Costruire da zero nanomateriali sicuri
I nanomateriali ingegnerizzati rappresentano una svolta significativa nella progettazione e nello sviluppo dei materiali. Le proprietà che emergono dalla loro scala, dall’architettura precisa e dall’ingegneria li rendono adatti a diversi settori, come la medicina, l’elettronica, gli imballaggi, l’alimentazione, l’energia e il settore aerospaziale. La relazione tra la loro progettazione precisa e il loro comportamento nei sistemi biologici e nell’ambiente ha portato all’idea che i nanomateriali possano essere ingegnerizzati in modo tale da essere sicuri fin dalla progettazione. Questo concetto potrebbe in gran parte guidare lo sviluppo dei nanomateriali per massimizzarne i benefici nella risoluzione dei problemi e nello sviluppo dei prodotti, riducendo al minimo i rischi di tossicità per l’uomo e l’ambiente.
Eliminare il ritardo tra la produzione e lo screening dei nanomateriali
Gli approcci attuali ai nanomateriali si basano in genere sulla produzione in lotti e sullo screening convenzionale in vivo e in vitro. «I nanomateriali prodotti in lotti sono immagazzinati e trasportati nel luogo in cui saranno esaminati, ma ciò comporta dei problemi. In primo luogo, i nanomateriali invecchiano con il tempo e molte delle loro proprietà potrebbero essere cambiate nel momento in cui sono sottoposti a screening; in secondo luogo, questo approccio comporta sforzi, tempo e risorse considerevoli», osserva Andrew Nelson, coordinatore del progetto SABYDOMA, finanziato dall’UE. SABYDOMA ha quindi sviluppato un approccio alternativo alla progettazione di nanomateriali più sicuri, creando piattaforme ad alto rendimento in grado di fabbricare nanomateriali e di esaminarne la tossicità direttamente nel punto di produzione. Ciò significa che non c’è bisogno di aspettare che i nanomateriali vengano trasportati per la valutazione, snellendo e accelerando così sia la produzione di nanomateriali che lo screening della sicurezza.
Tecnologie avanzate alla base di nanomateriali sicuri fin dalla progettazione
«SABYDOMA affronta i potenziali problemi di tossicità dei nanomateriali accoppiando un’innovativa piattaforma di screening ad alto rendimento a un’unità di produzione di nanomateriali in linea. La nostra piattaforma utilizza sensori fisico-chimici e biologici, e i segnali risultanti vengono utilizzati per controllare la riprogettazione e la produzione di nanomateriali sicuri e funzionali all’interno di un circuito di retroazione», sottolinea Nelson. «Queste piattaforme sono sostenute da simulazioni al computer che utilizzano il controllo predittivo del modello, il quale fa previsioni sul comportamento futuro del nanomateriale.» Il gruppo di ricerca coinvolto nel progetto utilizza diverse piattaforme di screening per analizzare in parallelo i parametri fisici, chimici e tossicologici. Tali piattaforme sono collegate direttamente alla linea di produzione, alla quale inviano i risultati dei test di screening. Ciò offre la possibilità di regolare i parametri della linea di produzione di nanoparticelle per aumentare la sicurezza. Uno dei moduli di screening è costituito da una piattaforma microfluidica che funge da strumento in linea per lo screening della tossicità. La piattaforma consiste in una cartuccia microfluidica con un chip a matrice di microfori che presenta una sottile membrana trasparente di nitruro di silicio sulla parte superiore. Le cellule di mammifero di interesse vengono posizionate sulla membrana di nitruro di silicio, che presenta centinaia di microfori, e poi la sostanza di prova viene erogata attraverso canali microfluidici alle cellule. Se si verifica un effetto biologico, le cellule cambiano comportamento e struttura, due parametri che vengono monitorati da diverse misurazioni dell’endpoint. Bersagli multipli in vitro (alcuni sviluppati nell’ambito del progetto HISENTS) sono stati utilizzati anche in altre piattaforme di screening, la cui risposta ai nanomateriali viene combinata per dare un punteggio di tossicità.
Sicurezza fin dalla progettazione: l’obiettivo finale della nanotecnologia
«La tossicità dei nanomateriali sarà sempre presa in considerazione nelle nuove applicazioni nanotecnologiche, allo stesso modo in cui le sostanze chimiche innovative richiedono uno screening di routine prima di essere utilizzate in qualsiasi procedura o applicazione», osserva Nelson. «L’approccio in linea di SABYDOMA consente di progettare nanomateriali sicuri e sostenibili e di produrre sostanze chimiche e prodotti farmaceutici più sicuri, riducendo la necessità di test successivi. Un’innovazione così importante non solo eviterà i possibili pericoli, ma accelererà anche il processo di produzione, diminuirà i costi di produzione e ridurrà al minimo i rifiuti nell’economia circolare.»
Parole chiave
SABYDOMA, nanomateriali, screening, tossicità, sicurezza fin dalla progettazione, linea di produzione, in linea, controllo predittivo del modello
