Per quanto si siano moltiplicati gli studi volti a comprendere la tossicologia dei nanomateriali molti aspetti rimangono ancora non chiari e anche la valutazione dei livelli di esposizione necessita di più approfondite conoscenze. Le peculiari caratteristiche chimiche e fisiche dei nanomateriali ingegnerizzati (NMs) sono dovute non solo alla scala delle loro dimensioni, ma anche all’insorgenza di effetti quantistici ed effetti superficiali (elevato rapporto superficie/volume) che conferiscono ai NMs le proprietà su cui si basano le molteplici applicazioni che si stanno sviluppando e affermando negli ultimi anni, ma anche una notevole reattività chimica e biologica con possibilità di amplificazione degli effetti tossici. Lo studio degli effetti dei NMs sulla salute umana e sull’ambiente e dei quadri di esposizione a queste sostanze dovuti alle applicazioni già presenti sul mercato sta ricevendo grande attenzione presso la comunità scientifica e presso le istituzioni pubbliche, viste le enormi potenzialità applicative delle nanotecnologie. Enrico Sabbioni, senior scientist presso il CeSI della Fondazione Università G. d’Annunzio di Chieti e presso l’Università di Milano e INFN Sezione di Milano LASA di Segrate, nonché presidente della Società Italiana di Nanotossicologia, delinea le criticità tossicologiche dei nanomateriali.
Cosa si sa sulla tossicologia ed ecotossicologia dei nanomateriali, in particolare su quelli di uso cosmetico?
In un contesto tossicologico, il binomio dimensione «nano» e reattività biologica non ha importanza esclusiva: gli effetti nano(eco)tossicologici sono dipendenti anche da fattori non rilevanti nella scala del macromondo, quali composizione chimica, chimica di superficie, forma, struttura cristallina, stato di aggregazione, porosità, solubilità e carica superficiale, oltre che al modo di esposizione. Nell’ultimo decennio il numero di studi nano(eco)tossicologici pubblicati è cresciuto, superando quota 10000 dal 2001.Tali studi hanno dimostrato che i NMs sono in grado di causare un’ampia varietà di effetti tossici, di cui il più evidente è lo stress ossidativo. Nel caso dell’ossido di zinco nanometrico gli effetti tossici dipendono in gran parte dagli ioni Zn2+ rilasciati dalle nanoparticelle nei mezzi biologici. Per il biossido di titanio nanometrico sono riportati effetti fotosensibilizzanti inducenti nano(eco)tossicità e genotossicità mediate dalla produzione di radicali liberi con possibili danni al DNA. Tuttavia, molti risultati sono contraddittori e molte sono le incertezze che rimangono: le espressioni «Babylonian plethora of studies» e «battuta di pesca nel mare dell’incertezza» esprimono bene questo concetto!
Quali metodi esistono per evidenziare la tossicità dei nanomateriali?
Le attuali informazioni riguardanti gli effetti tossici dei NMs provengono per lo più da studi in vitro mediante colture cellulari di origine animale e umana e, in misura ridotta, da studi in vivo con animali da laboratorio, riguardanti la biodistribuzione e l’identificazione degli organi bersaglio. Non è stato fin qui condotto alcuno studio epidemiologico su popolazioni potenzialmente esposte. L’impatto ambientale dei NMs è studiato per lo più con test di ecotossicità raccomandati dall’OCSE.
La letteratura ha evidenziato una certa tossicità di TiO2 e ZnO a contatto con le cellule. Per il cosmetico è sufficiente provare l’assenza di penetrazione transcutanea o servono altri approfondimenti?
Dal punto di vista regolatorio, se non vi fosse penetrazione epidermica non servirebbero altri approfondimenti. Inoltre le NPs vengono per lo più utilizzate coated, riducendo o escludendo effetti fotosensibili o irritanti. Malgrado questo, è importante osservare come l’epidermide non sia un sistema statico e perfettamente integro e come le attuali evidenze sperimentali non abbiano chiarito in maniera inequivocabile se TiO2 e ZnO nanometrici siano o meno in grado di penetrare l’epidermide. Di rilievo è la dimostrazione della capacità di alcune NPs di danneggiare i cheratinociti umani. L’iniziale danno anatomico a carico dell’epidermide consentirebbe un loro potenziale passaggio nel derma. Non si può inoltre escludere una penetrazione cutanea di NPs nel caso di alterazione della barriera epidermica, condizione non infrequente, su cui personalmente non userei prodotti cosmetici contenenti NPs. Si tratta di un aspetto da quantificare e portare a dati reali di esposizione sull’uomo, poiché una volta penetrate le NPs potrebbero modificarsi e dare origine a manifestazioni tossiche. È quindi cruciale valutare a fondo la potenziale penetrazione di NPs nella cute irritata o con abrasioni, escoriazioni o ferite e, al possibile variare della composizione delle NPs penetrate, valutarne la tossicità.
La tendenza dei nanomateriali a formare agglomerati o aggregati in che modo influenza la loro tossicologia e capacità di penetrazione attraverso la cute?
La formazione di aggregati/agglomerati fra NPs modifica dimensioni, area superficiale e proprietà di sedimentazione, alterandone anche la mobilità, la biodistribuzione, la clearence e, in ultima analisi, influenzando il responso tossico. Un certo numero di studi sul biossido di titanio nanometrico hanno evidenziato la formazione di grandi agglomerati/aggregati che ne determinano la localizzazione cellulare e quindi la tossicità, mostrando inoltre come tali aggregati non siano capaci di penetrare l’epidermide umana intatta.
A suo parere è corretto valutare la tossicologia ed ecotossicologia di un nanomateriale con gli stessi criteri di qualsiasi altra sostanza?
No. I NMs hanno proprietà chimico-fisiche diverse o specifiche rispetto ai materiali di dimensioni convenzionali (forma bulk). Alcuni di essi possono attraversare le membrane cellulari, indurre effetti tossici sistemici, persistendo, in sistemi biologici. Inoltre, i NMs studiati sono pochi e spesso descritti in modo improprio in termini di caratterizzazione. Lo stato attuale delle conoscenze non è abbastanza maturo per fornire una guida specifica per assicurare la valutazione scientifica dei rischi dei NMs per l’ambiente e la salute. In assenza di un paradigma generale si dovrebbe considerare un approccio caso-per-caso con il parere di gruppi di esperti.
Quale contributo potrebbe dare il mondo dell’industria cosmetica a una più piena comprensione della sicurezza dei nanomateriali di uso cosmetico?
Le industrie cosmetiche dovrebbero sviluppare con enti esterni progetti comuni sulla valutazione della nano(eco)tossicità dei loro prodotti. È indispensabile che la comunità scientifica possa instaurare un rapporto fiduciario con tali industrie, conoscere e confrontarsi con i loro studi, apprendere i protocolli usati e discutere i risultati. Invece spesso ci si deve accontentare di un «safe» fatto al loro interno.
Valutazione dell’esposizione e LCA
«Sono necessari studi per stabilire come distinguere i casi in cui un NM sarebbe una forma particolare di una sostanza convenzionale o una sostanza distinta –considera Enrico Sabbioni. –Una criticità è poi la scelta del descrittore di dose di esposizione ai NMs nel sistema di riferimento appropriato per l’esposizione umana o ambientale. Infatti, la concentrazione espressa come massa/volume non descrive adeguatamente l’esposizione, e descrittori più accurati sono il numero di particelle e l’area superficiale. Nel caso della cosmesi altre criticità riguardano i siti anatomici e l’estensione della zona di esposizione, la presenza di malattie della pelle e l’impatto di prodotti che potrebbero facilitare la penetrazione epidermica delle NPs. In conclusione, i NMs devono essere considerati con altri criteri. Il problema è che forse questi criteri non ci sono ancora! Inoltre si dovrebbe tener conto dell’approccio safe by design (SbD) su cui si basa la politica di innovazione responsabile di Horizon 2020. Per esempio, il coating riduce anche la tossicità (di fatto il biossido di titanio e l’ossido di zinco nanometrici restano bloccati all’interno), in linea con l’approccio Responsible Research Innovation in cui gli aspetti di potenziale tossicità vengono considerati da superarsi prima della commercializzazione. Per essere efficace il SbD deve essere applicato a tutto il ciclo di vita del prodotto, anche se attualmente un’analisi del ciclo di vita di NMs è assai problematica, essendo carenti gli inventari della loro produzione, oltre ai dati dei loro potenziali rilasci e trasformazioni nell’ambiente e del destino finale nelle fasi di smaltimento».
di E. Perani
