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Modello per proprietà e comportamento delle nanoparticelle

Le nanoparticelle di ossido di metallo e a base di carbonio hanno contribuito a migliorare prodotti e servizi relativi a numerosi settori, grazie alla loro applicazione diffusa e alla disponibilità commerciale. Le loro piccole dimensioni, l’alta reattività e l’enorme diversità però rendono difficile garantire la sicurezza e la salute ambientale.
Modello per proprietà e comportamento delle nanoparticelle
Un consorzio finanziato dall’UE ha sviluppato modelli e strumenti computazionali per affrontare questo compito attraverso il progetto NANOPUZZLES (Modelling properties, interactions, toxicity and environmental behaviour of engineered nanoparticles).

La potenza di calcolo può essere superiore alle prove sperimentali in termini di volume di produzione e precisione, e inoltre riduce la necessità di test sugli animali. Pertanto, il progetto ha sviluppato algoritmi di calcolo relativi a quattro aree tematiche conosciute come NANODATA, NANODESC, NANOINTER, e NANOQSAR rispettivamente. Ciò ha permesso ai ricercatori di modellizzare le relazioni tra struttura, proprietà, interazioni molecolari e tossicità delle classi selezionate di nanoparticelle ingegnerizzate.

L’obiettivo principale del primo tema, NANODATA, era quello di classificare le nanoparticelle ingegnerizzate sulla base di dati fisico-chimici e di tossicità esistenti. L’approccio si è basato sulla specifica ISA-TAB-Nano (Investigation/Study/Assay (ISA) tab-delimited (TAB)) per la condivisione di dati di ricerca sui nanomateriali in formato di foglio elettronico.

Il formato rappresenta una struttura generica con cui raccogliere e comunicare complessi metadati provenienti da 200 articoli trasferiti su file ISA-TAB-Nano. Sono stati sviluppati anche nuovi approcci per dare un punteggio alla qualità dei dati.

NANODESC ha sviluppato un quadro per la caratterizzazione ottimale della struttura di nano particelle artificiali usando i descrittori appropriati e classificandoli a seconda delle somiglianze strutturali. Sono stati definiti molti nuovi gruppi di descrittori che sono stati identificati come gli elementi costitutivi dei modelli di previsione.

La parte NanoINTER ha creato modelli per prevedere e spiegare le interazioni delle nanoparticelle ingegnerizzate mediante sistemi biologici e piccole molecole. È stato proposto un insieme di tecniche per lo studio degli effetti dovuti all’ambiente sui sistemi interagenti. Un protocollo computazionale è stato sviluppato per il calcolo affidabile delle proprietà dei grandi sistemi interagenti.

Il tema finale NANOQSAR ha sviluppato relazioni quantitative tra struttura chimica e obiettivi tossicologici. Questi estenderanno la comprensione della tossicità e il comportamento delle nanoparticelle emergenti al fine di stabilire relazioni tra proprietà sperimentali (basate sui dati disponibili, convalidati) e proprietà computazionali. Tale parte finale del puzzle unificherà tutti gli altri risultati del progetto.

L’applicazione dei metodi sviluppati consentirà la previsione della tossicità e del comportamento delle nanoparticelle partendo da struttura e/o proprietà fisico-chimiche, senza la necessità di eseguire test empirici approfonditi. Ciò consentirà di ridurre i costi e la necessità di test sugli animali. Gli strumenti sviluppati offriranno benefici a progettisti di materiali, agenzie di regolamentazione e consumatori e guideranno verso la progettazione e realizzazione di nanomateriali a basso rischio per l’uomo e per l’ambiente.

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Keywords

Nanoparticelle, NANOPARTICLES, tossicità, algoritmi, ISA-TAB-Nano, protocollo di calcolo, nanomateriali