Gli effetti reali delle nanoparticelle nel loro ambiente
L’acqua marina presenta una situazione unica dovuta alla presenza di ioni e materiale organico che potrebbero interagire con le nanoparticelle (NP) e interferire con il loro meccanismo di azione. I ricercatori hanno utilizzato un sistema di esposizione in acqua naturale in vivo per testare gli effetti delle NP di ossidi metallici. SOS-Nano si è servito di larve di ostriche giapponesi (Crassostrea gigas). La Prof.ssa Tamara Galloway, coordinatrice del progetto spiega così le motivazioni della scelta di questo tipo di ostrica, C. gigas: «Poiché le larve delle ostriche si nutrono filtrando l’acqua sin dalle prime fasi dello sviluppo, queste possono essere utilizzate per modellare la biodisponibilità (ossia l’assorbimento nell’organismo) e gli effetti delle particelle, compresa la capacità di innescare lo stress ossidativo o di alterare lo sviluppo». Verifica di due modelli diversi per determinare gli effetti ecotossici Due i paradigmi di attività strutturale esplorati: il primo prevedeva la misurazione delle energie di dissoluzione e di banda proibita come indicatori di stress ossidativo, mentre il secondo ha valutato la produzione di stress ossidativo come percorso tossicologico predittivo dell’indebolimento della salute. Inoltre, il team ha testato gli ioni, i materiali organici e le proteine individuate nell’acqua di mare per vedere se avessero migliorato gli effetti delle NP. I risultati del progetto hanno confermato che, oltre alle proprietà fisico-chimiche responsabili del loro meccanismo di azione, occorre considerare altre proprietà delle NP al momento di predire la loro tossicità nell’acqua di mare. Dati relativi al comportamento, alla destinazione e all’impatto delle NP in ambiti realistici Un database completo del progetto comprende informazioni sulle proprietà fisico-chimiche delle NP modello oltre alle loro proprietà secondarie e all’attività ossidativa nell’acqua di mare. Utilizzando tecniche per immagini di massima risoluzione, è stato possibile tracciare l’ingestione e l’assorbimento delle NP nelle larve. Una serie di test di dissoluzione e la misurazione abiotica di reazioni di ossidoriduzione hanno consentito la valutazione della modalità effettiva di azione delle NP. Due NP – ossido di zinco (ZnO) e diossido di manganese (MnO2) – sono state oggetto di ricerca per rappresentare i livelli target dei meccanismi d’azione, dissoluzione e banda proibita. Le larve di ostrica sono state soggette a tossicità elevata da ZnO, la cui dissoluzione non è stata impedita dall’acqua di mare. È interessante notare che la materia organica è in grado di mitigare questo meccanismo di azione. Per contro, le NP di MnO2 si basano sulla reazione ossidoriduttiva in superficie e non erano tossiche in tutte le situazioni di esposizione. «I nostri esperimenti hanno sottolineato come la salinità può essere un fattore chiave nel comportamento tossicologico di meccanismi di azione correlati a reazioni ossidoriduttive negli ambienti marini attraverso l’assorbimento di ioni in aree reattive», ha commentato la Prof.ssa Galloway. Espansione della gamma di ioni testati Nei due anni di durata del progetto, i ricercatori di SOS-Nano hanno eseguito un’ampia e complessa serie di esperimenti utilizzando una vasta gamma di tecnologie d’avanguardia. “Il progetto ha richiesto una tempistica precisa di coordinamento, un’impresa non facile”, sottolinea la Prof.ssa Galloway. I risultati del progetto dimostrano l’esistenza attuale di una solida base di verifica del paradigma di tossicità per le due NP di ossidi metallici in larve embrionali di ostriche, un organismo straordinariamente sensibile agli effetti delle NP. Ciò costituirebbe la base di test futuri ed amplierebbe la gamma di nanomateriali testati, condividendo il meccanismo di azione ma distinguendosi per la capacita di interagire con elementi dell’acqua marina. Sulla base di queste osservazioni sull’assorbimento da parte delle larve, le alterazioni delle proprietà fisico-chimiche delle NP durante il passaggio dall’ambiente marino a quello biologico e viceversa fornirebbero inoltre informazioni preziose sulla tossicità delle NP. La mancanza di una solida valutazione dei rischi umani e ambientali delle NP è oggi l’ostacolo maggiore alla crescita economica sicura di questo settore economico, una delle sei Tecnologie abilitanti fondamentali UE selezionate dalla Commissione dell’Unione europea. Pertanto, il progetto SOS-Nano ha affrontato una delle questioni più d'avanguardia della econanotossicologia. «Una volta chiariti i meccanismi sottostanti al potenziale di ossidazione delle NP, questa conoscenza può portare a nuovi paradigmi o all’adattamento di modelli esistenti», secondo le previsioni della Prof.ssa Galloway.
Parole chiave
SOS-Nano, NP, acqua di mare, stress ossidativo, dissoluzione, ossido metallico