Solución informática para evaluar la toxicidad química
Las industrias farmacéutica y cosmética consumen grandes cantidades de energía y producen enromes cantidades de residuos. Si no se eliminan de forma adecuada, algunas sustancias químicas utilizadas durante la producción, como disolventes, pueden acabar en el suelo o en el agua. «Otra cuestión es que, cuando las sustancias químicas de los productos farmacéuticos y cosméticos se excretan de nuestro cuerpo, acaban en la red de alcantarillado», explica Rafael Gozalbes, coordinador del proyecto Eco-CosmePharm(se abrirá en una nueva ventana) y director general de ProtoQSAR(se abrirá en una nueva ventana) (España). «No todas las plantas de tratamiento de aguas residuales se han diseñado para eliminar esas sustancias químicas. Eso puede llevar a que los productos cosméticos y farmacéuticos finales se liberen en el medio acuático». Identificar qué sustancias químicas provocan efectos perjudiciales en la vida acuática es fundamental si queremos abordar de forma eficaz esta situación. Sin embargo, uno de los principales desafíos es que las pruebas de toxicidad pueden ser caras y laboriosas.
Cribado de toxicidad
El proyecto Eco-CosmePharm, emprendido con el respaldo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), trató de aplicar la tecnología para proporcionar una alternativa rentable y práctica a las pruebas de laboratorio. «Nuestro objetivo era identificar informáticamente la repercusión de disolventes, cosméticos y fármacos potencialmente peligrosos», afirma Gozalbes. «Eso lo logramos utilizando el análisis de datos y la quimioinformática(se abrirá en una nueva ventana) para predecir niveles de toxicidad ambiental y humana». El proyecto aplicó una potente técnica informática para predecir propiedades, denominada «relación cuantitativa estructura-actividad»(se abrirá en una nueva ventana) (QSAR, por sus siglas en inglés). Esta técnica utiliza algoritmos de aprendizaje automático para entender patrones o características estructurales responsables de las propiedades de las moléculas (en este caso, la toxicidad acuática). «Los modelos de QSAR multitarea que desarrollamos se utilizaron posteriormente para cribar cosméticos y fármacos comercializados, identificar potenciales sustancias químicas que pueden ser perjudiciales para la vida acuática», añade Pravin Ambure, beneficiario de una beca individual de investigación Marie Skłodowska-Curie. «Se seleccionaron unas treinta y cinco sustancias químicas y su nivel de toxicidad validado en el laboratorio confirmó la precisión de la modelización». Los innovadores modelos desarrollados a través del proyecto Eco-CosmePharm son «multitarea», ya que pueden incorporar una serie de parámetros y variables, como las condiciones acuáticas. Eso significa que los científicos pueden aplicar los modelos para que se adapten a condiciones de interés específicas. «Los conocimientos obtenidos de Eco-CosmePharm ya nos han permitido clasificar algunos de los actuales cosméticos y fármacos comercializados según su toxicidad en los medios acuáticos», continua Gozalbes. «A continuación, mediante la quimioinformática, podemos diseñar nuevos productos análogos de sustancias químicas seleccionadas o identificar sustancias químicas alternativas que pueden mostrar propiedades deseadas similares con menos o ninguna ecotoxicidad».
Productos informáticos comercializables
El éxito del proyecto Eco-CosmePharm ha llevado al desarrollo de dos herramientas informáticas basadas en inteligencia artificial previas a la comercialización denominadas «ProtoML-Basic» y «ProtoML-Mixture». Dichas herramientas se pueden utilizar para llevar a cabo varias tareas de QSAR y aprendizaje automático para mezclas o sustancias químicas individuales. «ProtoQSAR proporcionará esas herramientas en el marco de un panel de productos informáticos», explica Ambure. «Esperamos que ayuden a los responsables políticos y a la industria a ser más conscientes del potencial riesgo de algunas sustancias químicas y a elegir las más seguras cuando sea posible». Los próximos pasos incluyen el desarrollo de una plataforma web en línea, interactiva y fácil de usar, que podría utilizarse para predecir la toxicidad acuática de cualquier conjunto determinado de sustancias químicas dudosas. Esto generará informes de toxicidad detallados para los usuarios. Gozalbes prevé que esta herramienta en línea se utilice para seleccionar compuestos antes de la autorización reglamentaria, así como para seleccionar compuestos a fin de seguir realizando pruebas experimentales.
