Una soluzione di calcolo per verificare la tossicità chimica Per prevedere con precisione la tossicità di determinate sostanze chimiche, sono stati sviluppati modelli e strumenti di calcolo. In questo modo si potrebbe consentire ai settori industriali di garantire che i loro prodotti siano sicuri per i consumatori e per l’ambiente. Economia digitale Cambiamento climatico e Ambiente © Vladimir Mulder, Shutterstock Le industrie farmaceutiche e cosmetiche consumano grandi quantità di energia e producono enormi quantità di rifiuti. Se non vengono smaltiti correttamente, alcune sostanze chimiche utilizzate durante la produzione, quali i solventi, possono finire nel suolo o nell’acqua. «Un altro problema è che quando le sostanze chimiche dei prodotti farmaceutici e cosmetici vengono espulse dal nostro corpo, finiscono nel sistema fognario», spiega Rafael Gozalbes, coordinatore del progetto Eco-CosmePharm e amministratore delegato dell’azienda spagnola ProtoQSAR. «Non tutti gli impianti di trattamento delle acque reflue sono concepiti per rimuovere tali sostanze chimiche. Questo può portare al rilascio di prodotti finali farmaceutici e cosmetici nell’ambiente acquatico.» Identificare quali sostanze chimiche inducono effetti nocivi sulla vita acquatica è fondamentale se vogliamo affrontare efficacemente questa situazione. Tuttavia, la sfida fondamentale è rappresentata dal fatto che i test di tossicità possono essere costosi e richiedere molto tempo. Screening per la tossicità Il progetto Eco-CosmePharm, che è stato intrapreso con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha cercato di applicare la tecnologia per fornire un’alternativa conveniente ed efficiente in termini di costi ai test di laboratorio. «Il nostro obiettivo era quello di identificare a livello informatico le ripercussioni di prodotti farmaceutici, cosmetici e solventi potenzialmente pericolosi», afferma Gozalbes. «Per farlo, abbiamo usato l’analisi dei dati e la chemioinformatica per prevedere i livelli di tossicità umana e ambientale.» Il progetto ha applicato una potente tecnica computazionale per la previsione delle proprietà, denominata relazione quantitativa struttura-attività (QSAR, Quantitative Structure-Activity Relationship). Questa tecnica utilizza algoritmi di apprendimento automatico per comprendere le caratteristiche strutturali o gli schemi responsabili delle proprietà delle molecole (in questo caso, la tossicità acquatica). «I modelli QSAR multitasking che abbiamo costruito sono stati poi utilizzati per passare al vaglio prodotti farmaceutici e cosmetici commercializzati, al fine di identificare le potenziali sostanze chimiche che potrebbero essere dannose per la vita acquatica», aggiunge Pravin Ambure, borsista Marie Skłodowska-Curie. «Sono state selezionate circa 35 sostanze chimiche e il loro livello di tossicità è stato convalidato in laboratorio per confermare l’accuratezza della modellizzazione.» I modelli sperimentati per la prima volta attraverso il progetto Eco-CosmePharm sono “multitasking”, nel senso che possono prendere in considerazione una serie di parametri e variabili, quali le condizioni acquatiche. Questo significa che gli scienziati possono applicare i modelli per adattarli alle condizioni specifiche di interesse. «Le conoscenze acquisite da Eco-CosmePharm ci hanno già permesso di classificare alcuni prodotti farmaceutici e cosmetici esistenti in commercio in base alla loro tossicità sugli ambienti acquatici», continua Gozalbes. «Attraverso la chemioinformatica, possiamo poi progettare nuovi analoghi di sostanze chimiche tossiche selezionate, o identificare sostanze chimiche alternative che potrebbero mostrare simili proprietà auspicabili con minore o nessuna ecotossicità.» Prodotti software commerciabili Il successo del progetto Eco-CosmePharm ha portato allo sviluppo di due strumenti software basati sull’intelligenza artificiale in fase di pre-commercializzazione, denominati «ProtoML-Basic» e «ProtoML-Mixture». Essi possono essere utilizzati per svolgere diversi compiti di QSAR e di apprendimento automatico, sia per singole sostanze chimiche che per miscele. «Questi strumenti saranno forniti da ProtoQSAR come parte di un gruppo di prodotti software», spiega Ambure. «Speriamo che aiutino i responsabili politici e l’industria a diventare più consapevoli del rischio potenziale di alcune sostanze chimiche, e a scegliere quelle più sicure laddove possibile.» I prossimi obiettivi includono lo sviluppo di una piattaforma web online intuitiva e facile da utilizzare, che potrebbe essere impiegata per prevedere la tossicità acquatica per qualsiasi serie di sostanze chimiche richieste, permettendo di generare relazioni dettagliate sulla tossicità per gli utenti. Gozalbes prevede che questo strumento online sia utilizzato per sottoporre a screening i composti in vista dell’approvazione normativa, così come per selezionare i composti per ulteriori test sperimentali. Parole chiave Eco-CosmePharm, ProtoQSAR, farmaceutico, cosmetico, fognature, tossicità, solventi, acquatico
