El crecimiento acelerado de la industria nanotecnológica ha incrementado significativamente la exposición humana y ambiental a las nanopartículas de oro (AuNPs). A pesar de su prometedora aplicación biomédica e industrial, existe preocupación debido a la limitada regulación y a la evidencia de toxicidad en diversos modelos biológicos. Si bien se ha documentado que las partículas incidentales de la contaminación del aire incrementan la mortalidad cardiovascular, el impacto de las nanopartículas ingenierizadas, como las AuNPs, en el corazón sigue siendo poco explorado. La mayoría de los estudios sobre cardiotoxicidad de AuNPs se limitan a la bioacumulación o a la histopatología, dejando de lado el impacto en la función cardíaca. El presente trabajo tuvo como objetivo central evaluar la cardiotoxicidad inducida por la administración intraperitoneal de AuNPs menores de 20 nm en un modelo murino, analizando las alteraciones a diferentes niveles y, principalmente, la expresión in situ y la topología subcelular de la proteína conexina 43 (Cx43) bajo esquemas de administración aguda de 7 días y crónica de 28 días. Se emplearon 48 ratones macho de la cepa C57BL/6J, a los cuales se les administraron AuNPs de 5, 10 o 15 nm. Se diseñó una estrategia de evaluación integral que incluyó: análisis de toxicidad manifiesta (peso corporal y supervivencia), perfil sérico cardíaco, anatomía de superficie, morfometría ventricular, histopatología y análisis de expresión total mediante Western Blot e inmunodetección confocal para determinar la topología subcelular de la proteína Cx43, dos de sus fracciones fosforiladas (pS368Cx43, pS262Cx43) y su interacción con la proteína de anclaje βcatenina. Nuestros resultados mostraron que las AuNPs inducen cardiotoxicidad caracterizada por un remodelado cardíaco en los niveles orgánicos, tisulares, celulares y moleculares, con un patrón dependiente del tiempo de administración pero independiente del tamaño de la nanopartícula. La administración aguda de AuNPs se caracterizó por la ausencia de remodelación a nivel orgánico. En contraste, a nivel histológico observamos alteraciones como vacuolización y degeneración vacuolar, junto con fibrosis asociada a un aumento de la proliferación de fibroblastos cardíacos, lo que sugiere un intento temprano de reparación tisular. Molecularmente, aunque la expresión total de la proteína Cx43 no cambió, encontramos una remodelación topológica caracterizada por la reducción de la señal en el disco intercalar y un incremento concomitante de las internalizaciones y lateralizaciones. Por su parte, la administración crónica de AuNPs se distinguió por la aparición de remodelado orgánico: aunque el peso cardíaco no varió, observamos atrofia ventricular y la adopción de una geometría esférica. Histológicamente, el daño celular persistió y se confirmó la atrofia de los cardiomiocitos; sin embargo, la fibrosis no progresó, hallazgo que se asoció con el retorno de la proliferación de fibroblastos cardíacos a niveles basales. A nivel molecular, al igual que en la administración aguda de AuNPs, no hubo cambios en la expresión total de la proteína Cx43, pero las alteraciones topológicas se acentuaron, predominando la pérdida de localización en el disco intercalar frente al aumento de internalizaciones y lateralizaciones. En general, la remodelación topológica de la proteína Cx43 se asoció con su fosforilación en el residuo S368, la cual exhibió un patrón de redistribución similar: una marcada disminución en el disco intercalar concomitante con un incremento en las internalizaciones y lateralizaciones. Asimismo, la co-translocación de las proteínas Cx43 y la β-catenina durante estos procesos mostró que el daño no se limita a las uniones comunicantes, sino que puede comprometer la integridad estructural del disco intercalar. Finalmente, identificamos la presencia nuclear de la fracción p S262Cx43 en fibroblastos cardíacos y cardiomiocitos. En los fibroblastos cardíacos, la disminución de esta fosforilación se asoció con el aumento de proliferación celular al final de la administración aguda de AuNPs; en contraste, su disminución en los cardiomiocitos no logró activar una respuesta anabólica efectiva Este trabajo mostró que las AuNPs no son materiales biológicamente inertes, ya que poseen un potencial cardiotóxico que induce atrofia ventricular, daño histológico y un posible desacoplamiento eléctrico. Estos hallazgos, que ocurren en ausencia de toxicidad manifiesta, subrayan la urgencia de establecer regulaciones estrictas sobre su aplicación industrial y biomédica, así como sobre su liberación al medio ambiente para prevenir un nuevo factor de riesgo cardiovascular.
The rapid expansion of the nanotechnology industry has significantly increased human and environmental exposure to gold nanoparticles (AuNPs). Despite their promising biomedical and industrial applications, concerns persist due to limited regulation and evidence of toxicity across various biological models. While it is well-documented that incidental particulate matter from air pollution increases cardiovascular mortality, the impact of engineered nanoparticles, such as AuNPs, on the heart remains largely underexplored. Most studies on AuNP cardiotoxicity are limited to bioaccumulation or histopathology, often overlooking the impact on cardiac function. The main aim of this study was to evaluate the cardiotoxicity induced by the intraperitoneal administration of AuNPs smaller than 20 nm in a murine model. We analyzed alterations at various levels, specifically focusing on the in-situ expression and subcellular topology of the Connexin 43 (Cx43) protein under acute (7-day) and chronic (28-day) administration regimens. Forty-eight male C57BL/6J mice were administered AuNPs of 5, 10, or 15 nm. A comprehensive assessment strategy was designed, including analyses of overt toxicity (body weight and survival), cardiac serum profile, surface anatomy, ventricular morphometry, histopathology, and total expression analysis via Western Blot and confocal immunodetection to determine the subcellular topology of Cx43, two of its phosphorylated fractions (pS368Cx43, pS262Cx43), and its interaction with the anchoring protein β-catenin. Our results demonstrate that AuNPs induce cardiotoxicity characterized by cardiac remodeling at the organ, tissue, cellular, and molecular levels, exhibiting a timedependent pattern that is independent of nanoparticle size. Acute administration of AuNPs was characterized by the absence of remodeling at the organ level. In contrast, at the histological level, we observed alterations such as vacuolization and vacuolar degeneration, alongside fibrosis associated with increased cardiac fibroblast proliferation, suggesting an early attempt at tissue repair. Molecularly, although total Cx43 protein expression remained unchanged, we found topological remodeling characterized by a reduction of the signal at the intercalated disc and a concomitant increase in internalizations and lateralizations. Conversely, chronic administration of AuNPs was distinguished by the emergence of organ-level remodeling: although cardiac weight did not vary, we observed ventricular atrophy and the adoption of a spherical geometry. Histologically, cellular damage persisted, and cardiomyocyte atrophy was confirmed; however, fibrosis did not progress, a finding associated with the return of cardiac fibroblast proliferation to basal levels. At the molecular level, similar to the acute phase, there were no changes in total Cx43 expression, but topological alterations were exacerbated, with a predominant loss of localization at the intercalated disc versus an increase in internalizations and lateralizations. Overall, the topological remodeling of Cx43 was associated with its phosphorylation at residue S368, which exhibited a similar redistribution pattern: a marked decrease at the intercalated disc concomitant with an increase in internalizations and lateralizations. Furthermore, the co-translocation of Cx43 and β-catenin during these processes indicated that damage is not limited to gap junctions but may also compromise the structural integrity of the intercalated disc. Finally, we identified the nuclear presence of the pS262Cx43 fraction in cardiac fibroblasts and cardiomyocytes. In cardiac fibroblasts, the decrease in this phosphorylation was associated with increased cell proliferation at the end of the acute administration; in contrast, its decrease in cardiomyocytes failed to activate an effective anabolic response. This work demonstrates that AuNPs are not biologically inert materials, as they possess a cardiotoxic potential that induces ventricular atrophy, histological damage, and electrical uncoupling. These findings, which occur in the absence of overt toxicity, underscore the urgency of establishing strict regulations regarding their industrial and biomedical application, as well as their release into the environment, to prevent the emergence of a new cardiovascular risk factor.
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