Nanomateriali

Scienziati che lavorano in team hanno sviluppato e usato metodi standardizzati per valutare gli effetti sulla salute dei nanomateriali ingegnerizzati (ENMs) comunemente usati.

EHP Editorial:
Nano GO Consortium-A Team Science Approach to Assess Engineered Nanomaterials: Saggi e metodi affidabili

Articolo EHP:
Valutazione interlaboratorio della citotossicità in vitro e delle risposte infiammatorie ai nanomateriali ingegnerizzati: The NIEHS NanoGo Consortium

Scientist Profile:
Program Director for the Nanotechnology Environmental Health and Safety (Nano-EHS)

Papers & Resources:
Nanotechnology Notable Papers and Advances (http://www.niehs.nih.govhttp://edit:9992/Rhythmyx/assembler/render?sys_authtype=0&sys_variantid=639&sys_revision=2&sys_contentid=641848&sys_context=0)

Comunicato stampa:
National Study of Nanomaterial Toxicity Sets Stage for Policies to Address Health Risks

Dove si trovano i nanomateriali?

Alcuni nanomateriali possono essere presenti naturalmente, come le proteine del sangue essenziali per la vita e i lipidi presenti nel sangue e nel grasso corporeo. Gli scienziati, tuttavia, sono particolarmente interessati ai nanomateriali ingegnerizzati (ENM), che sono progettati per essere utilizzati in molti materiali, dispositivi e strutture commerciali. Già migliaia di prodotti comuni – tra cui creme solari, cosmetici, articoli sportivi, vestiti antimacchia, pneumatici ed elettronica – sono fabbricati usando gli ENM. Sono anche presenti nella diagnosi medica, nell’imaging e nella somministrazione di farmaci e nel risanamento ambientale.

Quali sono alcuni dei principali punti da portare a casa che NIEHS e NTP vogliono che la gente sappia sui non materiali?

Ci sono tre principali punti da portare a casa:

• Non esiste un unico tipo di nanomateriale. I materiali su scala nanometrica possono in teoria essere ingegnerizzati da minerali e quasi tutte le sostanze chimiche, e possono differire per quanto riguarda la composizione, la dimensione primaria delle particelle, la forma, i rivestimenti superficiali e la forza dei legami delle particelle. Alcuni dei molti esempi includono i nanocristalli, che sono composti da un punto quantico circondato da materiali semiconduttori, l’argento su scala nanometrica, i dendrimeri, che sono molecole ripetutamente ramificate, e i fullereni, che sono molecole di carbonio in forma di sfera cava, ellissoide o tubo.
• Le piccole dimensioni rendono il materiale sia promettente che impegnativo. Per i ricercatori, i nanomateriali sono spesso visti come una “spada a doppio taglio”. Le proprietà che rendono i nanomateriali potenzialmente vantaggiosi nello sviluppo di prodotti e nella consegna di farmaci, come la loro dimensione, forma, alta reattività e altre caratteristiche uniche, sono le stesse proprietà che causano preoccupazione sulla natura della loro interazione con i sistemi biologici e sui potenziali effetti nell’ambiente. Per esempio, la nanotecnologia può consentire ai sensori di rilevare quantità molto piccole di vapori chimici, ma spesso non ci sono mezzi per rilevare i livelli di nanoparticelle nell’aria – una preoccupazione particolare nei luoghi di lavoro in cui vengono utilizzati i nanomateriali.
• La ricerca incentrata sui potenziali effetti sulla salute dei materiali fabbricati su scala nanometrica è in fase di sviluppo, ma molto non è ancora noto. Il NIEHS è impegnato a sviluppare nuove applicazioni nell’ambito delle scienze della salute ambientale, mentre indaga anche sui potenziali rischi di questi materiali per la salute umana.

Perché il NIEHS è coinvolto nella nanotecnologia?

Il NIEHS ha due interessi primari nel campo delle nanotecnologie: sfruttare il potere dei nanomateriali ingegnerizzati per migliorare la salute pubblica, e allo stesso tempo capire i potenziali rischi associati all’esposizione ai materiali.

Che cosa sta facendo il NIEHS?

Al momento, si sa molto poco sui materiali su scala nanometrica e su come influenzano la salute umana e l’ambiente. Il NIEHS è impegnato a sostenere lo sviluppo di nanotecnologie che possono essere utilizzate per migliorare i prodotti e risolvere problemi globali in settori quali l’energia, l’acqua, la medicina e il risanamento ambientale, indagando anche i potenziali rischi che questi materiali comportano per la salute umana e l’ambiente. I ricercatori del NIEHS sono impegnati nella prevenzione attraverso la progettazione, una frase che incarna lo sforzo di evitare qualsiasi potenziale pericolo nella produzione, uso o smaltimento di prodotti e dispositivi su scala nanometrica, anticipandoli in anticipo.

Il NIEHS ha sviluppato un programma di ricerca integrato e strategico che include il supporto dei beneficiari, utilizzando la nostra esperienza di ricerca interna, investendo nello sviluppo di applicazioni basate sulle nanotecnologie a beneficio dell’ambiente e della salute pubblica, e sfruttando le capacità di test di tossicità di livello mondiale del National Toxicology Program (NTP), per comprendere l’impatto dei nanomateriali ingegnerizzati sulla salute umana e per sostenere gli obiettivi della National Nanotechnology Initiative.

Uno dei modi principali in cui il NIEHS sostiene la ricerca sugli impatti sulla salute dei nanomateriali ingegnerizzati è attraverso il consorzio NIEHS Centers for Nanotechnology Health Implications Research (NCNHIR). Il NCNHIR è un programma interdisciplinare composto da otto centri cooperativi e altri beneficiari attivi. Fondato nel 2010, i ricercatori del consorzio stanno lavorando per capire come i nanomateriali ingegnerizzati interagiscono con i sistemi biologici e come questi effetti possono avere un impatto sulla salute umana.

NIEHS ha anche stabilito accordi contrattuali per la caratterizzazione dei nanomateriali e un database informativo per sostenere questo consorzio. Gli obiettivi generali di questi sforzi sono quelli di acquisire conoscenze fondamentali sulle interazioni degli ENM con i sistemi biologici per comprendere meglio i potenziali rischi per la salute associati all’esposizione agli ENM. Questi risultati guideranno anche lo sviluppo e l’uso sicuro delle nanotecnologie.

Il consorzio è cresciuto dal lavoro iniziato dai borsisti sostenuti attraverso il programma di sovvenzione Engineered Nanomaterials Grand Opportunity (Nano GO) finanziato attraverso l’American Recovery and Reinvestment Act. Il consorzio NCNHIR continua a costruire sui protocolli di ricerca e sulle lezioni apprese attraverso il Nano GO.

Inoltre, il NIEHS ha formato partnership con altre agenzie federali per sostenere i beneficiari in tutto il paese come parte del suo programma di salute e sicurezza ambientale. Per esempio, il NIEHS si è unito alla Environmental Protection Agency (EPA), alla National Science Foundation (NSF), al National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) e ad altri istituti e centri NIH (ICs) nel corso degli anni per sostenere strategie di ricerca che affrontano gli aspetti di salute e sicurezza ambientale dei materiali ingegnerizzati.

Visita il sito web del NIEHS Nano Environmental Health and Safety (Nano EHS) per ulteriori informazioni sul coinvolgimento del NIEHS nel campo delle nanotecnologie.

Visita il sito web “Who We Fund” per un elenco completo delle sovvenzioni sostenute dal NIEHS. Il sito “Who We Fund: Application of Technology to Disease – Nanotechnology” identifica le sovvenzioni NIEHS che lavorano sulla nanotecnologia.

NIH Research Portfolio Online Reporting Tools (REPORT) fornisce l’accesso a rapporti, dati e analisi delle attività di ricerca NIH.

NIH Funding Opportunities e Avvisi sono online.

Nanotechnology Notable Papers and Advances – Un elenco ricercabile di 401 articoli di nanotecnologia sostenuti dal NIEHS e dalle sovvenzioni dell’American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (ARRA) dal 2010 – 12 luglio 2017

NanoHealth and Safety – Il NIEHS incoraggia e sostiene la ricerca sulle proprietà di base dei nanomateriali ingegnerizzati (ENM) per determinare la loro potenziale biocompatibilità o tossicità per la salute umana. I consorzi istituiti dal NIEHS stanno promuovendo la collaborazione volta a costruire una base di comprensione su come le proprietà chimiche e fisiche uniche che emergono su scala nanometrica possono influenzare le interazioni tra le esposizioni ambientali e il corpo.

Puoi fornire esempi del tipo di lavoro che il NIEHS ha finanziato?

I ricercatori del NIEHS hanno prodotto centinaia di articoli che fanno avanzare la nostra conoscenza dei nanomateriali e il loro potenziale impatto sull’ambiente. Un piccolo campione dimostra la profondità e l’ampiezza del lavoro:

• I ricercatori erano preoccupati che i nanotubi di carbonio inalati potessero portare a certe malattie polmonari, tra cui la fibrosi pleurica, che provoca l’indurimento e l’ispessimento del tessuto che copre i polmoni, compromettendo la respirazione. Per testare questa ipotesi, hanno esposto topi di laboratorio a varie dosi di inquinanti e nanoparticelle. I topi esposti a certe dosi di nanotubi di carbonio hanno sviluppato una fibrosi subplurale da due a sei settimane dopo aver inalato i nanotubi di carbonio. Il lavoro suggerisce che ridurre al minimo l’inalazione di nanotubi è prudente fino a ulteriori valutazioni a lungo termine.

• Basse concentrazioni di nanoparticelle di carbonio hanno avuto effetti profondi sulle cellule che rivestono i tubuli renali, una struttura critica nei reni. Sia la funzione delle cellule di barriera che l’espressione delle proteine sono state influenzate. I risultati indicano che le nanoparticelle di carbonio hanno un impatto sulle cellule renali a concentrazioni inferiori a quelle precedentemente conosciute e suggeriscono cautela riguardo all’aumento dei livelli di nanoparticelle di carbonio che entrano nella catena alimentare.

• I materiali in nanoscala sono utilizzati in molti cosmetici, creme solari e altri prodotti di consumo. Il possibile assorbimento dei materiali attraverso la pelle, e le potenziali conseguenze, non sono stati determinati. Gli scienziati finanziati dal NIEHS hanno applicato particelle nanometriche di seleniuro di cadmio, un noto cancerogeno, su topi di laboratorio senza pelo. Hanno scoperto che quando la pelle dei topi era stata abrasa per rimuovere gli strati superiori della pelle prima dell’applicazione della soluzione, l’aumento del cadmio è stato rilevato nei linfonodi e nel fegato dei topi. Quando i punti quantici di seleniuro di cadmio sono stati applicati alla pelle indisturbata dei topi, non è stato rilevato alcun aumento costante di cadmio negli organi. Lo studio ha concluso che l’assorbimento cutaneo dei nanomateriali dipendeva dalla qualità della barriera cutanea e che le future valutazioni del rischio dovrebbero considerare gli aspetti chiave della barriera della pelle e la sua integrità complessiva.

• I materiali nanostrutturati mostrano una grande promessa nella consegna dei farmaci, con il potenziale di colpire le cellule cancerose con un farmaco ma evitando un attacco alle cellule sane. Uno studio finanziato dal NIEHS ha dimostrato che la capacità di due linee di cellule tumorali di assorbire le particelle nanometriche a forma di asta variava a seconda del rapporto di aspetto delle nanoparticelle, cioè le proporzioni tra l’altezza e la larghezza delle particelle. La scoperta potrebbe aiutare a raggiungere una consegna di farmaci più efficiente.
  Ryman-Rasmussen JP, MF Cesta, AR Brody, JK Shipley-Phillips, JI Everitt, EW Tewskbury, OR Moss, BA Wong, DE Dodd, ME Anderson JC Bonner. I nanotubi di carbonio inalati raggiungono il tessuto subplurale nei topi. Natura Nanotecnologia (2009) v. 4 (11): 747-51. Abstract

  Blazer-Yost BL, A Banga, A Amos, E Chernoff , X Lai, C Li, S Mitra, FA Witzmann. Effetto delle nanoparticelle di carbonio sulla struttura delle cellule epiteliali renali, la funzione di barriera e l’espressione delle proteine. Nanotoxicology (2011) v.5 (3):354-71. Abstract

  Gopee, N, D Roberts, P Webb, C Cozart, P Siitonen, J Latendresse, A Warbitton A, W Yu, V Colvin, N Walker, P Howard. Determinazione quantitativa della penetrazione cutanea di PEG-Coated CdSe Quantum Dot in Dermadraded ma non intatto SKH-1 pelle di topo senza capelli. Toxicological Sciences (2009) v. 111(1):37-48. Abstract

  Meng H, S Yang, Z Li, T Xia, J Chen, Z Ji, H Zhang, X Wang, S Lin, C Huang, Z Zhou, J Zink, A Nel. Il rapporto di aspetto determina la quantità di assorbimento delle nanoparticelle di silice mesoporosa attraverso un piccolo meccanismo di macropinocitosi GTPase-dipendente. ACS nano (2011) v. 5 (6): 4434-47. Abstract

Cosa sta facendo il NIEHS per far progredire lo sviluppo e l’applicazione dei nanomateriali da utilizzare nella ricerca sulla salute ambientale?

Molti degli sforzi del NIEHS sono concentrati sulla potenziale tossicità dei materiali ingegnerizzati. Tuttavia, il NIEHS ha sviluppato un programma di applicazione delle nanotecnologie per lo più attraverso gli sforzi del Cadmio, comprese le opportunità di ricerca di bioingegneria multiistituto, il NIH Genes, Environment and Health Initiative, e il programma Small Business (SBIR). I borsisti finanziati dal NIEHS stanno lavorando per sviluppare sensori basati sulle nanotecnologie per rilevare l’esposizione a inquinanti tossici che contribuiranno ad aumentare la nostra comprensione delle conseguenze biologiche dell’esposizione, e a sviluppare strategie per ridurre la tossicità dei fattori ambientali. Sono state sostenute diverse sovvenzioni avviate dai ricercatori.

Specificamente, come è coinvolto il Superfund Research Program nelle questioni relative alle nanotecnologie?

Il Superfund Research Program sostiene i beneficiari che stanno sviluppando tecnologie e metodi nuovi o migliorati, compreso il promettente campo delle nanotecnologie, per aiutare a monitorare e rimediare, o ripulire, i siti Superfund. I nanomateriali offrono alcuni vantaggi distinti alle tecnologie di bonifica, come il grande rapporto superficie-area-volume e l’alta reattività chimica. I ricercatori di Superfund stanno anche esaminando come i nanomateriali si comportano nell’ambiente quando sono usati per la bonifica.
Per ulteriori informazioni relative specificamente alla nanotecnologia, visitate la pagina web di ricerca SRP e inserite il termine di ricerca “nano*”,L’SRP è una rete di sovvenzioni universitarie che sono progettate per cercare soluzioni ai complessi problemi di salute e ambientali associati ai siti di rifiuti pericolosi della nazione. La ricerca condotta dall’SRP è uno sforzo coordinato con l’Environmental Protection Agency, che è l’entità federale incaricata di ripulire i peggiori siti di rifiuti pericolosi del paese.

L’SRP collabora anche con altre agenzie per condurre seminari interattivi sul web “Risk e Learning” che forniscono informazioni su tecnologie innovative di trattamento e caratterizzazione dei siti web alla comunità di bonifica dei rifiuti pericolosi. Visita la pagina web Nanotechnology – Applications and Implications for Superfund per una lista di alcuni dei seminari relativi alla nanotecnologia.

Cosa sta facendo il National Toxicology Program (NTP) per valutare i rischi per la salute associati alla nanotecnologia?

Il National Toxicology Program è impegnato in un ampio programma di ricerca per affrontare i potenziali rischi per la salute umana associati alla produzione e all’uso dei nanomateriali.

Gli scienziati delle tre agenzie principali che compongono il NTP – NIEHS, National Center for Toxicological Research presso la U.S. Food and Drug Administration, e il National Institute for Occupational Safety and Health dei Centers for Disease Control and Prevention – stanno lavorando per valutare le proprietà tossicologiche di una sezione rappresentativa di diverse classi di materiali su scala nanometrica, tra cui (1) ossidi metallici, (2) semiconduttori cristallini fluorescenti (quantum dots), (3) fullereni di carbonio (Buckyballs ), e (4) nanotubi di carbonio, attraverso la NTP Nanotechnology and Safety Initiative. I parametri chiave di maggiore preoccupazione relativi alla loro potenziale tossicità sono la dimensione, la forma, la chimica di superficie e la composizione. I ricercatori stanno usando studi su animali da laboratorio e cellule, così come modelli matematici per valutare e prevedere dove questi materiali vanno nel corpo, e quali potenziali effetti sulla salute possono causare.

Cosa sta facendo il NIEHS per aiutare a proteggere i lavoratori esposti ai nanomateriali?

NIEHS Worker Education and Training Program (WETP) supporta i lavoratori impegnati in attività relative ai materiali pericolosi, e la generazione di rifiuti, la rimozione, il contenimento, il trasporto e la risposta alle emergenze. Come parte di questo sforzo, il National Clearinghouse è la fonte nazionale principale per i curricula dei lavoratori dei rifiuti pericolosi, i rapporti tecnici e le notizie settimanali. La Clearinghouse fornisce una serie di risorse relative alla sicurezza nel campo in espansione della nanotecnologia. Il NIEHS WETP ha anche sostenuto lo sviluppo della pubblicazione, Training Workers on Risks of Nanotechnology, che si occupa di come i lavoratori che creano e maneggiano nanomateriali dovrebbero essere addestrati sui rischi che affrontano – nei laboratori, negli impianti di produzione, nei siti di pulizia dei rifiuti pericolosi e durante le risposte alle emergenze.

Iniziative trasversali di nanotecnologia

In quali iniziative trasversali di agenzia è coinvolto il NIEHS?

Il NIEHS è coinvolto nelle seguenti iniziative interagenzie:

• La National Nanotechnology Initiative (NNI), un programma federale multi-agenzia dedicato ad accelerare la ricerca e lo sviluppo di nanotecnologie di livello mondiale, a promuovere il trasferimento di nuove tecnologie per benefici commerciali e pubblici, a sviluppare e sostenere una forza lavoro qualificata e a sostenere uno sviluppo responsabile della nanotecnologia.
  • Il sottocomitato Nanoscale Science, Engineering and Technology (NSET) di NNI ha quattro gruppi di lavoro che coordinano la pianificazione, il budget, l’implementazione del programma e la revisione dell’iniziativa nanotecnologica.
  • Il sottocomitato Nanotechnology Environmental and Health Implications (NEHI) è un gruppo di lavoro che sostiene le attività federali incentrate sulle implicazioni delle nanotecnologie per la salute e la sicurezza.
• NIEHS ha collaborato con altri due istituti NIH, il National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) e il National Cancer Institute (NCI) per sviluppare il NanoRegistry . Il registro fornisce un repository centrale per i risultati pubblicati relativi alla nanotecnologia.
• Sviluppato un accordo interagenzia con il laboratorio di caratterizzazione nanotecnologica del NCI per fornire ai beneficiari del NIEHS nanomateriali ingegnerizzati comuni (ENMs) e per caratterizzare le proprietà fisiche e chimiche del. Questo permette ai beneficiari di avere una caratterizzazione standardizzata dei materiali che stanno usando in modo da poter confrontare più facilmente i risultati tra gli studi.
• La NIH Nanomedicine Initiative è uno sforzo interistituzionale per comprendere e sviluppare tecnologie su scala nanometrica che potrebbero essere applicate al trattamento delle malattie e alla riparazione dei tessuti danneggiati.
• La NIH Nano Task Force, coordinata dal NIEHS, rappresenta gli interessi di istituti e centri all’interno del NIH che stanno lavorando con i nanomateriali per comprendere gli usi medici e valutare la sicurezza e la tossicologia associate a questi materiali.

I nanomateriali sono regolamentati?

Il NIHS non è un’agenzia di regolamentazione e, pertanto, non applica gli statuti associati ai nanomateriali o ad altre sostanze pericolose. Per domande sulla regolamentazione, o per informazioni su ciò che le altre agenzie federali stanno facendo riguardo alla nanotecnologia, si prega di visitare l’agenzia appropriata. Un elenco abbreviato è fornito di seguito.

• La Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti regolamenta un’ampia gamma di prodotti, tra cui alimenti, cosmetici, farmaci, dispositivi e prodotti veterinari, alcuni dei quali possono utilizzare la nanotecnologia o contenere nanomateriali.
• Presso la Environmental Protection Agency (EPA) degli Stati Uniti, l’Agenzia per la protezione dell’ambiente (EPA), l’Agenzia per la protezione dell’ambiente (EPA) degli Stati Uniti, è in grado di applicare le leggi relative alla nanotecnologia. Environmental Protection Agency (EPA), molti nanomateriali sono considerati “sostanze chimiche” ai sensi del Toxic Substances Control Act (TSCA).
• La U.S. Consumer Product Safety Commission (CPSC) è un’agenzia federale indipendente di regolamentazione creata nel 1972 dal Congresso nel Consumer Product Safety Act. In quella legge, il Congresso ha diretto la CPSC per “proteggere il pubblico contro i rischi irragionevoli di lesioni e morti associati ai prodotti di consumo.”
• ONE Nano: NIEHS’s Strategic Initiative on the Health and Safety Effects of Engineered Nanomaterials – Come parte del suo ruolo nel sostenere la National Nanotechnology Initiative, il National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) ha sviluppato un programma di ricerca integrato e strategico – “ONE Nano” – per aumentare la nostra comprensione fondamentale di come gli ENM interagiscono con i sistemi viventi, per sviluppare modelli predittivi per quantificare l’esposizione ENM e valutare l’impatto sulla salute ENM, e per guidare la progettazione di ENM di seconda generazione per minimizzare gli effetti negativi sulla salute.

Altre letture

Storie dal fattore ambientale (NIEHS Newsletter)

• Bloccare le zanzare con uno scudo di grafene (settembre 2019)
• Le nanoparticelle offrono un modo a basso costo, Modo riutilizzabile per pulire l’acqua potabile (dicembre 2018)
• Studioso indiano offre una prospettiva globale sulla nanotossicologia delle fibre (agosto 2013)
• Le sfide persistono nel compito critico di determinare la sicurezza dei nanomateriali (ottobre 2012)
• Miller promuove la prevenzione attraverso la progettazione al Nano Meeting (settembre 2012)
• NIH-NIH- Funded Nanomaterial Registry Now Available Online (August 2012)
• Holian Discusses Lung Inflammation Caused by Nanoparticles (January 2012)
• Nano Grand Opportunities Researchers Share Findings (January 2012)

Additional Resources

• Nanotechnology – Information from the Occupational Safety and Health Administration, parte del Dipartimento del Lavoro degli Stati Uniti.
• Nanotecnologia (NIOSH) – Informazioni dal National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), parte del CDC.
• Nanotechnology Programs at FDA – La nanotecnologia permette agli scienziati di creare, esplorare e manipolare materiali misurati in nanometri (miliardesimi di metro). Tali materiali possono avere proprietà chimiche, fisiche e biologiche che differiscono da quelle delle loro controparti più grandi.
• Iniziativa Nazionale di Nanotecnologia – Sito ufficiale dell’Iniziativa Nazionale di Nanotecnologia degli Stati Uniti.
• Ricerca sui nanomateriali – Gli scienziati dell’EPA conducono ricerche sui nanomateriali più diffusi che possono avere implicazioni per la salute umana e ambientale.
• Registro dei nanomateriali – Il Registro dei nanomateriali raccoglie dati da più database in una singola risorsa.

Temi correlati alla salute

• Tossicologia