Ecotossicologia dei contaminanti emergenti e dei nanomateriali

L’unità di ricerca studia le risposte biologiche/tossicologiche di organismi acquatici e terrestri (invertebrati e vertebrati) ad impatti antropici e naturali inclusi i contaminanti ambientali emergenti e i nanomateriali.

Le risposte biologiche indotte da contaminanti ambientali sono studiate a diversi livelli di complessità biologica dalla molecola, alla cellula, al tessuto fino all’intero organismo attraverso lo studio di un ampio range di biomarcatori: dalla biotrasformazione/detossificazione cellulare come le fasi 0, I, II e III comprendente le proteine di trasporto ABC alla base del meccanismo di resistenza xenobiotica (MXR) e il sistema citocromo P450, alla neurotossicità, genotossicità, citotossicità fino ai disturbi nella riproduzione. A tal fine viene applicato un approccio ecotossicologico sistemico che esplora gli impatti a differenti livelli di organizzazione biologica per identificare meccanismi cellulari che determinano la tossicità dei contaminanti ambientali per il biota al fine di contribuire alla protezione degli ecosistemi naturali soggetti alla pressione antropica e ai cambiamenti naturali e globali (global changes).

In particolar modo le principali linee di ricerca sono incentrate su percorsi di tossicità di contaminanti classici come elementi in tracce, organo alogenati (POP), idrocarburi policiclici aromatici (IPA), orgafosforici (armi chimiche ed insetticidi) e composti carbammati, fino agli emergenti come gli interferenti endocrini, i prodotti farmaceutici e per la cura personale (PPCP) (es. fragranze al muschio) e i nanomateriali.

I modelli utilizzati vanno da colture primarie di invertebrati terrestri ed acquatici e linee cellulari di teleostei (es. RTG-2, PLHC-1 etc) fino agli organismi in toto (invertebrati e vertebrati terrestri ed acquatici) mediante sperimentazione in vitro, in vivo ed in situ. Una recente linea di ricerca verte sullo studio in vitro e in vivo degli effetti di nanoparticelle di biossido di titanio (n-TiO₂) in specie d'acqua dolce e marina con particolare attenzione alla tossicità in condizioni di co-esposizione a contaminanti classici a nota tossicità e meccanismo d’azione (Effetto Trojan horse).

Gli ambiti scientifici più investigati sono

• Biomonitoraggio per la valutazione dello stato di salute degli ecosistemi marini costieri salmastri e fluviali in termini di studio degli impatti antropici e degli effetti legati ai cambiamenti globali. Il biomonitoraggio si basa sull’applicazione di un approccio ecotossicologico integrato di analisi chimiche (residui di contaminanti) e risposte biologiche (biomarkers) in specie bioindicatrici.
  I principali casi di studio riguardano le aree portuali ed industriali a rischio chimico; i residuati bellici sui fondali marini; gli impianti di estrazione di gas off-shore, i rigassificatori a mare (GNL), piattaforme petrolifere e a gas e le raffinarie in-shore; le aree marine protette; le aree costiere in prossimità di inceneritori ed impianti di depurazione.
  Gli organismi bioindicatori principalmente utilizzati sono: mitilo Mytilus galloprovincialis, riccio di mare Paracentrotus lividus; triglia di fango Mullus barbatus e triglia di scoglio Mullus surmuletus, sogliola Solea vulgaris, spigola Dicentrarchus labrax, anguilla Anguilla anguilla.
  Le principali classi di contaminanti classici ed emergenti in studio sono gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), i policlorobifenili (PCB), diossine e furani, policlorodifenileteri (PBDE), metalli pesanti, fragranze sintetiche al muschio, tritolo, mustard gas, tensioattivi inclusi i nonilfenoli (p-nonilfenolo), ftalati, nanomateriali quali nanoparticelle metalliche (biossido di titanio, ferro), polistireni, nanotubi di carbonio.

• Meccanismi di tossicità di contaminanti emergenti e nanomateriali a livello della fase 0, I e II della biotrasformazione cellulare in linee cellulari ittiche immortalizzate (PLHC-1, RTG-2). I principali casi di studio riguardano l’interazione del sistema MXR e P450 con le fragranze sintetiche al muschio (synthetic musk fragrances, musk xylene, musk ketone, tonalide); il tritolo (TNT); il cadmio; le nanoparticelle di biossido di titanio (n-TiO2) singolarmente ed in combinazione con cadmio e 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCDD) (effetto Trojan horse).

• Test ecotossicologici standardizzati (OECD, ASTM, EPA) previsti dal REACH e di nuova generazione su invertebrati (Mytilus sp., P. lividus) e vertebrati marini (D. labrax) per lo studio della tossicità acuta e cronica di tensioattivi, elutriati di sedimento e nanomateriali ingegnerizzati per diverse applicazioni dal drug delivery alla bonifica di matrici acquatiche incluso quella marina (nanoremediation).

• Studio dei meccanismi di Assorbimento, Distribuzione, Metabolismo ed Eliminazione (ADME) di contaminanti persistenti, emergenti e di nanomateriali utilizzando modelli in vitro e in vivo. I principali casi di studio riguardano lo studio di nanoparticelle ingegnerizzate nello sviluppo del riccio di mare (P. lividus).

• Sicurezza e benessere degli animali allevati in acquacoltura. I principali casi di studio riguardano l’impatto tossicologico in specie ittiche marine dell’ambiente di allevamento (es. a terra e in maricoltura in-shore), della qualità della dieta (mangimi), dello stress da cattività.

• Adattamenti evolutivi a livello genico in risposta a pressione antropica di tipo chimico e fisico sia in ecosistemi temperati che antartici. I casi di studio principali sono l’espressione di geni resistenti dell’Acetilcolinesterasi (AChE) e l’over-espressione di alcune proteine di trasporto ABC (abcb1 codificante per la glicoproteina P, P-gp) in specie aliene ed alloctone e potenziale ruolo nella loro invasività.

• Ruolo degli xenobiotici nella patologia cellulare e tessutale in particolare nelle alterazioni del metabolismo ormonale e nella risposta immunitaria. I principali casi di studio riguardano l’interazione del p-nonilfenolo con la riproduzione umana, la produzione di citochine a livello placentare e la glicoproteina P (MDR).