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Nanomateriali: valutazione effetti sulla salute

Negli ultimi anni le nanotecnologie hanno avuto un rapido sviluppo in una vasta gamma di settori dalla farmaceutica alla medicina, dall’energia alle costruzioni, dall’elettronica ai trasporti, sfruttando le proprietà innovative e le enormi potenzialità dei materiali alla scala nanometrica (1-100 nm). Infatti, grazie ad una maggiore superficie per unità di volume rispetto allo stesso materiale massivo (cosiddetto “in forma bulk”), i nanomateriali acquisiscono proprietà chimico-fisiche nuove e migliorate ed una maggiore reattività superficiale.

La Commissione europea (CE) definisce “nanomateriale” un materiale naturale, derivato o fabbricato, costituito da particelle solide isolate o da aggregati/agglomerati, in cui almeno il 50% delle particelle nella distribuzione dimensionale numerica abbia una o più dimensioni esterne inferiori a 100 nm. Più nel dettaglio, con il termine “nanomateriali ingegnerizzati” si intende identificare quei materiali alla nanoscala, intenzionalmente prodotti in laboratorio o a livello industriale, escludendo il particolato ultrafine esistente in natura o proveniente in modo incidentale dalle attività antropiche.

Attualmente in ambito internazionale si considerano i nanomateriali all’interno del gruppo di materiali più ampio costituito dai cosiddetti “materiali avanzati” (AdMa), a cui è riconosciuto un grande potenziale abilitante in diversi settori, come ad esempio le energie rinnovabili, la mobilità sostenibile, l'uso efficiente/risparmio delle risorse, la digitalizzazione, l’industria 4.0, la robotica e la manifattura additiva. Gli AdMa sono intesi come materiali razionalmente progettati per avere proprietà nuove o migliorate e/o caratteristiche strutturali mirate o potenziate, con l'obiettivo di raggiungere prestazioni funzionali specifiche e benefici attesi per l'economia, la società e l'ambiente. La CE annovera le nanotecnologie e gli AdMa nelle Key Enabling Technologies (KETs) “[…] quale indispensabile base tecnologica di tutta una serie di applicazioni produttive che potranno cambiare le nostre vite in futuro, come quelle necessarie per sviluppare tecnologie a bassa emissione di carbonio, migliorare l’efficienza energetica e l’utilizzo delle risorse, arginare il cambiamento climatico o permettere di invecchiare in buona salute”. Gli investimenti in questo settore sono nella maggior parte di natura pubblica, come indicato dalle ingenti risorse previste nel Programma Horizon Europe e nei precedenti programmi quadro, anche se negli ultimi anni sono progressivamente cresciuti anche gli investimenti privati. Si stima per il mercato globale delle nanotecnologie una crescita di circa il 17% annuo nel periodo 2018 - 2024.

I lavoratori che producono, utilizzano, trasportano o manipolano nanomateriali in forma di polvere, quali materiali bidimensionali, fibre o particelle sono potenzialmente i primi esposti nel ciclo di vita dei prodotti nanotecnologici. I nanomateriali, infatti, possono contaminare gli ambienti di lavoro e rappresentare un pericolo per la salute.

Il laboratorio Rischio agenti cancerogeni e mutageni del Dimeila realizza studi sulla valutazione degli effetti tossici (in vitro e su lavoratori esposti) dei nanomateriali. Gli studi in vitro vengono effettuati su linee cellulari umane di origine alveolare (A549) e bronchiale (BEAS-2B) per valutare i potenziali effetti tossici sul polmone che rappresenta uno dei principali organi bersaglio dei suddetti nanomateriali. Uno degli obiettivi di questi studi è quello di identificare e realizzare un modello sperimentale che utilizzi metodiche complementari in grado di testare i nanomateriali selezionati valutandone gli effetti genotossici, citotossici, ossidativi, epigenetici e infiammatori.

Sui lavoratori che producono o manipolano nanomateriali viene utilizzato un pannello di biomarcatori di esposizione ed effetto precoce genotossico, ossidativo, epigenetico ed infiammatorio da associare alle misure espositive.

Tutte le informazioni raccolte vengono integrate con i dati di caratterizzazione dell’esposizione ottenuti attraverso il monitoraggio ambientale e biologico (Laboratorio rischio agenti chimici) al fine di sviluppare strumenti utili per la prevenzione e la gestione del rischio a nanomateriali nei luoghi di lavoro, sulla base di un approccio integrato volto a prevenire i rischi per la salute e garantirne uno sviluppo sicuro e responsabile.

Tecnologie smart e tutela della salute e sicurezza nei luoghi di lavoro, con particolare riferimento alle nanotecnologie ed alle tecnologie abilitanti (NanoKey Advanced) 

Dal 2021 le attività in collaborazione con IIT si focalizzano su questo progetto che ha l’obiettivo di implementare e validare l’approccio di Prevention-through-Design tramite sperimentazione in ambiti di sviluppo, produzione e utilizzo di nanomateriali innovativi. Inoltre le proprietà fornite dalle nanotecnologie e dalle tecnologie abilitanti sono utilizzate per sviluppare soluzioni “smart” basate sulla sensoristica e finalizzate alla rilevazione delle contaminazioni negli ambienti di lavoro, quali strumenti di ausilio alla gestione dei rischi. È stata approvata la domanda di brevetto internazionale INAIL-IIT per la rilevazione di NP di silice in modo rapido precedentemente depositata.

 

Rischi ed opportunità connessi all’innovazione tecnologica per la tutela della salute e sicurezza nei luoghi di lavoro, con particolare riferimento alle nanotecnologie ed alle tecnologie abilitanti (NanoKey)

Il progetto finanziato dall’Inail nel 2017 in collaborazione con l’Istituto italiano di tecnologia (IIT), ha realizzato una strategia integrata di monitoraggio dell’esposizione e di valutazione degli effetti precoci su lavoratori potenzialmente esposti a nanomateriali (NM). Su casi studio individuati nell’ambito dei laboratori di ricerca, sviluppo e produzione di NM (nano silice e grafene) di IIT, è stato possibile applicare un approccio multi-metrico e per livelli successivi d’indagine per il monitoraggio del nanoparticolato aerodisperso nell’ambito dei processi produttivi. Inoltre è stato sperimentato un pannello di biomarcatori di esposizione ed effetto precoce genotossico, ossidativo ed infiammatorio, che potrebbero essere utilizzati quali indicatori di effetto precoce (sensibili, non invasivi e ancora reversibili) in scenari complessi di esposizione a NM. Le misure e i campionamenti ambientali e personali, hanno permesso di evidenziare la presenza di nanoparticolato nelle fasi critiche del processo di produzione. L’integrazione delle misure quantitative con i risultati degli studi di bio-monitoraggio sui lavoratori esposti, ha fornito risultati utili per individuare strategie di mitigazione in ambiente di lavoro, nell’ottica del miglioramento continuo dei livelli di salute e sicurezza. È stata inoltre depositata una domanda di brevetto congiunta Inail - IIT per la rilevazione rapida della presenza di nano-oggetti sulle superfici.

 

Metodologia di analisi dell’esposizione ai nanomateriali ingegnerizzati integrata alle tecniche di control banding per la gestione del rischio nei luoghi di lavoro (Nano-Lab)

Progetto finanziato nel 2015 dall’Inail nell’ottica di promuovere la creazione di strumenti pratici di supporto alla gestione del rischio. Tale progetto, coordinato dalla Scuola normale superiore di Pisa (Sns), ha come partner il Center for nanotechnology innovation della fondazione Istituto italiano di tecnologia (IIT), l’Istituto di nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) e l’Associazione italiana per la ricerca industriale (Airi-Nanotec) e si propone di realizzare uno studio pilota su tre casi di sviluppo di nanomateriali (nanoparticelle, nanofili e grafene) individuati presso i laboratori del Nest (National Enterprise for Nanoscience and Nanotechnology) di Pisa.

Il progetto ha utilizzato gli standard di riferimento ISO e OECD, sviluppando una metodologia che integra la valutazione del rischio con tecniche di control banding e le misure quantitative effettuate durante il processo produttivo, al fine di individuare misure di gestione del rischio più appropriate per ogni singola fase oggetto di studio e valutare la loro efficacia. Tale approccio è stato applicato a tre casi studio in laboratori di ricerca e sviluppo su tipologie di nanomateriali (NM) molto diverse tra di loro a dimensionalità differenti, (2D grafene, 1D nanofili e 0D nanoparticelle) per coprire in modo esaustivo tutti gli aspetti legati non solo alla dimensione spaziale dei materiali in esame ma anche al loro fattore di forma, che risultano essere aspetti cruciali nel definire l’entità del rischio potenziale. I risultati dello studio hanno permesso di sviluppare un approccio innovativo alla comunicazione del rischio ed al trasferimento delle conoscenze in un’ottica di prevenzione, attraverso una piattaforma web (www.nano-lab.it) basata su un approccio flessibile e modulare, con l’obiettivo di restituire un sistema dinamico che nel tempo possa adattarsi allo sviluppo delle competenze e delle attività dei soggetti destinatari e che, in successive fasi, possa essere implementato anche in realtà diverse dai casi studio considerati.

 

Integrated approach to evaluate biological effects on lung, cardiovascular system and skin of occupational exposure to nanomaterials (NanO I-LuCaS)

Progetto di ricerca triennale finanziato dal Ministero della salute (PMS 54/2009) e coordinato dall’Inail.
Il progetto ha valutato gli effetti tossici di alcuni NM di interesse occupazionale (nanotubi di carbonio, nanoparticelle di ossido di titanio e di ossido di cobalto) su cellule di organi bersaglio (polmone, cute e sistema cardiovascolare) dei NM stessi.

 

Programma strategico del Ministero della salute 2006 ‘Ambiente e salute’ e sottoprogetto ‘Metodologie innovative per la valutazione del rischio da esposizione occupazionale a nanomateriali’ (PMS40/2006)

L’Inail ha coordinato il progetto strategico di ricerca triennale che includeva il suddetto sottoprogetto.
Lo studio ha messo a punto un modello di studio in-vitro su linee cellulari umane per valutare gli effetti citotossici, genotossici ed ossidativi di NM (nanotubi di carbonio) opportunamente prodotti, caratterizzati e funzionalizzati per valutare i possibili meccanismi d’azione dei NM a livello cellulare e molecolare ed individuare indicatori di effetto precoce.

PEROSH Nano-Training

A partire dal 2021, il Dimeila coordina il progetto “Training on emerging risks in R&D and production of new and advanced materials and nanomaterials: providing systematic approaches to deal with uncertainties” nell’ambito del Network europeo PEROSH. Al progetto partecipano gli altri Istituti di ricerca europei di Danimarca (Nfa), Olanda (Tno) e Spagna (Insst) omologhi dell’Inail e una rete di altri partner nazionali e Europei (Airi, Sns, Imec, Nia e Tyndall). Il progetto intende realizzare un documento di indirizzo condiviso sugli strumenti di formazione armonizzati rivolti alle aziende e ai lavoratori del settore delle nanotecnologie, attraverso l’analisi degli approcci di comunicazione e delle esperienze di formazione in ambito Europeo, e il coinvolgimento degli stakeholders nel settore della salute e sicurezza sul lavoro, per affrontare i rischi emergenti nello sviluppo di nanomateriali e materiali avanzati.

 

NANoREG

Il Dimeila ha partecipato a un progetto europeo, iniziato nel 2013, nell’ambito del 7° Programma Quadro denominato A common European approach to the regulatory testing of nanomaterials (NANoREG), coordinato da Tom van Teunenbroek (Ministerie van Infrastructuur en Milieu, NL). Scopo del progetto era fornire le risposte necessarie all'industria, ai regolatori e ai legislatori a questioni legate alla sicurezza ambientale e per la salute dei NM, collegandole a una valutazione scientifica dei dati e dei metodi di prova. 

In questo contesto, nell’ambito delle attività del task 5.5 Inhalation toxicity modelling/in vitro, il laboratorio Rischio agenti cancerogeni e mutageni ha eseguito, in collaborazione con l’Istituto superiore di sanità, studi di genotossicità su cellule bronchiali umane (Beas-2B) esposte a 2 diverse forme di silice amorfa (NM200 e NM203) e 2 di NP di ossido di titanio (NM100 e NM101) fornite dal JRC (Joint Research Center) utilizzando condivise procedure operative standardizzate (SOPs) e condizioni sperimentali concordate che consentano di comparare i risultati ottenuti con quelli di altri partners che eseguono gli stessi test. 

 

NanoCode

Il Dimeila ha partecipato al Progetto finanziato dalla Commissione europea nell’ambito del 7° Programma Quadro denominato NanoCode, che si è concluso nel 2011 con il risultato di proporre l’implementazione del Codice di condotta europeo delle nanotecnologie e di definire raccomandazioni utili per promuovere la sua adozione, nell’ottica dello sviluppo responsabile della ricerca su nanotecnologie e nanomateriali.

Il Network nazionale per l’individuazione di misure di prevenzione protezione connesse con l’esposizione a nanomateriali in ambito lavorativo (NanOSH Italia) è stato istituito nel 2008 dall’Ispesl, come punto di riferimento nazionale per promuovere la collaborazione in un’ottica di sviluppo responsabile delle nanotecnologie, con i seguenti obiettivi principali: 

 

  • potenziare e consolidare a livello nazionale la collaborazione nell’attività di ricerca sui rischi da esposizione lavorativa a nanomateriali (NM), effettuando una ricognizione dei bisogni, delle priorità e delle possibilità di finanziamento;
  • sviluppare un approccio multidisciplinare alla valutazione del rischio promuovendo attività di ricerca integrate;
  • individuare strumenti idonei per lo sviluppo della comunicazione ed il trasferimento delle cooscenze nel settore.

 

Il primo risultato del network è stata la pubblicazione nel 2010 del Libro Bianco sull’esposizione a nanomateriali ingegnerizzati e gli effetti sulla salute e sicurezza dei lavoratori, in cui viene presentata una ricognizione dello stato dell’arte a livello nazionale e si analizzano le questioni chiave per lo sviluppo della ricerca nel settore.

A questa prima pubblicazione ne sono seguite altre due. Nel 2012 è stato pubblicato il volume di approfondimento tematico Dal Libro Bianco alle policies: la consultazione degli stakeholders, in cui vengono raccolti sia i risultati del processo di coinvolgimento dei principali stakeholder nazionali attivi nel settore della salute e della sicurezza sul lavoro, in particolare in materia di rischi emergenti e nanotecnologie, sia i differenti punti di vista dei soggetti politici ed istituzionali, delle imprese, della ricerca e dell’economia, che in Italia hanno, a diverso titolo, un ruolo chiave nello sviluppo delle nanotecnologie.

Nel 2013 la Commissione consultiva permanente per la salute e sicurezza sul lavoro, tra le proposte per una strategia nazionale di prevenzione degli infortuni sul lavoro e delle malattie professionali, ha inserito le attività del network ‘NanOSH Italia’ tra quelle utili per la predisposizione di strumenti di ausilio, come linee guida e buone prassi, destinate agli operatori interessati in materia di salute e sicurezza dei NM.

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