I prodotti chimici hanno migliorato la nostra qualità della vita. Ma allo stesso tempo, rappresentano un rischio considerevole per l'uomo e l'ambiente:pesticidi, prodotti farmaceutici e plastificanti entrano nell'ambiente e nella catena alimentare, causando effetti indesiderati oltre a quelli desiderati. Nonostante la normativa in vigore, la valutazione e il monitoraggio dei rischi rimangono insufficienti.

Questo è dovuto, tra gli altri fattori, all'attuale approccio alla valutazione dei potenziali pericoli derivanti dalle sostanze chimiche, essendo basato su un numero relativamente piccolo di singoli componenti. Oggi, c'è una maggiore consapevolezza del fatto che l'uomo e l'ambiente sono esposti a un cocktail di decine di migliaia di sostanze chimiche. Finora è stata identificata solo una frazione di queste sostanze chimiche; l'effetto sui sistemi biologici e il ruolo delle singole sostanze chimiche e dei prodotti di degradazione nel cocktail rimangono in gran parte poco chiari. Allo stesso tempo, il numero di nuove sostanze chimiche registrate è in rapido aumento:da 20 milioni a 156 milioni tra il 2002 e il 2019. Tutto ciò rende difficile individuare relazioni di causa-effetto e necessita di nuovi modelli teorici e approcci metodologici.

Per questa ragione, la rassegna del gruppo di autori guidati dalla prof.ssa Beate Escher dell'UFZ fornisce una panoramica delle tecnologie adatte ad identificare sostanze chimiche in miscele complesse e catturarne gli effetti. Valutano ulteriormente il potenziale e i limiti di queste tecnologie.

La pubblicazione chiarisce che non si tratta solo di metodi analitici:il successo delle procedure analitiche dipende anche da "cosa" vengono prelevati i campioni e "come" vengono elaborati. Utilizzando gli stessi approcci per diversi tipi di campioni, che vanno dall'acqua e dal suolo al sangue o ai tessuti, è possibile confrontare i risultati in un secondo momento. Salviette o braccialetti in silicone, tra l'altro, sono sottolineati come particolarmente innovativi nella loro capacità di catturare l'esposizione personale degli individui agli inquinanti.

Le possibilità fornite dall'analisi chimica hanno visto enormi miglioramenti grazie alla crescita, evoluzione e accessibilità della spettrometria di massa ad alta risoluzione (HR-MS). Spesso abbinato a ulteriori tecnologie, HR-MS può rilevare decine di migliaia di segnali in campioni biologici e ambientali. Costituisce anche la base per lo "screening sospetto" per identificare sostanze chimiche sconosciute in miscele complesse. "Questo ci permette, tra l'altro, per rilevare nuovi inquinanti problematici nell'ambiente, " dice Beate Escher. "Ma non sarà mai in grado di catturare ogni singola sostanza. Anche le sostanze presenti al di sotto del limite di rilevabilità strumentale o al di sotto della soglia di effetto possono contribuire al rischio".

Il gruppo di ricercatori raccomanda quindi di integrare le procedure di analisi chimica con strumenti bioanalitici che siano specificamente in grado di catturare gli effetti della miscela nella valutazione della tossicità degli effluenti delle acque reflue e dei sedimenti. Tradizionalmente, a questo scopo sono stati utilizzati saggi biologici in vivo su tutto l'organismo, ma tali saggi biologici hanno sofferto di un flusso di campioni limitato, tra gli altri svantaggi. Il progresso dei biotest cellulari in vitro ha ora aperto ulteriori possibilità che non solo riducono la necessità di test sugli animali, ma sono anche suscettibili di robotica ad alto rendimento. "L'applicazione di saggi in vitro ad alto rendimento per la valutazione del rischio ambientale di miscele e campioni ambientali complessi è solo emergente, ma ha un grande potenziale, " afferma Beate Escher.

L'integrazione della spettrometria di massa ad alta risoluzione con strumenti bioanalitici consente di acquisire informazioni sugli effetti di tutte le sostanze chimiche in un campione. Il prof. Escher è dell'opinione che una combinazione di questi due strumenti abbia il potenziale per rivoluzionare il monitoraggio ambientale. Questo è uno dei motivi per cui la piattaforma tecnologica CITEPro (Chemicals in the Environment Profiler) è stata istituita presso l'UFZ. Questa piattaforma consente la preparazione e l'analisi dei campioni mediante procedure analitiche e bioanalitiche ad alto rendimento. Ma CITEPro è più di un semplice hardware. È un concetto progettato per caratterizzare l'esposoma, in altre parole, per catturare l'insieme di tutte le influenze ambientali a cui un individuo è esposto nel corso della sua vita. Ciò include fattori esterni (sostanze chimiche nell'aria, in acqua o alimenti) e sostanze chimiche interne prodotte da un organismo in risposta a vari fattori di stress.

Conclusione

Il numero di sostanze chimiche identificate nei campioni ambientali mediante sofisticate analisi strumentali è in costante aumento. Negli ultimi anni, sono stati sviluppati strumenti migliori per studiarne gli effetti combinati ei meccanismi di tossicità. Resta tuttavia difficile chiarire i fattori che determinano lo stress chimico nell'ambiente. I legami tra ambiente, la fauna selvatica e l'uomo possono essere realizzati solo applicando un approccio integrato al monitoraggio e alla valutazione.

Tracciare le sostanze chimiche e i loro prodotti di trasformazione nell'ambiente e nel nostro corpo è un'immensa sfida (bio)analitica:campionamento, estrazione, il rilevamento chimico e l'analisi dei dati devono essere messi a punto l'uno con l'altro per ottenere informazioni affidabili.

La quantificazione degli effetti della miscela è un modo per catturare tutte le sostanze chimiche presenti e i loro prodotti di trasformazione bioattiva. La chiara rilevanza delle miscele e il fatto che ci sono migliaia di sostanze chimiche presenti nell'ambiente e nei nostri corpi significa che è urgentemente necessario uno spostamento del paradigma normativo esistente verso gli effetti delle miscele.