RICERCA ITALIANA     

Studio dei meccanismi di citotossicità e genotossicità di nanoparticelle di silice e silicati fibrosi nanometrici con dimensioni, struttura e composizione strettamente controllate.

Università degli Studi di Torino

Abstract

Benchè si preveda che l’esposizione a nanoparticelle (NP) e nanofibre (NF), accidentale (durante la produzione industriale) o intenzionale (per lo sviluppo di nuovi strumenti nanotecnologici), aumenti costantemente, poco si conosce circa i possibili effetti dei nanomateriali finemente suddivisi sulla salute. Poichè le dimensioni nanometriche possono conferire a un materiale proprietà fisiche, chimiche e biologiche molto differenti, occorre predisporre con urgenza strumenti e metodologie per una valutazione del potenziale rischio derivante dall’esposizione a NP e NF: essa richiede una sperimentazione con particolati in cui siano strettamente controllati dimensioni, composizione chimica, superficie specifica e stato di aggregazione e siano caratterizzate le proprietà chimico-fisiche note per evocare una risposta patogena.
L’esposizione alla silice cristallina (in particolare quarzo) può causare fibrosi e tumori polmonari e malattie autoimmuni, ma è quasi del tutto ignoto quale sia la patogenicità relativa delle NP rispetto alle microparticelle e se tra i due tipi di materiali esistano differenze di modalità di ingresso, interazione con i tessuti, reattività superficiale e meccanismi di citotossicità. Non ci sono evidenze sufficienti che la silice amorfa (non cristallina) causi danni alla salute se non una flogosi polmonare reversibile in animali trattati per via inalatoria. Non è tuttavia escluso che a livello nanometrico anche le forme amorfe possano risultare >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Dario Ghigo Università degli Studi di TORINO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Al fine di chiarire il ruolo della relazione struttura/tossicità di nanoparticelle (NP) e nanofibre (NF) a base di silicio, è importante investigare la reattività di superficie e gli effetti biologici di materiali nanometrici aventi dimensioni, struttura e composizione strettamente controllate e che possano essere modificate in maniera indipendente tra loro, e paragonare le loro proprietà a quelle di materiali omologhi di dimensioni micrometriche. Questa necessità è particolarmente importante quando si studiano particolati a base di silicio, che sono caratterizzati da un grande polimorfismo per quanto riguarda la composizione chimica e la reattività di superficie. La maggior parte degli studi condotti sui loro effetti tossici è stata finora eseguita su materiali complessi non caratterizzati chimicamente e spesso differenti tra loro per diverse proprietà, rendendo così difficile correlare gli effetti biologici delle polveri e fibre con specifiche caratteristiche dei materiali investigati. Un altro aspetto, spesso trascurato, da considerare nella comparazione degli effetti di nano- e micro-particolati è la notevole differenza dell’area di superficie dei due tipi di materiali a parità di massa: poiché la loro interazione con le biomolecole è un fenomeno di superficie, è necessario correlare gli effetti tossici dei particolati con la loro area complessiva. Inoltre occorre monitorare l’eventuale aggregazione dei nanoparticolati durante lo studio. Le NP tendono ad agglomerare >>>

Risultati parziali attesi

Alcuni importanti quesiti riguardanti materiali a base di Si sono tuttora senza risposta:
1) le dimensioni nanometriche modificano il comportamento chimico e la tossicità della silice cristallina e dei silicati fibrosi?
2) le differenze tra silice amorfa e cristallina persistono quando hanno entrambe dimensioni nanometriche? in caso affermativo, quali altri fattori (reattività di superficie, metalli contaminanti, idrofobia, etc.), oltre alla cristallinità, sono coinvolti nel potenziale patogeno delle NP di silice e sono responsabili delle differenze di tossicità tra silice amorfa e cristallina?
3) le NF di asbesto, la cui presenza nell’ambiente è presumibilmente più alta di quella delle microfibre, si comportano in maniera differente dalle fibre otticamente visibili quando entrano in contatto con cellule di mammifero?

Ci si aspetta che lo svolgimento della ricerca proposta fornisca risposte ai sopra menzionati quesiti e, più in particolare, porti al conseguimento dei seguenti risultati:

1) Accertamento della citotossicità e genotossicità di NP/NF a base di Si. Sarà valutata la reattività di superficie di NP/NF, e in vari tipi cellulari saranno determinati lo stress ossidativo da esse indotto, modificazioni di vitalità, attività proliferativa e morte cellulare, il potenziale proinfiammatorio, la capacità di indurre trasformazione cellulare, danni al DNA e cromosomici, e transizione epitelio-mesenchimale. Gli effetti saranno >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’esposizione ambientale alle nanoparticelle (NP) è aumentata enormemente negli ultimi anni, a causa di varie attività antropiche, incluso lo sviluppo della nanotecnologia, che manipolando materiali di dimensioni quasi atomiche (1-100 nm) crea nuove strutture e dispositivi [1-3]. I nanomateriali possono essere inalati, ingeriti, assorbiti attraverso la pelle, in maniera accidentale durante la produzione industriale, o in seguito al loro uso intenzionale come mezzi di indagine di processi biomolecolari e come strumenti di diagnosi e terapia in medicina [4]. A fronte delle promettenti prospettive della nanotecnologia, poco si è fatto finora per valutarne i possibili effetti indesiderati [1,5]. Infatti, quando le dimensioni di un materiale sono nanometriche, le sue proprietà fisiche, chimiche e biologiche possono diventare molto differenti da quelle originali [4,6]: le NP possono esibire una differente reattività e tossicità e raggiungere i tessuti attraverso vie differenti [1]. Per esempio, NP di carbonio possono raggiungere il cervello attraverso il nervo olfattivo e NP di varia composizione sono in grado di entrare nei mitocondri e alterare il metabolismo redox [1]. Determinare i rischi dell’uso di NP è prioritario, a causa delle crescenti applicazioni industriali dei nanomateriali e dell’alta probabilità dell’uomo di esservi esposto, direttamente o attraverso l’ambiente [1]. Poichè sta crescendo l’allarme sui rischi potenziali delle NP per la salute umana [7], l’urgenza di >>>