Per affrontare questo problema, un gruppo di ricerca guidato dal professore di ricerca Masazumi Fujiwara e dal professore assistente Yajuan Zou dell’Università di Okayama in Giappone ha sviluppato un rivestimento polimerico che può essere applicato alle NP per prevenire l’ecotossicità. Alterando la chimica superficiale e la carica elettrica delle NP, le loro proprietà leganti possono essere modificate. L'introduzione di gruppi idrofili sulla superficie NP crea una barriera, scoraggiando il legame con le molecole biologiche e le superfici cellulari.

Sebbene sia noto che le NP caricate positivamente si accumulano di più negli organismi a causa della loro attrazione verso le superfici cellulari caricate negativamente, rapporti recenti suggeriscono che le NP caricate negativamente possono accumularsi di più rispetto alle loro controparti caricate positivamente.

Nel loro studio, che è stato pubblicato sulla rivista Chemosphere il 7 maggio 2024, i ricercatori hanno sviluppato un rivestimento in poliglicerolo (PG) con il gruppo caricato negativamente. Questo rivestimento è stato applicato alle NP di ossido di ferro (ION) e si è scoperto che riduce efficacemente l'accumulo di particelle di ossido di ferro nel Caenorhabditis elegans, un nematode ampiamente utilizzato come organismo modello nella chimica ambientale.

Questa ricerca è stata scritta in collaborazione dal Prof. Fujiwara, dal Dr. Zou e dal Dr. Yuta Nishina dell'Università di Okayama, dal Dr. Yutaka Shikano dell'Università di Tsukuba e dal Dr. Naoki Komatsu e dal Dr. Eriko Kage-Nakada dell'Università di Kyoto.

"Abbiamo dimostrato che l'innesto di PG era un approccio efficace per ridurre l'accumulo e sopprimere la traslocazione di ION in C. elegans, che di conseguenza ha alleviato gli esiti tossici come il potenziale riproduttivo e il rapporto di sopravvivenza", afferma il dott. Fujiwara.

I ricercatori hanno applicato il rivestimento in poliglicerolo a ION di varie dimensioni (20 nm, 100 nm e 200 nm) per creare ION-PG, con l'obiettivo di valutare l'efficacia del rivestimento in uno spettro di dimensioni NP. Gli ION-PG sono stati quindi sospesi in una soluzione e sono stati introdotti i nematodi di C. elegans.

I vermi si trovavano in diverse fasi del ciclo di vita (dalle larve ai vermi adulti), consentendo ai ricercatori di monitorare l'accumulo di NP durante tutto il loro sviluppo. Un gruppo di controllo è stato esposto a una sospensione contenente ION non rivestito. Dopo 24 ore di esposizione, i vermi sono stati raccolti, lavati ed esaminati per individuare le NP accumulate nei loro corpi.

Il rivestimento PG ha impedito alle NP di attaccarsi alle biomolecole, consentendo loro di passare più liberamente attraverso l'intestino del nematode e di essere espulse dai loro corpi. I nematodi esposti a ION-PG avevano livelli più bassi di NP nei loro corpi rispetto al gruppo di controllo. Le NP più piccole, che potevano facilmente attraversare i vermi, non sono state rilevate.

I ricercatori hanno studiato ulteriormente l'impatto dei gruppi di carica sulla biodisponibilità delle NP. Hanno introdotto gruppi amminici caricati positivamente e gruppi carbossilici e solfati caricati negativamente nello ION-PG e hanno condotto nuovamente l'esperimento. Hanno scoperto che le particelle cariche negativamente passavano attraverso il verme più facilmente delle particelle cariche positivamente a causa dell'elevata repulsione elettrostatica contro la superficie cellulare caricata negativamente e della bassa affinità con le biomolecole nel nematode.

Di conseguenza, il rivestimento ha mitigato la tossicità associata a ION-PG. I ricercatori hanno osservato miglioramenti sia nella capacità riproduttiva che nella durata della vita nel gruppo esposto allo ION-PG rispetto al gruppo esposto alle NP non rivestite.

I ricercatori sottolineano che il rivestimento sviluppato può essere applicato anche ad altre NP come l'ossido di grafene e il biossido di titanio utilizzati per la bonifica ambientale. "Si prevede che i nostri risultati promuoveranno la progettazione e la produzione di grandi quantità di nanomateriali ecologici per applicazioni ambientali", afferma il dott. Fujiwara.