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Development and Implementation of a Sustainable Modelling Platform for NanoInformatics.

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Amici o nemici: una nuova piattaforma per prevedere la tossicità delle nanoparticelle

Uno strumento innovativo che integra numerosi modelli e banche dati funge da sfera di cristallo per la sicurezza delle nanoparticelle ingegnerizzate, aprendo i dati a tutti: industria, autorità di regolamentazione, ricercatori e società.

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I nanomateriali sono apprezzati per le loro caratteristiche fisico-chimiche uniche, generalmente attribuite alle loro piccole dimensioni, alla grande area superficiale, alla composizione chimica, alla solubilità, alla forma e all’aggregazione. Le loro applicazioni spaziano in tutti i settori, dall’agricoltura all’ingegneria, dalla scienza dei materiali alla medicina. Tuttavia, nonostante le proprietà vantaggiose rispetto a quelle dei materiali sfusi, il loro utilizzo potrebbe anche causare gravi conseguenze per l’ambiente e la salute.

I pilastri a sostegno della produzione sostenibile di nanomateriali

«Prevedere la sicurezza dei nanomateriali implica la comprensione della natura ultima di ciò che rende un materiale tossico. Ciò richiede una comprensione profonda di tutte le fasi del ciclo di vita delle nanoparticelle ingegnerizzate: fonte, destino, esposizione, dose e risposta. Tutti aspetti strettamente interconnessi», osserva Miguel A. Bañares, professore presso l’Istituto CSIC di catalisi e petrolchimica di Madrid e coordinatore del progetto NanoInformaTIX, finanziato dall’UE. NanoInformaTIX ha svelato uno strumento di nanoinformatica che fonde tutti questi componenti per scoprire cosa rende tossico un nanomateriale. «Dobbiamo innanzitutto scoprire il destino ambientale delle nanoparticelle ingegnerizzate, ossia come si comporteranno quando interagiranno con l’ambiente: sedimenteranno o rimarranno disperse? Il loro destino ambientale, a sua volta, permette di determinare la probabilità di esposizione umana e i rischi per la salute associati, a seconda della quantità (dose) che interagisce con le cellule e i tessuti. Infine, la nostra fisiologia e le vie di ingresso delle nanoparticelle nel nostro corpo determinano in larga misura la distribuzione dei nanomateriali», aggiunge Bañares.

Superare la frammentazione dei dati in nanotossicologia

I risultati dei nuovi studi si aggiungono alla vasta quantità di dati sulle proprietà fisico-chimiche, tossicologiche ed ecotossicologiche delle nanoparticelle ingegnerizzate generate negli ultimi decenni, i quali sono però in gran parte dispersi. Il quadro di nanoinformatica sostenibile basato sul web di NanoInformaTIX integra i dati esistenti ed emergenti in interfacce efficienti e facili da usare, per migliorare l’accessibilità e la fruibilità dei modelli di nanoinformatica per l’industria, le autorità di regolamentazione e la società. «Abbiamo utilizzato strumenti computazionali all’avanguardia, provenienti da diversi campi scientifici, per estrarre informazioni che possono essere associate alla nanotossicologia», osserva Bañares. Ad esempio, la piattaforma integra eNanoMapper, una delle maggiori fonti di dati sulle proprietà tossicologiche dei nanomateriali.

Creare un quadro olistico della tossicità delle nanoparticelle

«La nostra comprensione di come le nanoparticelle interagiscono tra loro, con l’ambiente e con le cellule/tessuti del nostro corpo sarebbe limitata se aggiungessimo alla nostra piattaforma solo dati e modelli (eco)tossicologici all’avanguardia, perché dobbiamo anche conoscere la logica che sta alla base del loro comportamento», sottolinea Bañares. A tal fine, una parte del lavoro si è concentrata sulla creazione di nuovi modelli che descrivono le nanoparticelle stesse, vale a dire come la loro struttura, la loro forma e i loro difetti potrebbero determinarne le interazioni con l’ambiente e le nostre cellule. È importante notare che questi modelli sono stati convalidati utilizzando esperimenti concepiti appositamente, che sono di grande aiuto per la generazione di descrittori di tossicità rilevanti. I nuovi modelli e descrittori di tossicità sono fondamentali per l’elaborazione di modelli di esposizione, biodistribuzione e dose-risposta. La piattaforma NanoInformaTIX integra anche modelli sicuri fin dalla progettazione, contribuendo a ridurre al minimo i rischi di tossicità nelle prime fasi della produzione di nanomateriali. In definitiva, lo strumento utilizza i dati sperimentali per studiare la reattività della superficie e gli approcci omici per determinare gli effetti biologici avversi delle interazioni nanoparticella-cellula. «Da un lato, abbiamo estratto dati che sarebbero molto difficili da ottenere o costosi da generare con gli esperimenti. Dall’altro, l’uso combinato di strumenti e nuovi modelli aiuta a migliorare la nostra comprensione dei meccanismi fondamentali alla base della tossicità dei nanomateriali ingegnerizzati avanzati», conclude Bañares.

Parole chiave

NanoInformaTIX, piattaforma, nanoinformatica, nanoparticelle ingegnerizzate, tossicità delle nanoparticelle, nanotossicologia, destino ambientale, interazioni nanoparticella-cellula

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