Uno sportello unico per garantire che i nanomateriali siano sicuri e sostenibili
Nonostante siano spesso citate come una tecnologia abilitante chiave con il potenziale di rivoluzionare una serie di settori, le nanotecnologie suscitano ancora preoccupazioni. Le minuscole nanoparticelle utilizzate in un’ampia gamma di prodotti, dalla protezione solare alla somministrazione di farmaci, possono attraversare le barriere protettive interne degli organismi viventi, come ad esempio le mucose. Una volta inalate o ingerite, possono colpire i tessuti del cervello, dei polmoni o del cuore. Possono inoltre lisciviare nel suolo o nell’acqua, creando una potenziale minaccia per gli organismi acquatici e terrestri. «Prima di poter gestire il rischio derivante dalle nanoparticelle, dobbiamo prima comprendere meglio le loro proprietà fisico-chimiche e il loro impatto durante l’esposizione. Poi potremo suggerire misure di mitigazione adeguate», afferma Carlos Rumbo Lorenzo, co-coordinatore del progetto DIAGONAL. Oltre a questo obiettivo, Rumbo e i suoi colleghi dell’Università di Burgos, in Spagna, hanno cercato di quantificare meglio le implicazioni di sostenibilità dei nanomateriali. «È importante tenere conto in modo accurato dei benefici globali di un eventuale uso diffuso in futuro», afferma Rumbo. Avendo già prodotto 28 articoli su riviste con revisione paritaria e altri in preparazione, il progetto ha anche generato strumenti per aiutare i responsabili delle decisioni dell’industria ad applicare i principi di sicurezza e sostenibilità sin dalla progettazione (SSbD) ai nanomateriali.
Caratterizzazione delle nanoparticelle
La maggior parte della ricerca sulle nanoparticelle si concentra su nanoforme incontaminate o semplici. DIAGONAL si è concentrato sui nanomateriali multi-componente (MCNM) più complessi e sui nanomateriali a rapporto di aspetto elevato (HARN). Sono stati studiati all’interno di sette dimostratori industriali, che coprono i settori della cosmetica, della salute, dell’automotive, dell’aerospaziale, del petrolio e del gas, del tessile e dell’elettronica stampata. I dimostratori hanno fornito campioni di nanoparticelle, in modo che il team di Rumbo potesse studiarne le proprietà fisico-chimiche, come la composizione, le dimensioni e la chimica di superficie. Nel frattempo, sono stati sviluppati modelli cellulari realistici in vitro, tra cui cellule polmonari, del tratto gastrointestinale, della pelle e immunitarie, per esplorare l’impatto dell’esposizione umana. È stato inoltre effettuato un monitoraggio in loco presso gli impianti industriali dei dimostratori per raccogliere dati dettagliati sul luogo di lavoro. Per valutare le implicazioni ecologiche, il team ha studiato l’impatto delle nanoparticelle su specie modello selezionate da diversi habitat: vermi (suolo), biofilm di «Pseudomonas putida» (sedimenti) e dafnidi e alghe (acqua dolce). I dati combinati, aumentati da tecniche di modellizzazione molecolare e di apprendimento automatico, hanno poi informato le intuizioni di DIAGONAL. Spiega Rumbo: «I nostri modelli caratterizzano la struttura delle nanoparticelle e simulano il loro comportamento negli ambienti reali. Grazie all’ IA possiamo ora creare modelli per prevedere la tossicità di un determinato MCNM o HARN».
Fiducia nelle nanotecnologie
Il lavoro sperimentale e di modellizzazione di DIAGONAL ha ispirato lo sviluppo di strategie SSbD, convalidate dai partner industriali del progetto e implementate dai dimostratori. A queste si può accedere attraverso lo strumento di supporto alle decisioni di DIAGONAL, che valuta la sicurezza relativa delle nanoparticelle in particolari scenari, prima di proporre strategie specifiche di SSbD insieme a punteggi di impatto previsto. In particolare, questi punteggi riflettono preoccupazioni che vanno oltre la sola sicurezza, e comprendono impatti ambientali, economici e sociali più ampi. «Valutando l’impatto delle strategie SSbD dello strumento sui temi della sostenibilità in tre casi di studio, abbiamo riscontrato miglioramenti significativi su tutta la linea. In un caso di studio, abbiamo calcolato che la riprogettazione delle nanoparticelle di ossido di zinco ha portato a una riduzione del 68 % dei rischi ambientali e dell’87 % dei rischi sociali, oltre che a una riduzione dei costi del 25 %», aggiunge la co-coordinatrice del progetto Sonia Martel Martin. Lo strumento di supporto alle decisioni è ospitato dalla piattaforma basata su cloud di DIAGONAL, insieme ad altri strumenti web per la gestione del rischio. «Il nostro sportello unico offre un accesso aperto alle informazioni più aggiornate per le raccomandazioni di gestione del rischio specifiche del settore. Le banche dati aperte e le collaborazioni in corso garantiranno che ciò continui», aggiunge Rumbo. Per questo motivo il team, mentre continua a sviluppare gli strumenti di supporto, sta già partecipando ad attività congiunte con progetti SSbD affini, come SUNRISE e DESIDERATA.
Parole chiave
DIAGONAL, sicurezza e sostenibilità sin dalla progettazione, esposizione, rischio, nanoparticelle, HARN, MCNM, multi-componente, sostenibilità, modellizzazione, nanotecnologia, sicurezza
