Desarrollan un nuevo material biodegradable para reemplazar los microplásticos en productos de belleza y alimentos

Los microplásticos son un peligro ambiental presente casi en todas partes del planeta, liberados por la descomposición de neumáticos, ropa y envases plásticos. Otra fuente significativa de microplásticos son las pequeñas perlas que se agregan a algunos limpiadores, cosméticos y otros productos de belleza.

En un esfuerzo por detener algunos de estos microplásticos desde su origen, los investigadores del MIT han desarrollado una clase de materiales biodegradables que podrían reemplazar las perlas plásticas utilizadas actualmente en productos de belleza. Estos polímeros se descomponen en azúcares y aminoácidos inofensivos.

"Una forma de mitigar el problema de los microplásticos es averiguar cómo limpiar la contaminación existente. Pero también es igualmente importante mirar hacia el futuro y centrarse en crear materiales que no generen microplásticos en primer lugar", afirma Ana Jaklenec, investigadora principal del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT.

Estas partículas también podrían tener otras aplicaciones. En el nuevo estudio, Jaklenec y sus colegas demostraron que las partículas podrían usarse para encapsular nutrientes como la vitamina A. Fortificar los alimentos con vitamina A encapsulada y otros nutrientes podría ayudar a las 2 mil millones de personas en todo el mundo que sufren de deficiencias de nutrientes.

Jaklenec y Robert Langer, Profesor del Instituto del MIT y miembro del Instituto Koch, son los autores principales del artículo, que se publica en Nature Chemical Engineering. El autor principal del artículo es Linzixuan (Rhoda) Zhang, estudiante de posgrado en ingeniería química en el MIT.

Plásticos biodegradables

En 2019, Jaklenec, Langer y otros informaron sobre un material polimérico que demostraron podía usarse para encapsular vitamina A y otros nutrientes esenciales. También encontraron que las personas que consumían pan hecho con harina fortificada con hierro encapsulado mostraron niveles elevados de hierro.

Sin embargo, desde entonces, la Unión Europea ha clasificado este polímero, conocido como BMC, como un microplástico e incluyó en una prohibición que entró en vigor en 2023. Como resultado, la Fundación Bill y Melinda Gates, que financió la investigación original, pidió al equipo del MIT que diseñaran una alternativa más ecológica.

Los investigadores, liderados por Zhang, recurrieron a un tipo de polímero que el laboratorio de Langer había desarrollado previamente, conocido como polibeta-aminoésteres. Estos polímeros, que han mostrado ser prometedores como vehículos para la entrega de genes y otras aplicaciones médicas, son biodegradables y se descomponen en azúcares y aminoácidos.

Al cambiar la composición de los bloques constructivos del material, los investigadores pueden ajustar propiedades como la hidrofobicidad (capacidad para repeler el agua), la resistencia mecánica y la sensibilidad al pH. Después de crear cinco materiales candidatos diferentes, el equipo del MIT los probó e identificó uno que parecía tener la composición óptima para aplicaciones de microplásticos, incluida la capacidad de disolverse cuando se expone a entornos ácidos como el estómago.

Los investigadores demostraron que podían usar estas partículas para encapsular vitamina A, así como vitamina D, vitamina E, vitamina C, zinc y hierro. Muchos de estos nutrientes son susceptibles a la degradación por calor y luz, pero cuando estaban encapsulados en las partículas, los investigadores encontraron que los nutrientes podían resistir la exposición a agua hirviendo durante dos horas.

También demostraron que, incluso después de ser almacenados durante seis meses a alta temperatura y humedad, más de la mitad de las vitaminas encapsuladas permanecieron intactas.

Para demostrar su potencial para fortificar alimentos, los investigadores incorporaron las partículas en cubos de caldo, un ingrediente comúnmente consumido en muchos países africanos. Descubrieron que cuando se incorporaron al caldo, los nutrientes permanecieron intactos después de ser hervidos durante dos horas.

"El caldo es un ingrediente básico en el África subsahariana, y ofrece una oportunidad significativa para mejorar el estado nutricional de miles de millones de personas en esas regiones", dice Jaklenec.

En este estudio, los investigadores también probaron la seguridad de las partículas al exponerlas a células intestinales humanas cultivadas y medir sus efectos sobre las células. En las dosis que se usarían para la fortificación de alimentos, no encontraron daño en las células.

Mejor limpieza

Para explorar la capacidad de las partículas para reemplazar las microperlas que se agregan a los limpiadores, los investigadores mezclaron las partículas con espuma de jabón. Este compuesto, encontraron, era capaz de eliminar marcadores permanentes y delineadores a prueba de agua de la piel mucho más eficazmente que el jabón solo.

El jabón mezclado con la nueva microperla biodegradable también fue más eficaz que un limpiador que incluye microperlas de polietileno, según encontraron los investigadores. También descubrieron que las nuevas partículas biodegradables hacían un mejor trabajo al absorber elementos potencialmente tóxicos, como los metales pesados.

"Queríamos usar esto como un primer paso para demostrar cómo es posible desarrollar una nueva clase de materiales, ampliar las categorías existentes de materiales y luego aplicarlo a diferentes aplicaciones", afirma Zhang.

Con una subvención de Estée Lauder, los investigadores ahora están trabajando en más pruebas de las microperlas como limpiador y potencialmente para otras aplicaciones, y planean realizar un pequeño ensayo clínico más adelante este año. También están recopilando datos de seguridad que podrían usarse para solicitar la clasificación GRAS (generalmente reconocida como segura) de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. y están planeando un ensayo clínico de alimentos fortificados con las partículas.

Los investigadores esperan que su trabajo pueda ayudar a reducir significativamente la cantidad de microplásticos liberados al medio ambiente por productos de salud y belleza.

"Esto es solo una pequeña parte del problema más amplio de los microplásticos, pero como sociedad estamos comenzando a reconocer la gravedad del problema. Este trabajo ofrece un paso adelante para abordarlo", afirma Jaklenec. "Los polímeros son increíblemente útiles y esenciales en innumerables aplicaciones en nuestra vida diaria, pero vienen con inconvenientes. Este es un ejemplo de cómo podemos reducir algunos de esos aspectos negativos".

La investigación fue financiada por la Fundación Gates y la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU.