La paura è una cattiva consigliera. Nella serie di fumetti "Asterix, "Il capo della Gallia Vitalstatistix può temere che il cielo possa cadere sulla sua testa. Nel mondo reale, però, i rischi dovrebbero essere valutati con una mente chiara. Per garantire che le valutazioni del rischio non siano effettuate in modo emotivo ma portino a decisioni appropriate, gli scienziati utilizzano modelli per analizzare il potenziale rischio di sostanze o tecnologie. I ricercatori dell'Empa stanno attualmente studiando i rischi di una classe relativamente nuova di sostanze realizzate con materiali minuscoli:i farmaci fabbricati utilizzando nanomateriali. È già noto che i farmaci convenzionali possono essere rilasciati nell'ambiente dopo essere stati somministrati o ingeriti. Nel mondo animale, Per esempio, sostanze simili agli ormoni possono portare a uova di uccelli dal guscio sottile, disturbi della fertilità nei pesci e diminuzione della popolazione nelle lontre.

Piccole particelle, grandi compiti

Nanomedicina, Dall'altro lato, sta già riportando risultati promettenti con nuovi farmaci. Con nano-diamanti, i medici stanno superando la barriera emato-encefalica, e con le nanoparticelle d'oro combattono il cancro. Nessun compito sembra troppo grande per le minuscole particelle. Poco si sa sui rischi di questo tipo di nanomateriali non appena vengono rilasciati nell'ambiente.

I ricercatori dell'Empa guidati da Bernd Nowack del laboratorio "Technology &Society" di San Gallo stanno attualmente calcolando i rischi di queste nanomedicinali. Tra le altre attività, il team è coinvolto nel progetto internazionale di ricerca e innovazione "BIORIMA". Il progetto interdisciplinare sviluppa la gestione del rischio dei nanobiomateriali per l'uomo e l'ambiente ed è finanziato da "Horizon2020, "Il programma di finanziamento della ricerca e dell'innovazione dell'UE.

Destino nel corpo

Le analisi del rischio sono fondamentalmente una funzione del potenziale di pericolo e dell'esposizione. In altre parole, una sostanza altamente pericolosa a cui nessuno è mai esposto presenta un rischio pari a quello di una sostanza innocua con cui si entra costantemente in contatto. Al fine di mappare accuratamente i rischi delle nuove sostanze, i ricercatori determinano prima il valore di soglia, in cui una sostanza non ha più effetti nocivi, così come la quantità prevista che viene rilasciata nell'ambiente. Questi dati non sono facili da reperire, poiché il destino del farmaco nel corpo e il suo percorso verso l'impianto di trattamento delle acque reflue e da lì nei fiumi e nei laghi, e quindi nella biosfera, devono essere prima determinati.

Una volta rilasciato nell'ambiente, i polimeri sono alterati dalla decomposizione biologica o fisico-chimica in componenti più piccoli. Oltre agli studi farmacologici, i ricercatori utilizzano analisi dei flussi di materiale e modelli ambientali matematici. "Per la maggior parte dei nanobiomateriali, non ci sono stime affidabili sulla quantità di particelle rilasciate, " dice Nowack. Queste lacune nella conoscenza devono essere colmate con tutti i mezzi.

Nessun problema con il nano-oro

Nowack ha chiuso le prime lacune qualche tempo fa, quando lui e il suo team hanno valutato il rischio delle nanoparticelle d'oro nell'ambiente. "Attualmente, si può presumere che le nanoparticelle d'oro non causino alcun problema se utilizzate in applicazioni mediche, " dice il ricercatore. Nel loro nuovo studio, Il team di Nowack ha analizzato altri nanomateriali medici. Le particelle di dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri sono interessanti perché sono relativamente facili da produrre e possono essere utilizzate, ad esempio, per l'imaging medico, rivestimenti antimicrobici o rilascio di farmaci.

Alcuni nanomateriali usati di frequente potrebbero ora essere studiati per la prima volta sulla base dei dati disponibili. Questi includono, Per esempio, nano-chitosano, un derivato di un polisaccaride naturale, che si trova nel guscio dei crostacei e favorisce la guarigione delle ferite. Altre sostanze in esame erano il poliacrilonitrile, PAN in breve, che viene utilizzato nella terapia antibatterica, e idrossiapatite (HAP), un minerale naturale che viene utilizzato nel contesto del rilascio di farmaci o della rigenerazione del tessuto osseo.

Le analisi hanno mostrato che il chitosano nella sua forma convenzionale è più tossico per i microrganismi acquatici rispetto alla sua nanoforma. Il nanopolimero era quindi significativamente meno dannoso dei farmaci convenzionali che vengono rilasciati nell'ambiente, come antibiotici o antidolorifici. Il secondo nanopolimero, PADELLA, così come il minerale HAP si è comportato ancora meglio. "Queste sostanze sono praticamente non tossiche in acqua, "dice Nowack.

Però, la situazione è diversa per le nanoparticelle d'argento, che sono usati in medicina per il loro effetto antibatterico. Nella biosfera, il nanomateriale inorganico esercita lo stesso effetto tossico sui microrganismi che sono importanti per l'equilibrio in un ecosistema.

Superficie enorme

"Si può presumere che il biologico, le proprietà chimiche e fisiche di molti nanomateriali possono differire significativamente da quelle di altri farmaci, ", afferma Nowack. Uno dei motivi di ciò è il numero straordinariamente elevato di particelle e la loro superficie molto più ampia. È importante notare che attualmente è possibile valutare la pericolosità ambientale di determinate sostanze. Per analisi di rischio complete, però, è necessario stabilire prima la misura, con cui flora e fauna, e in definitiva gli esseri umani, entrano in contatto con questi nanomateriali. Il team dell'Empa sta attualmente lavorando su questi dati di esposizione per la classe relativamente nuova di nanomateriali nell'ambito del progetto "BIORIMA".

I dati che ottengono vengono utilizzati anche nel processo di sviluppo di nuovi prodotti medici. La ricercatrice dell'Empa Claudia Som fa riferimento all'approccio "safe by design":"Abbiamo sviluppato linee guida per le PMI che consentono di eliminare i nanobiomateriali rischiosi nelle prime fasi del costoso processo di sviluppo, " spiega il ricercatore. Le analisi dei rischi dell'Empa supportano così l'innovazione sostenibile nel campo della nanomedicina.