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Biologia

Erionite: individuato un potenziale meccanismo di tossicità

By ScientifiCult 17 Marzo 2025

Erionite, la “fibra killer” peggiore dell’amianto: individuato un potenziale meccanismo di tossicità

Uno studio congiunto condotto da Sapienza Università di Roma, Università di Genova ed ENEA ha indagato sperimentalmente i meccanismi alla base della tossicità del minerale appartenente al gruppo delle zeoliti e relativamente diffuso sulla Terra. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sul “Journal of Hazardous Materials”.

Immagine al microscopio elettronico a scansione di fibre di erionite. Crediti per la foto: Paolo Ballirano

L’erionite è una specie appartenente al gruppo delle zeoliti, minerali presenti principalmente in rocce vulcaniche e di ampio impiego in vari settori, dall’edilizia all’agricoltura. Sebbene le zeoliti, in generale, non siano dannose per l’uomo, l’erionite, al contrario, possiede un alto grado di tossicità per inalazione, centinaia di volte superiore a quella dell’amianto. A partire dalla metà degli anni Settanta, infatti, l’erionite è stata la causa di un’epidemia di mesotelioma pleurico maligno (MPM) in alcuni villaggi della Cappadocia, dove le abitazioni erano costruite con materiali contenenti questo minerale.

Uno studio congiunto tra Sapienza Università di Roma, Università di Genova ed ENEA, condotto nell’ambito del Partenariato Esteso RETURN e finanziato dall’UE – NextGenerationEU, recentemente pubblicato sulla rivista internazionale “Journal of Hazardous Materials”, ha indagato i meccanismi alla base della tossicità dell’erionite finora ancora poco chiari.

La ricerca, utilizzando un innovativo approccio interdisciplinare, ha analizzato i cambiamenti strutturali e chimici che avvengono nelle fibre del minerale una volta che queste sono fagocitate dalle cellule macrofagiche presenti nei polmoni e responsabili dell’internalizzazione e distruzione di sostanze estranee.

Lo studio ha rilevato che quando le fibre di erionite vengono fagocitate dalle cellule macrofagiche, gli “spazzini” del sistema immunitario, innescano uno scambio ionico che determina l’innalzamento del pH e il malfunzionamento dei lisosomi, gli organelli cellulari responsabili della degradazione di corpi estranei.

“Il complesso processo di scambio ionico – precisa Paolo Ballirano, docente presso Sapienza – è stato rivelato attraverso esperimenti di diffrazione dei raggi X su polveri condotti presso i laboratori del Dipartimento di Scienze della Terra di Sapienza Università di Roma su quantità di fibre dell’ordine di frazioni di milligrammo, recuperate dall’interno delle cellule dopo diverse tempistiche di incubazione da un minimo di 24 ore ad un massimo di 14 giorni”.

“L’innalzamento del pH cellulare – spiega Sonia Scarfì, docente presso l’Università di Genova – provoca inoltre un’elevata richiesta energetica, la quale viene soddisfatta da un’iperattivazione dei mitocondri, centrale energetica della cellula. Il risultato di questa iperattivazione dopo qualche giorno dalla fagocitosi è un aumento di produzione dei radicali dell’ossigeno nei mitocondri e, successivamente, una sofferenza mitocondriale che può portare alla morte cellulare”.

“Data la notevole stabilità chimica dell’erionite nei fluidi biologici, questo meccanismo che porta alla morte delle cellule può ripetersi potenzialmente all’infinito: infatti l’erionite, una volta liberata nuovamente in ambiente extracellulare, è in grado di riacquistare il suo potenziale tossico. Ne consegue – concludono Ballirano e Scarfì – che questo fenomeno porta a infiammazione cronica e al potenziale sviluppo di cancro”.

individuato un potenziale meccanismo di tossicità dell’erionite, minerale appartenente al gruppo delle zeoliti. Diffrattometro RX su polveri con capillare contenente erionite montato. Crediti per la foto: Paolo Ballirano

Riferimenti bibliografici:

Paolo Ballirano, Alessandro Pacella, Serena Mirata, Mario Passalacqua, Maria Cristina Di Carlo, Lorenzo Arrizza, Maria Rita Montereali, Sonia Scarfì, “Fibrous erionite modifications following THP-1 macrophage phagocytosis: An insight into the mechanisms of interaction with biological systems”, Journal of Hazardous Materials, 2025, 489:137646, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.137546

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Biologia

Inquinamento da farmaci: gli effetti degli antinfiammatori sull’ambiente marino

By ScientifiCult 13 Gennaio 2025

Inquinamento da farmaci: gli effetti degli antinfiammatori sull’ambiente marino

L’ibuprofene, il cui uso è cresciuto molto durante la pandemia di COVID-19, può ridurre la capacità delle piante marine di rispondere a stress ambientali. La ricerca dell’Università di Pisa pubblicata sul Journal of Hazardous Materials.

Una cura per noi, un pericolo per l’ambiente. Per la prima volta una ricerca dell’Università di Pisa, appena pubblicata sul Journal of Hazardous Materials, ha esaminato l’impatto di diverse concentrazioni di ibuprofene, un comune antinfiammatorio molto utilizzato durante la pandemia di COVID-19, sulle angiosperme marine.

“Le angiosperme marine svolgono ruoli ecologici cruciali e forniscono importanti servizi ecosistemici, ad esempio proteggono le coste dall’erosione, immagazzinano carbonio e producono ossigeno, supportano la biodiversità, e costituiscono una nursery per numerose specie animali”, spiega la professoressa Elena Balestri del dipartimento di Biologia dell’Ateneo pisano.

In particolare, la ricerca si è focalizzata su Cymodocea nodosa (Ucria, Ascherson), una specie che cresce in aree costiere poco profonde, anche in prossimità della foce dei fiumi, zone spesso contaminate da molti inquinanti, farmaci compresi.

La sperimentazione è avvenuta in mesocosmi all’interno dei quali le piante sono state esposte per 12 giorni a concentrazioni di ibuprofene rilevate nelle acque costiere del Mediterraneo. È così emerso che la presenza di questo antinfiammatorio a concentrazioni di 0,25 e 2,5 microgrammi per litro causava nella pianta uno stress ossidativo ma non danni irreversibili. Se invece la concentrazione era pari a 25 microgrammi per litro, le membrane cellulari e l’apparato fotosintetico erano danneggiate, compromettendo in tal modo la resilienza della pianta a stress ambientali.

“Il nostro è il primo studio che ha esaminato gli effetti di farmaci antinfiammatori sulle piante marine – dice Elena Balestri – Attualmente, si stima che il consumo globale di ibuprofene superi le 10.000 tonnellate annue e si prevede che aumenterà ulteriormente in futuro, e poiché gli attuali sistemi di trattamento delle acque reflue non sono in grado di rimuoverlo completamente anche la contaminazione ambientale aumenterà di conseguenza”.

“Per ridurre il rischio di un ulteriore aggravamento del processo di regressione delle praterie di angiosperme marine in atto in molte aree costiere – conclude Balestri – sarà quindi necessario sviluppare nuove tecnologie in grado di ridurre l’immissione di ibuprofene e di altri farmaci negli habitat naturali, stabilire concentrazioni limite di questo contaminante nei corsi d’acqua e determinare le soglie di tolleranza degli organismi, non solo animali ma anche vegetali”.

Complessivamente, le strutture dell’Ateneo pisano coinvolte nello studio sono i dipartimenti di Biologia, di Farmacia e di Scienze della Terra, il Centro per l’Integrazione della Strumentazione scientifica (CISUP) e il Centro Interdipartimentale di Ricerca per lo Studio degli Effetti del Cambiamento Climatico (CIRSEC).

In particolare, la ricerca è stata realizzata grazie alla collaborazione di tre team di ricerca. Il gruppo di Ecologia, costituito dalla professoressa Elena Balestri, dal professore Claudio Lardicci e dalla dottoressa Virginia Menicagli, assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Biologia, si occupa da anni dello studio degli impatti di contaminanti, tra cui plastiche, microplastiche, nanoplastiche e filtri solari, e dei cambiamenti climatici sugli organismi vegetali marini e terrestri tipici della fascia costiera. Il gruppo di Botanica, con la professoressa Monica Ruffini Castiglione e quello di Fisiologia Vegetale, con le dottoresse Carmelina Spanò, Stefania Bottega e il dottor Carlo Sorce, studiano invece le risposte delle piante all’inquinamento da metalli e da micro e nanoplastiche. Inoltre, conducono ricerche sulla biologia delle piante degli ambienti costieri, in particolare sui meccanismi di risposta agli stress causati dai fattori ambientali, sia naturali, sia di origine antropica. Il gruppo di Biologia Farmaceutica, infine, costituito dalla professoressa Marinella De Leo e dalla dottoressa Emily Cioni, dottoranda del Dipartimento di Farmacia, si occupa dello studio chimico di prodotti naturali prodotti dalle piante.

Prateria di Cymodocea nodosa in regressione — Inquinamento da farmaci: gli effetti degli antinfiammatori sull’ambiente marino; uno studio pubblicato sul Journal of Hazardous Materials. In foto, prateria di Cymodocea nodosa in regressione

Riferimenti bibliografici:

Virginia Menicagli, Monica Ruffini Castiglione, Emily Cioni, Carmelina Spanò, Elena Balestri, Marinella De Leo, Stefania Bottega, Carlo Sorce, Claudio Lardicci, Stress responses of the seagrass Cymodocea nodosa to environmentally relevant concentrations of pharmaceutical ibuprofen: Ecological implications,
Journal of Hazardous Materials, Volume 476, 2024, 135188, ISSN 0304-3894, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135188

Testo e foto dall’Ufficio stampa dell’Università di Pisa.

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Medicina

Le nanoplastiche alterano il microambiente osseo

By ScientifiCult 2 Novembre 2023

Le nanoplastiche alterano il microambiente osseo

Uno studio interdisciplinare dell’Università degli Studi di Milano ha esposto le tre principali tipologie cellulari coinvolte nel mantenimento della massa ossea a nanoplastiche fluorescenti, analizzandone l’effettivo ingresso nella cellula e scoprendo che, a causa delle ridotte dimensioni, le nanoplastiche possono interagire direttamente con le cellule ossee, andandone a modificare le nomali attività. La pubblicazione su Science Direct – Journal of Hazardous Materials.

nanoplastiche microambiente osseo Nel pannello ordinato (pannelo A) compaiono, partendo da sinistra: osteociti, osteoblasti e osteoclasti (fila superiore localizzazione delle nanoplastiche, fila inferiore visibili i nuclei e i contorni delle cellule. Crediti per l'immagine: Lavinia Casati — Nel pannello ordinato (pannelo A) compaiono, partendo da sinistra: osteociti, osteoblasti e osteoclasti (fila superiore localizzazione delle nanoplastiche, fila inferiore visibili i nuclei e i contorni delle cellule. Crediti per l’immagine: Lavinia Casati

Milano, 2 novembre 2023 – Le nanoplastiche alterano il delicato equilibrio e la relazione esistente nel microambiente osseo, attività che potrebbe riflettersi in una maggiore suscettibilità a sviluppare patologie legate all’impoverimento osseo: ecco la conclusione a cui è giunto un team di scienziati e recentemente pubblicata su Science Direct – Journal of Hazardous Materials.

La plastica è il materiale che maggiormente caratterizza la nostra epoca: la gestione errata del rifiuto plastico ha determinato infatti un accumulo massivo di oggetti plastici nell’ambiente, che, a seguito della degradazione e della frammentazione a causa di processi chimici, fisici e biologici, originano micro e nanoplastiche, misurate rispettivamente in micrometri (ovvero con dimensioni comprese tra 0,1 e 5.000 µm, ovvero 5mm) e nanometri (le cui dimensioni vanno da 0,001 a 0,1 µm, cioè da 1 a 100 nanometri).

E sono proprio le nanoplastiche l’oggetto dello studio frutto di una collaborazione interdisciplinare, interdipartimentale e interuniversitaria tra Lavinia Casati, ricercatore di Patologia Generale presso il Dipartimento di Scienze della Salute della Statale di Milano, il laboratorio di Patologia Generale coordinato da Raffaella Chiaramonte, docente di Patologia Generale dello stesso Ateneo, e altri gruppi di ricercatori, tra cui il team di ricerca di Marco Parolini, docente di Ecologia del Dipartimento di Scienze e Politiche Ambientali, i ricercatori del Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina Traslazionale dell’Università degli Studi di Milano e dell’Università di Parma.

Le nanoplastiche, ad oggi, rappresentano una delle più recenti categorie di contaminanti emergenti, la cui distribuzione in ambiente e gli effetti sugli esseri viventi sono largamente sconosciuti.

“A oggi esistono pochi studi inerenti agli effetti indotti dall’esposizione alle nanoplastiche su modelli ecotossicologici e ancora meno studi sull’uomo”, spiega Lavina Casati, ultimo autore e corresponding author della ricerca. “Proprio da questo nasce la nostra ricerca, che ci ha permesso di descrivere l’azione di questi contaminanti sull’osso, usando un modello in vitro che potesse fornirci una visione ad ampio spettro”.

Per poter scattare la fotografia del microambiente osseo, gli scienziati si sono serviti delle tre principali tipologie cellulari coinvolte nel mantenimento della massa ossea, ovvero i precursori degli osteoblasti, (le cellule che depongono l’osso), gli osteociti (considerati i controllori del processo di rimodellamento osseo) e i precursori degli osteoclasti (ovvero le cellule che lo degradano). Utilizzando tecniche di colture cellulari, hanno esposto queste cellule a delle nanoplastiche fluorescenti di dimensioni pari a 50 nanometri, verificando l’effettivo ingresso delle nanoplastiche nella cellula e la loro localizzazione, attraverso tecniche di imaging e citofluorimetria: le nanoplastiche sono in grado di entrare nelle cellule in un modo che è sia attivo che passivo, e vanno a localizzarsi a livello citoplasmatico. Sono stati poi valutati gli aspetti tossicologici, medianti saggi enzimatici e colorimetrici e parametri funzionali (mediante scratch test e saggi immunoistochimici). Le nanoplastiche riducono la vitalità delle cellule, ne aumentano la morte e inducono la formazione di radicali liberi. A livello funzionale, inoltre, le nanoplastiche alterano la capacità migratoria degli osteoblasti e potenziano il riassorbimento indotto dagli osteoclasti.

Per descrivere al meglio anche l’effetto delle nanoplastiche a livello molecolare, infine, è stato analizzato l’impatto sull’espressione di geni coinvolti nel mantenimento della massa ossea: il team di ricerca ha trovato un coinvolgimento di geni relativi all’innesco di processi infiammatori nei precursori degli osteoblasti e negli osteociti e un’induzione dei geni coinvolti nei processi differenziativi degli osteoclasti.

“Anche se saranno necessari ulteriori studi per delineare al meglio la complessa interrelazione tra nanoplastiche e rimodellamento osseo a livello della salute umana, questo studio ci permette di iniziare ad esplorare nuovi orizzonti inerenti ai contaminanti ambientali e al loro impatto sull’uomo”, conclude Lavinia Casati.

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Testo e immagine dall’Ufficio Stampa Direzione Comunicazione ed Eventi istituzionali Università Statale di Milano

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Medicina

Trasmissione aerea del COVID-19, scoperta di ARPA e UniTo

By ScientifiCult 25 Gennaio 2022

TRASMISSIONE AEREA DEL COVID – LA SCOPERTA DI ARPA E UNITO

Lo studio frutto della collaborazione tra i due enti è stato pubblicato sul prestigioso Journal of Hazardous Materials. Il modello sperimentale messo a punto può fornire indicazioni essenziali per la gestione del rischio di infezione negli ambienti chiusi. Attraverso lo sviluppo di un nuovo metodo per il campionamento e l’analisi del SARS-CoV-2 nell’aria è stato dimostrato che il virus può essere trasmesso per via aerea in ambienti chiusi non solo tramite le goccioline respiratorie di più grandi dimensioni. Lo studio per la parte sperimentale ha visto impegnati l’Arpa Piemonte e l’Università di Torino e per la parte teorica e modellistica l’Università di Cassino e la Queensland University of Tecnology.

trasmissione aerea COVID-19 — Trasmissione aerea del COVID-19

Il Centro regionale di Biologia molecolare di Arpa Piemonte, in collaborazione con il Laboratorio di Virologia Molecolare e Ricerca Antivirale diretto dal professor David Lembo del Polo Universitario San Luigi Gonzaga di Orbassano dell’Università di Torino, ha sviluppato, sperimentato e validato un metodo per il campionamento e l’analisi del SARS-CoV-2 nell’aria. E, grazie a questo metodo, l’Arpa ha fornito dimostrazione diretta del collegamento tra emissione di una carica virale nota di un soggetto infetto e le relative concentrazioni di SARS-CoV-2 nell’aria in condizioni controllate, dimostrazione non ancora presente in letteratura scientifica.

Gli esperimenti condotti, oltre a stabilire che il virus SARS-CoV-2 si trasmette tramite aerosol ben oltre le distanze a lungo ritenute “di sicurezza” (1-1.5 m), hanno confermato anche l’influenza esercitata dalla tipologia di attività respiratoria rispetto all’emissione di aerosol virale e alla conseguente diffusione nell’ambiente: come già anticipato da studi precedenti, le emissioni durante la fonazione (la produzione di suoni o rumori per mezzo degli organi vocali) risultano essere di un ordine di grandezza superiori rispetto alla semplice attività di respirazione.

E, proprio in questi giorni, viene pubblicato dal prestigioso Journal of Hazardous Materials, editore Elsevier, lo studio dal titolo Link Between SARS-CoV-2 Emissions and Airborne Concentrations: Closing the Gap in Understanding, frutto della collaborazione tra l’Arpa Piemonte e l’Università di Torino da una parte e l’Università di Cassino e del Lazio Meridionale e la Queensland University of Technology di Brisbane, Australia, dall’altra, rappresentate dal Prof. Giorgio Buonanno e dalla Prof.ssa Lidia Morawska, ricercatori leader nella scienza dell’aerosol e nella gestione dei rischi di infezione.

I risultati sperimentali forniti da Arpa Piemonte hanno, inoltre, validato un nuovo approccio teorico predittivo finalizzato a calcolare modellisticamente la concentrazione del virus in un ambiente indoor partendo dalle emissioni delle persone infette e dalle caratteristiche di ventilazione dell’ambiente. Sulla base di tale strumento modellistico è possibile costruire politiche coerenti nella gestione degli ambienti interni e nella determinazione di misure di controllo per ridurre il rischio di infezione (ad esempio calcolando la massima occupazione degli ambienti indoor e la durata massima dell’occupazione).

“Questa scoperta con la prestigiosa pubblicazione su una autorevole rivista scientifica internazionale, per noi è una grande soddisfazione in quanto certifica che gli investimenti fatti per la realizzazione del dipartimento di Virologia ambientale in Regione Piemonte sta portando importanti risultati scientifici – commenta l’assessore regionale alla Ricerca applicata Covid, Matteo Marnati – La scoperta di questa nuova metodologia permetterà di studiare e ridurre lo sviluppo del virus negli gli ambienti chiusi. Questo risultato conferma ancora una volta lo sforzo che il “sistema Piemonte” mette in atto per conoscere la pandemia e fornire risposte efficaci. La ricerca e la conoscenza sono l’unica arma che abbiamo per combattere il Covid 19 e per poter formulare strategie sanitarie, basate su analisi dei dati e modelli matematici sicuri”.

“Questo studio colma finalmente una lacuna di conoscenza circa la trasmissione di SARS-CoV-2 con una solida evidenza sperimentale che risolve un tema controverso – sottolinea Il Direttore del Laboratorio di Virologia Molecolare dell’Università di Torino, Prof. David Lembo – Possiamo ora affermare che il virus può essere trasmesso per via aerea in ambienti chiusi e non solo attraverso le droplets. Un successo della ricerca italiana che permetterà di applicare i metodi sviluppati anche allo studio degli altri virus respiratori noti e a quelli che si potrebbero presentare in futuro“.

“La migliore ricerca scaturisce dall’incontro di competenze differenti, complementari e sinergiche – precisa il direttore generale di Arpa Piemonte, Angelo Robotto – Arpa Piemonte è parte di un prestigioso pool internazionale di scienziati che fa del metodo scientifico il proprio driver nella gestione del rischio di infezione da patogeni a trasmissione aerea negli spazi chiusi. Non c’è dubbio che un adeguamento tecnologico radicale deve essere introdotto per mettere in sicurezza gli ambienti indoor attraverso la ventilazione ed il trattamento dell’aria. L’ambiente e le matrici ambientali sono fondamentali come sentinelle per le ricadute sanitarie”.

“Lo ripetiamo da tempo e ora ne abbiamo anche la dimostrazione. Il virus si trasmette per via aerea negli ambienti chiusi – conclude il Prof. Giorgio Buonanno dell’Università di Cassino e del Lazio Meridionale – E qui mascherine chirurgiche, distanziamento e vaccini non sono sufficienti ad evitare il diffondersi dell’infezione, come la variante Omicron ha ulteriormente dimostrato. Ma ci sono valide contromisure, di tipo tecnico-ingegneristico: ventilazione, riduzione dell’emissione, gestione dei tempi di esposizione e affollamento possono mitigare il rischio di infezione. Siamo in grado di mettere in sicurezza l’aria, a prescindere dalle varianti, come già è stato fatto con l’acqua”.

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Testo e immagine dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Torino, sulle nuove scoperte riguardo la trasmissione aerea del COVID-19.

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