Los nanotubos de carbono de pared simple pueden inducir nanotoxicidad en la F0F1-ATPasa mitocondrial a través de la inhibición. Para caracterizar completamente el efecto mecanicista que desencadena la toxicidad, hemos desarrollado un nuevo enfoque basado en la combinación de estudios experimentales y computacionales, ya que el uso de una o pocas técnicas puede no describir completamente los fenómenos. Con este fin, las respuestas de inhibición in vitro en partículas submitocondriales (SMP) se combinaron con acoplamiento, modelos de red elástica, análisis de superficie fractal y modelos Nano-QSTR. Los estudios in vitro sugieren que las respuestas de inhibición en SMP de la enzima F0F1-ATPasa dependían fuertemente de la concentración del ensayo (de 3 a 5 ug/mL) tanto para los tipos de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) prístinos como para los COOH. Además, ambos SWCNT muestran un patrón de inhibición por interacción que imita a la oligomicina A (el inhibidor específico de la F0F1-ATPasa mitocondrial que bloquea la subunidad F0 del anillo c). Los estudios de acoplamiento realizados indican que la mejor pose de unión cristalográfica obtenida para los complejos de acoplamiento, basada en la energía libre de unión (FEB), se ajusta bien a la evidencia in vitro desde el punto de vista termodinámico, siguiendo un orden de afinidad como: FEB (complejo oligomicina A/F0-ATPasa) = -9.8 kcal/mol > FEB (complejo SWCNT-COOH/F0-ATPasa) = -6.8 kcal/mol ~ FEB (complejo SWCNT-prístino) = -5.9 kcal/mol, con predominancia de interacciones nano-hidrofóbicas de van der Waals con residuos clave del sitio de unión de la F0-ATPasa (Phe 55 y Phe 64). Se realizaron modelos de red elástica y análisis de superficie fractal para estudiar las perturbaciones conformacionales inducidas por SWCNT. Nuestros resultados sugieren que la interacción puede estar desencadenando respuestas alostéricas anormales y propagación de señales en la red inter-residual, lo que podría afectar la especificidad geométrica del ligando de reconocimiento del sustrato de la enzima F0F1-ATPasa en el orden (SWCNT-prístino > SWCNT-COOH). Además, se han desarrollado modelos Nano-QSTR para predecir la toxicidad inducida por ambos SWCNT, utilizando resultados de estudios in vitro y de acoplamiento. Los resultados muestran que este método puede ser utilizado para la predicción rápida de la nanotoxicidad inducida por SWCNT, evitando técnicas que consumen tiempo y dinero. En general, los resultados obtenidos pueden abrir nuevas avenidas hacia una mejor comprensión y predicción de nuevos mecanismos de nanotoxicidad, diseño racional de fármacos basado en nanotecnología y potencial aplicación biomédica en nanomedicina de precisión.