablar de centros de reciclaje en China y Ghana que se dedican mucho al cromo hexavalente."
Uno de los aspectos principales del trabajo de Specht es la implicación comunitaria. Los científicos a menudo entran en las comunidades y dicen a la gente lo que creen que las comunidades deben hacer. Pero una de las cosas clave dentro del compromiso, dice, es simplemente averiguar qué quiere hacer la comunidad y qué pueden aportar los científicos para ayudarles a resolver estos problemas.
"Eso es lo que normalmente intento hacer cuando hago mi participación comunitaria. Si tenemos un estudio de cohorte grande y la gente simplemente se inscribe en investigación, entonces la historia es diferente y normalmente no se trata de una comunidad concreta. Pero para comunidades concretas, intentamos asegurarnos de no aprovecharnos de nadie para nuestro propio beneficio en términos científicos. Intentamos que formen parte del proceso y entiendan de dónde vienen para intentar resolver los problemas que más les interesan, manteniéndolos implicados en la ciencia.
La herramienta principal de Specht es el HORIBA XGT 9000, un microscopio analítico de rayos X Micro-XRF. Cuenta con la participación
Pero hay algo detrás de las especificaciones que atrajo a Specht a comprar una XGT 9000.
"Primero y ante todo, HORIBA estaba muy abierto a tener una relación continua. Dentro de las muestras que estoy midiendo surgen muchas preguntas sobre cómo hacemos las mediciones y cuál es la mejor manera de proceder y analizar las mediciones. Así que cuando contacté con HORIBA, quedó muy claro que estaban más que dispuestos a mantener una relación continua y responder a todas esas preguntas con el tiempo. Y valoro mucho eso porque no lo sé todo. Y entiendo que la gente de investigación y desarrollo en HORIBA a veces tiene un mejor entendimiento de su instrumento que yo de su instrumento.
Specht y su grupo deberían ver su artículo sobre cromo hexavalente publicado a principios de 2023. Y no hay duda de que este equipo de científicos beneficiará a grandes poblaciones con sus estudios y la participación comunitaria para mejorar la salud pública.
1 www.purdue.edu/gradschool/oigp/index.html
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