RICERCA ITALIANA     

RISCHI DELL'ESPOSIZIONE A MATERIALI NANOSTRUTTURATI: STUDI CHIMICO-FISICI E DI TOSSICITA' SU MODELLI IN VIVO E IN VITRO PER LA CARATTERIZZAZIONE DEI MECCANISMI FISIOPATOLOGICI E DEL PROFILO CINETICO DELLE PARTICELLE.

Università degli Studi di Pavia

Abstract

Mentre aumenta l’interesse delle nanotecnologie in settori che spaziano dalla medicina, alla elettronica, alla produzione di energia, vi è unanime consenso sul fatto che occorre riservare maggiore attenzione agli aspetti riguardanti la sicurezza dei nanomateriali. Le prime esperienze in questa area indicano che i metodi tossicologici tradizionali sono poco opportuni. D’altra parte vi sono molte incertezze su strategie di studio alternative più idonee utilizzabili per la caratterizzazione tossicologica. Il problema riguarda non solo le particelle di interesse medico o tecnologico, ma il settore dell’ambiente. Studi recenti indicano che particelle ultrafini sono misurabili nel particolato e in composti nanostrutturati e potrebbero svolgere un ruolo importante all’origine delle patologie cardiopolmonari legate all’inquinamento. In tale contesto occorre considerare anche i rischi professionali legati alla liberazione di nanoparticelle (NP) nell’ambiente di lavoro dove si producono e manipolano nanomateriali.
Le attuali conoscenze indicano che esiste una correlazione tra potenziale tossico e caratteristiche chimicofisiche delle NP. A ciò si aggiunge l’evidenza che le caratteristiche nanometriche modificano la biocinetica delle NP, per quanto concerne l’uptake cellulare e il trasferimento dalla sede di contatto (es vie respiratorie) al circolo sanguigno e ad organi distanti (es SNC).
Tra le varie tipologie di nanomateriali, i nanotubi di carbonio (CNT) e le NP di >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Luigi Manzo Università degli Studi di PAVIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivi del progetto sono:
- Sviluppare una strategia di ricerca multidisciplinare per l’accurata valutazione delle caratteristiche di sicurezza dei nanomateriali.
- Definire criteri e standard per la caratterizzazione chimico-fisica dei nanomateriali destinati a studi tossicologici. Una precisa caratterizzazione è requisito di cruciale importanza per assicurare la riproducibilità degli esperimenti tossicologici e per determinare le proprietà delle particelle cui si collegano gli effetti biologici osservati.
- Definire indici quantitativi di misura applicabili alla valutazione del rischio, per quanto riguarda sia il comportamento biocinetico sia gli effetti prodotti dalle nanoparticelle nei sistemi biologici.

Per raggiungere questi obiettivi, saranno sintetizzate, in uno dei laboratori partecipanti al progetto, particelle di silice (SiO2) contenenti o meno cadmio o cobalto, e saranno altresì utilizzati nanotubi di carbonio (CNT). Sarà quindi effettuata una approfondita caratterizzazione chimico-fisica di tutti i suddetti materiali. Un’ampia gamma di test biologici in vitro e in vivo sarà impiegata per definirne la tossicità e stabilire se quest’ultima è correlabile alle caratteristiche delle particelle test e al loro contenuto di metalli.

Specifici obiettivi del progetto sono:

- Preparare particelle nanostrutturate di silice aventi proprietà chimico-fisiche definite ed uniformi.

- Identificare >>>

Risultati parziali attesi

RISULTATI ATTESI

Globalmente ci si attende che i risultati forniscano una valutazione integrata di nanomateriali modello in termini di caratterizzazione chimico-fisica, destino cinetico, e profilo tossicologico.

Nello specifico i risultati attesi (Milestones) includono:

• Sintesi e caratterizzazione di nanomateriali (NP e CNT) con proprietà ben definite
• Valutazione della reattività intrinseca dei nanomateriali
• Influenza di metalli presenti come impurezze nei CNT sul potenziale tossico di questi prodotti
• Comportamento di NP di silice che incorporano o meno metalli pneumotossici (Cd/Co)
• Caratteristiche biocinetiche dei nanomateriali in esame, in particolare biopersistenza e traslocazione extrapolmonare
• Valutazione della neurotossicità attraverso tecniche morfologiche e alterazioni dell’espressione genica e proteica
• Caratterizzazione integrata del danno polmonare attraverso parametri quali stress ossidativo e infiammazione, variazioni dell’espressione genica e proteica, e alterazioni morfologiche
• Sviluppo di marker di stress ossidativo misurabili in matrici accessibili (urine, e sangue) e in tessuti contenenti NP
• Profili di genomica e proteomica correlabili con specifici meccanismi di tossicità
• Determinazione dell’affidabilità dei metodi per la valutazione della citotossicità in vitro (es. test clonogenici) alternativi a quelli basati su test >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’esposizione umana a particolato ultrasottile/nanostrutturato (< 100 nm) è oggetto di crescente attenzione in risposta al rilascio di nanoparticelle (NP) da sorgenti antropogeniche e al rapido sviluppo delle nanotecnologie.
Caratteristiche tipicamente legate alla nanostruttura (proprietà chimiche, meccaniche, ottiche, elettriche, magnetiche, e biologiche) rendono spesso vantaggiosi tali materiali per applicazioni mediche, tecnologiche, industriali. Tuttavia, le stesse proprietà nanostrutturali possono determinare effetti biologici indesiderati.
Mentre le nanotecnologie si vanno straordinariamente sviluppando nella prospettiva degli attesi benefici, si pone con maggiore insistenza il problema della sicurezza (Service, 2005).
Una motivo di allarme risiede nel fatto che le NP, una volta inalate, possano essere trasferite in diversi organi, inclusi sistema circolatorio e SNC (Kreyling et al 2002; Oberdörster et al 2002, 2004). E’ dimostrato che certe NP possiedono marcata reattività a causa delle loro nanodimensioni (Oberdörster et al, 2004).
Per gran parte delle NP mancano informazioni tossicologiche o vi sono soltanto indicazioni preliminari. Due peculiari caratteristiche delle NP sembrano essere fattori importanti per le risposte biologiche. La prima riguarda le proprietà fisicochimiche e l’area di superficie che è tanto maggiore quanto più piccola è la particella. Alcune NP sono più tossiche per il polmone rispetto a particelle di >>>