Censer di Rovigo Sala RigolinCenser di Rovigo Sala Rigolin
Rovigo, 3 dicembre 2010
Il ruolo scientifico di ECSIN per uno sviluppo responsabile delle
t l inanotecnologie
Agenda
ECSIN
ECSIN e la valutazione del rischio dei nanomateriali
Missione e strategia scientificaMissione e strategia scientifica
Organizzazione (Settori)
Settore Ambiente
Settore SaluteSettore Salute
Strategia progettuale
Conclusioni
“Nano”, la “tecnologia del piccolissimo”: capiamo le dimensioni…p p
1 nanometro (nm) è uguale a un miliardesimo (0.000000001) di metro
Montagna Bambino Formica Batterio 5-10 Atomi
1 Kilometro 1 metro 1 millimetro 1 micrometro 1 nanometro
molecola di H2O: 0.1nm elica del DNA:circa 2 nm di diametro
Da K.M.Kulinowski, Nanotechnology “The Big Science of the Very Small”,
globulo rosso: circa 7000 nm di larghezzacapello umano:circa 80000nm di diametro
CBENCBEN
1 EURO cent... vs Pianeta Terra! 1mm... vs Milano-Taranto!
Nanotecnologia al servizio della società
Nanotecnologie sempre piu' presenti nelle applicazioni industriali e biomediche, come pure nella vita quotidiana: una crescita esponenziale
MEDICINA E SALUTE
TECNOLOGIADELL’INFORMAZIONE
ENERGIA
PRODUZIONESCIENZE DEI
CIBO, ACQUA E
MEDICINA E SALUTEMEDICINA E SALUTE
TECNOLOGIADELL’INFORMAZIONE
TECNOLOGIADELL’INFORMAZIONE
ENERGIA
PRODUZIONE
ENERGIA
PRODUZIONESCIENZE DEI SCIENZE DEI
CIBO, ACQUA E CIBO, ACQUA E INFORMAZIONE PRODUZIONE
E STOCCAGGIO MATERIALIQ
AMBIENTEINFORMAZIONEINFORMAZIONE PRODUZIONE
E STOCCAGGIOPRODUZIONE E STOCCAGGIO MATERIALIMATERIALI
QAMBIENTE
QAMBIENTE
STRUMENTI INDUSTRIA CELLE A COSMESI SPORTSTRUMENTISTRUMENTI INDUSTRIAINDUSTRIA CELLE ACELLE A COSMESICOSMESI SPORTSPORTSTRUMENTI E PROCESSI CHIMICA
CELLE A IDROGENO
STRUMENTI E PROCESSISTRUMENTI E PROCESSI CHIMICACHIMICA
CELLE A IDROGENOCELLE A IDROGENO
Nanotecnologia al servizio della società: ma quali rischi?q
E’ ormai opinione diffusa che la futura percezione e quindiE ormai opinione diffusa che la futura percezione, e quindi
l’accettabilità delle nanotecnologie da parte dell’opinione
pubblica dipenderà da una corretta e imparziale valutazionepubblica, dipenderà da una corretta e imparziale valutazione
dei rischi rispetto ai benefici che ci attendiamo
La valutazione del rischio da esposizione a nanomateriali: la ragione di ECSIN
All’interno di un quadro strategico complessivo ECSIN svolge attività diAll interno di un quadro strategico complessivo, ECSIN svolge attività diricerca e di trasferimento tecnologico sui rischi per la salute umana el’ambiente connessi all’uso delle nanotecnologie
Stima dell’esposizione Misura dell’impatto biologicoX(Popolazione generale, lavoratori ) (tossicità)X
Valutazione delValutazione del rischio dei
nanomateriali
Considerazoni sull’esposizione ambientale ed umana a nanomateriali: dove siamo?umana a nanomateriali: dove siamo?
Nanomateriali: possibili sorgenti di esposizione ambientale e sanitariaesposizione ambientale e sanitaria
Esistono già sul mercato internazionale gcentinaia di prodotti che incorporano materiali a livello di nanoscala
Numero di beni di consumo sul mercato contenenti nanoparticelle (2006 – 2009)
1200 379%
contenenti nanoparticelle (2006 2009)
803
10151000
1200
580 606
803
600
800
212 230321 356
475
400
600
212 230
0
200
0Mar 82006
Apr 222006
Sep 292006
Nov 262006
May 162007
Oct 22007
Feb 222008
Ago 212008
Ago 252009
Project on Emerging Nanotechnologies was established in April 2005 as a partnership between the WoodrowProject on Emerging Nanotechnologies was established in April 2005 as a partnership between the Woodrow Wilson International Center for Scholars and the Pew Charitable Trusts. http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/updates/
Stima della produzione mondiale di alcuni nanoprodotti (2007/2008 t/a)nanoprodotti (2007/2008, t/a)
5000
1230
5000
500500350
Nano Ag Nano TiO2 Nano Tubi Carb.
Müller N., Nanoparticles in the Environment Risk Assessment based on Exposure-ModellingWhat concentrations of nano titanium dioxide, carbon nanotubes and nano silver are we exposed to?, ETH Zurich, Department of Environmental Sciences, Empa - Material Science & Technology, St G ll (2007)Gallen (2007)
Un nuovo impianto pilota Bayer per la produzione di MWCNTper la produzione di MWCNT
La Bayer ha investito €22m ll’i i i ’ d d l2007:impianto pilota di
Gen 2010
nell’impianto piu’ grande del mondo con una capacità di 200 t/a di MWCNTs
i li ti il
2007:impianto pilota di Laufenburg (Baden-Württemberg (capacità 60 t/a) commercializzati con il nome
di Baytubes)
)
CHEMPARK, Leverkused, Germany.
http://www.chempark.com/index.php?page_id=3612
MWCNT:Alain Rochefort, CERCAMWCNT:Alain Rochefort, CERCA
…la concorrenza
Feb 2010
L’annuncio della Bayer viene fatto nella stessa settimana dellla concorrente Belga Nanocyl che ha annunciato un nuovo reattore per la produzione di nanotubi di carbonio per spingere la capacità produttiva a 400 t/a.
CNano con sede in California ma con produzione in Cina, riferisce online a di un impianto per la produzione di CNT di 500 t/a
S N tBi F t (Lif b t F d ti T h l R h N W b it )Source: NextBigFuture (Lifeboat Foundation Technology Research News Website )
Nanomateriali in prodotti di consumo presenti sul mercato(2008)
259300
consumo presenti sul mercato(2008)
259250
-- 33 in prodotti alimentari
150
200
7138 31 2950
100
38 31 29 18
0
50
to io io io o ro
argen
to
carb
onio
titanio
silici
o
zinco oro
Project on Emerging Nanotechnologies was established in April 2005 as a partnership between the Woodrow
http;//www.nanotechproject.org/inventories/consumer
Project on Emerging Nanotechnologies was established in April 2005 as a partnership between the Woodrow Wilson International Center for Scholars and the Pew Charitable Trusts.
Tipi di esposizione a nanoparticellenanoparticelle
Occupazionale/Lavoratori Preparazione di nanoparticelle su vasta scala (tonellate di nanotubi di carbonio, di nanoparticelle di argento e di biossido di titanio…), p g )
Nanoparticelle di argento: la piu’ vorticosa crescita industriale nanotecnologicacrescita industriale nanotecnologica
Per le sue spiccate proprietà antibatteriche il nanoargento è considerato la penicillina del 210secolo
Proprietà biologiche:
•Beni di consumo e tecnologia alimentare
•Industria tessile e igiene ambientale
• Applicazioni biomediche
Proprietà ottiche fisiche( non osservabili nell’argento micro):
d i l li i i di h• grande potenziale per applicazioni mediche (diagnostica, trasporto farmaci, imaging)
Microonde
Lavatrice Figoriferi Aspirapolvere DeumificatoreCondizionatore aria
TagliereContenitore Plastica
Tagliere
Pellicola con chiusura per alimenti Pentola
Piatti
Salviette umide
Dentifricio Bidet
Biberon Salviette umide
Da: nanoSì – www.nanosilver.it
Spazzolino da denti
Sapone
Prodotti per capelli Intimi Calze
Scarpe Prodotti di computer Cellulare
Prodotti igienici Parquet
Maniglie
Laminates Porte Shampoo
Da: nanoSì – www.nanosilver.it
Effetto “cavallo di Troia”delle nanoparticellep
Le formulazioni di nanoargento sembrano attraversare le barriereLe formulazioni di nanoargento sembrano attraversare le barriere biologiche cellulari costituendo una sorgente continua di rilascio di ioni argento
M E Quadros and L C Marr Silver ion exposure vs Trojan horse effectM.E. Quadros and L.C. Marr, Silver ion exposure vs. Trojan-horse effect. Environmental and Human Health Risks of Aerosolized Silver NanoparticlesJ. Air & Waste Manage. Assoc. 60:770–781
Rilascio di nanoargento da l t i i Sil Clavatrici SilverCare
Lavatrici Samsung SilverCare
Il rilascio di nanoargento è intenzionale e una caratteristica di queste apparecchiature
Le particelle di argento sono generate per “elettrolizzazione” delle piastre di argento poste all’interno della macchina (emessi 400 miliardi di ioni argento che penetrano i tessuti durante i cicli di lavaggio e di risciacquo finale)
2.75 mg di nanoargento sono
Hund-Rinke K, Marscheider-Weidemann F and M Kemper (2008).
g gintrodotti nei 55 L di lavaggio
40http://www.samsung.com/au/silvernano/site.html.
“Beurteilung der Gesamtumweltexposition von Silberionen aus Biozid-Produkten”. Forschungsbericht
Rilascio di nanoargento nell’acqua di lavanderianell acqua di lavanderia
Analizzati nove differenti tessuti inclusi differenti tipiAnalizzati nove differenti tessuti, inclusi differenti tipi di calzini commerciali anti-odore:
- La maggior parte delle particelle rilasciate eranoLa maggior parte delle particelle rilasciate erano relativamente grandi e provenivano dai tessuti durante il primo lavaggio
- Il rilascio variava da 1.3 a 35 % del totale di nanoargento nel tessuto
L.Geranio et al The Behavior of Silver Nanotextiles during Washing Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 8113–8118
Rilascio di nanoargento dalle facciate di edifici
Notevole rilascio di nanoargento durante gli
facciate di edifici
g geventi iniziali di runoff (massima concentrazione 145 μg/l Ag)
Dopo un anno piu’del 30% del nanoargento era rilasciato nell’ambienteAg Nano
Ralf Kägi, The European Network on the Health and Environmental Impact of Nanomaterials, NanoImpactNet, Lausanne, 10-11 March 2010
Coltivazione di riso usando tecnologia nano silvertecnologia nano silver
Nanocosmetici
•Biossido di titanio (TiO )•Biossido di titanio (TiO2)
•Ossido di zinco (ZnO)
Usando naoparticelle di 30nm, p ,Nanophase Technology ha creato un prodotto che blocca gli UV essendo completamente trasparente alla luce visibile
Rilascio di nanoparticolato da marmitte catalitiche
50
Pd nanoparticelle monodisperse 10-20nm
30
40
y [%
]
10
20
Freq
uenc
y
0
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Diameter of Pd particles [nm]
,Effects of palladium model nanoparticles emitted from catalytic
t th t ki l p [ ]
Dr Kerstin Leopold Technische Universität München
converters on the cytokine release from peripheral blood mononuclear cells of non atopic women, P. Boscolo et al. 2009 Technische Universität München
Garching
Nanoparticelle di ossido di cerio per marmitte catalitiche più efficientimarmitte catalitiche più efficienti
16 marzo 2005
Cerium oxide nanoparticles added to fuel as catalyst (m.p. 2600°C):
•migliorano il rendimento del motore
•favoriscono un risparmio sui consumifavoriscono un risparmio sui consumi
•danno luogo a una combustione più pulita del gasolio e delle scorie
•permettono l’ossidazione graduale dei depositi di carbonio accumulati•permettono l ossidazione graduale dei depositi di carbonio accumulati
nei motori.
Nanoparticelle in alimentiNanoparticelle in alimenti
La texana Rbc Life Sciences
Nanoparticelle di titanio biossido vengono usate per rivestire le tavolette di i l t i di La texana Rbc Life Sciences
ha prodotto Slim Shake, un frullato dietetico alla cioccolata che contiene
di cioccolato e impedire che affiori il bianco del burro di cacao.
cioccolata, che contiene particelle di silice (5nm)ricoperte di molecole di cacao e zucchero. L'enormecacao e zucchero. L enorme numero di nanoparticelle, sostengono alla Rbc, stimola le papille gustative come p p gaccade per i normali frullati, ma con una quantità di grassi e zucchero ridottissima.
Tipi di esposizione a nanoparticellenanoparticelle
Occupazionale/Lavoratori Preparazione di nanoparticelle su vasta scala (tonellate di nanotubi di carbonio, di nanoparticelle di argento e di biossido di titanio…), p g )
Ambientale/Popolazione generale, consumatoriAmbientale/Popolazione generale, consumatoriEmissione da marmitte catalitiche (Pt on Al203, CeO2…),cosmetici ( TiO2ZnO),industrie alimentari, (SiO2, Ag, TiO2 …)
Nanoparticelle in nanomedicinananomedicina
• farmaci
Carriers di: Gold Nanoshells
• radioisotopi al fine diagnostico e terapeuticoterapeutico
• fluorescenza per optical imaging100 nm gold deposited around a Silica Nanoshell
• mezzi di contrasto per MRI
• geni e antigeni
• assorbitori di raggi infrarossi es. Au
Tipi di esposizione a nanoparticellenanoparticelle
Occupazionale/Lavoratori Preparazione di nanoparticelle su vasta scala (tonellate dinanotubi di carbonio, di nanoparticelle di argento e di biossido di titanio…), p g )
Ambientale/Popolazione generale, consumatoriAmbientale/Popolazione generale, consumatoriEmissione da marmitte catalitiche (Pt on Al203, CeO2…),cosmetici ( TiO2 ZnO),industrie alimentari, (SiO2, Ag, TiO2 …)
Biomedica/PazientiTrasporto farmaci terapia genica diagnosi e terapia dei tumori (quantumTrasporto farmaci, terapia genica, diagnosi e terapia dei tumori (quantum dots (CdSe), supermagnetic Fe, Ag…)
L’esposizione a nanoparticelle è reale e crscenteè reale e crscente…
Questa notevole ed inarrestabile diffusione dei nanomateriali rappresenta un enorme potenziale per l’esposizione umana ed ilrappresenta un enorme potenziale per l esposizione umana ed il loro rilascio nell’ambiente
Necessità di misurare l’esposizione ambientale di nanoparticelle e nei luoghi di lavoronei luoghi di lavoro
Analisi del rischio da esposizione a nanomateriali:
All’interno del quadro strategico complessivo ECSIN svolge attività diAll interno del quadro strategico complessivo, ECSIN svolge attività diricerca e di trasferimento tecnologico sui rischi per la salute umana el’ambiente connessi all’uso delle nanotecnologie
Stima dell’esposizione Misura dell’impatto biologicoX(Popolazione generale, lavoratori ) (tossicità)X
Valutazione delValutazione del rischio
Considerazioni sulla potenziale tossicità dei nanomateriali ingegnerizzati: perché sono g g pdi particolare interesse per il tossicologo?
Parametri dosimetrici determinanti il responso tossicologico di macro micro e nanomaterialitossicologico di macro-, micro-, e nanomateriali
Pericolo: the dose Parametri dosimetrici:
Paradigma classico (macro-, micro materiali)
e co o t e dosedetermina l’effetto tossico
MassaVolume
Paracelsus, Father of toxicology
Paradigma nanomaterialiParadigma nanomateriali
Pericolo: la dose determina l’effetto tossico
X
Parametri chimico-fisici determinanti il responso tossicologico di nanomateriali
Dispersione inNumero e
p g
Dispersione in• gas (aerosols)• liquidi (es. geli, ferrofluidi)• solidi (es materiali matrici)
dimensioni
• solidi (es. materiali matrici)Stato di aggregazione
Forma, struttura•Singole particelle
•Aggregati
,• sfere, aghi, dischi,tubi•cristallinità•porosità
Modifica di superficie
•Agglomerati •porosità
Area e carica Modifica di superficie•Non trattate (come ottenute dal processo di produzione)
Area e carica superficiale
•Rivestite (es. coniugate, film polimerici))•“Core” o gusci (es sfere, capsule)
Paradigma dimensione-area superficiale-reattività di nanoparticelle
Dimensione Area superf. Reattività
reattività di nanoparticelle
NANOMATERIALIRepeat 24 times
NANOMATERIALI
From 5 cm3 - about 1,7 cm per side – of a material divided 24 timessmaller cubes are produced Distributed as monolayer they can cover asmaller cubes are produced. Distributed as monolayer they can cover a football ground
Regolamentazione: protezione dei lavoratoridei lavoratori
Direttiva quadro 89/391/EECq
Altre direttive: 89/656/EEC, 98/24/EC, 1999/38/EC
Gli standards attuali sono basati sulla massa di particelle inalateGli standards attuali sono basati sulla massa di particelle inalate
Tuttavia, per le NP la massa non sembra essere il fattore più importante riguardo agli effetti biologici
Più importanti sono il numero e le dimensioni delle particelle, la superficie attiva e il modo di esposizione
La protezione dei lavoratori contro potenziali rischi da esposizioni a lungo termine a NP necessita urgenti ricerche nanotossicologiche
Ref. The Royal Society and Royal Academy of Engineering; European Commission SCENIHR
Il potenziale impatto ambientale e sanitario dei nanomateriali
P d i di t i li
sanitario dei nanomateriali
Produzione di nanomateriali ingegnerizzati Nanoparticelle
ambientaliNanoparticelle ambientali
RilascioEsposizione
Salute umana Ambiente
•Compartimenti ambientali(aria acqua sedimenti suoli
•Popolazione generale•Consumatori•Lavoratori (aria,acqua,sedimenti, suoli,
fanghi di depurazione)•Biota
Lavoratori•Pazienti
L’urgente necessità di una nanotossicologiauna nanotossicologia
E i t l it ' di i tifi h t tt dibiliEsiste la necessita' di conoscenze scientifiche accurate, attendibili ed imparziali sui benefici, ma anche sui rischi di questa nuova tecnologia
Per rispondere a tale esigenza, e' nata una nuova disciplina: la nanotossicologia
La valutazione del rischio dei nanomateriali: il core business di ECSIN
Ricerca Gestione del rischioValutazione del rischio
Identificazione del pericolo(tossicità)
Decisioni legali(agenzie)
Nanotossicologia
Valutazione dose - risposta(Relazione tra dose e incidenza nell’uomo)
Estrapolazione da alte a basse dosi, da animale )
Stima dell’esposizione(Popolazione generale
all’uomo
Misure in campo (Popolazione generale, lavoratori )
p
Caratterizzazione del rischio
Analisi del rischio da esposizione a nanomateriali: dove siamo?
Id tifi i d l i l Alcune evidenze
V l t i d i t
Identificazione del pericolo(tossicità)
Alcune evidenze(tests di tossicità)
Valutazione dose ‐ risposta(Relazione tra dose e incidenza nell’uomo)
Nessuna informazione
Stima dell’esposizione(Popolazione generale, Pochissimi dati
lavoratori )
Caratterizzazione del rischio
Caratterizzazione del rischio
?del rischiodel rischio
L’approccio scientifico per la valutazione del rischio sanitario da esposizione a nanoparticelle
Dati di origine Animali in vivo +
p p
gumana
Cellule umane in it + +
Cellule animali init + + + + + vitro + +vitro + + + + +
Sviluppo sostenibile delle nanotecnologie: un severo divario…nanotecnologie: un severo divario…
Un severo divario…
Sviluppo e produzione dei nanomateriali
Effetti ambientali e i i d i nanomaterialisanitari dei
nanomateriali
nanotossicologia
Agenda
ECSIN
ECSIN e la valutazione del rischio dei nanomateriali
Missione e strategia scientificaMissione e strategia scientifica
Organizzazione (Settori)
Settore Ambiente
Settore SaluteSettore Salute
Strategia progettuale
Conclusioni
Missione di ECSIN
Seguire le più avanzate prospettive di ricerca relative all’impatto delle nanotecnologie sull’ambiente, sulla salute umana e sulla società al fine di trasferire questo know how verso il mondo politico ed economico per l’adozione di policy normative e standardp p y
Rispondere alle esigenze delle imprese delle agenzie pubbliche eRispondere alle esigenze delle imprese, delle agenzie pubbliche e degli investitori sulla ricerca di sistemi di rilevamento e di standard di misurazione sugli effetti dei nanomateriali e delle nanoparticelle su ambiente e saluteambiente e salute
Ritorno considerevole in termini di attrazione di conoscenze scientifiche e professionali di alto livello
Stimolo per la nascita di nuova imprenditorialità innovativa.
Unicità di ECSIN
ECSIN: unico laboratorio specialistico a livello italiano – e uno deiECSIN: unico laboratorio specialistico a livello italiano e uno dei pochi a livello europeo – a studiare gli impatti che le nanotecnologie potrebbero avere sulla salute umana, sull’ambiente e sulla società
A bi tSalute umana Ambiente
Società (CIGA)
SWCNT: Vicent H. Crespi, University of Pennsilvania
VenetoNanotech:piattaforme tecnologiche e sinergie scientifiche
La struttura organizzativa è articolata in tre Business unit (Nanofab, Ecsin eLaNN) che corrispondono a tre diverse Aree tecnologiche: Materiali e processi,Ri k A tRisk Assessment e Nanodispositivi
Civen (Ricerca) • All’interno delle Diverse Aree si
NANOFABLANN ECSIN
M t i li iDi iti i M it i
Veneto Nanotech (Trasferimento tecnologico) sviluppano le Piattaforme tecnologiche grazie ll liMateriali e processiDispositivi Monitoraggio
e Risk Assessment
Polimeri nanostrutturati Monitoraggio nps in ambiente
Metamateriali
alle quali vengono poi sviluppate le specifiche applicazioni al
Ingegneria delle superficiNanofabbricazione
Testing in vitro-in vivo
Funzionalizzazionebiologica di npsFunzionalizzazione
Metamateriali ppmercato.
• Tale struttura consente di
Metallurgia delle polveri
Sensori chimici e biologiciottica di nps consente di
massimizzare le sinergie tecnico‐scientifiche e di
Misure, caratterizzazioni e cerificazioni
realizzare applicazioni all’avanguardia
La ricerca ad ECSIN
RICERCA DI BASE (orientata) RICERCA APPLICATA
•Sviluppo di metodologia
RICERCA PRENORMATIVA
•Meccanismi cellulari e molecolari
•Sviluppo e validazione
.
• Indirizzare i metodi di
Servizi per le aziendeSviluppo di metodologia di risk assessment per le nanotecnologie (esposizione,i didi metodi innovativi per
l’analisi del profilo tossicologico
produzioni sicure di NPs (screening tests di tossicità e profili di nanotossicità
vie di esposizione,.biomarkersdi esposizione, destino delmateriale di esposizione)
mediante batterie di saggi di tossicità, a seconda dell’esposizione e dell’utilizzo del prodotto nanotecnologico)
ate a e d espos o e)
•Attività di pre‐certificazione.
del prodotto nanotecnologico).
Trasferimento tecnologicoTrasferimento tecnologicoimprese per: ‐monitoraggio dispersioni e concentrazioni di NPs nell’
ambiente‐testing e valutazioni di biocompatibilità di NPs e‐testing e valutazioni di biocompatibilità di NPs e nanostrutture ‐sintesi di NPs per utilizzo biologico (nanomedicina,
organi normativi
La ricerca ad ECSIN
Approccio La caratterizzazione del rischio richiede:
• informazioni sull’entità con cui uomo edRisk oriented(ricerca di base/ prenormativa
• informazioni sull entità con cui uomo ed ambiente possono venire in contatto con I nanomateriali (esposizione)
•Conoscenza delle proprietà tossicologiche dose‐dependenti (hazard)
Approccio Effetti of coatings, funzionalizzazioni e differenti metodi di preparazione su unoIndustry oriented
(ricerca applicata)differenti metodi di preparazione su uno sviluppo e una produzione ssostenibile di nanomateriali da parte delle industrie
ECSIN: ricerca prenormativa
ECSIN intende creare i presupposti che invece di frenare l’innovazione le siaECSIN intende creare i presupposti che invece di frenare l innovazione le sia favorevole
Ciò presuppone una più efficace articolazione tra definizione delle norme eCiò presuppone una più efficace articolazione tra definizione delle norme e sviluppo scientifico e tecnico, e una più efficace sensibilizzazione dei responsabili della progettazione delle norme e degli utilizzatori di queste l lultime, soprattutto le PMI
ECSIN intende fornire supporto scientifico‐tecnico ad una politica di qualità in cui le norme dovrebbero costituire uno strumento essenziale.
Ciò allo scopo di promuovere un più celere, sicuro e mirato sviluppo di nanomateriali, facilitare l’analisi del rischio e generare dati utili per gli organi normativiorgani normativi.
La ricerca ad ECSIN è in linea con una risoluzione del parlamento Europeo…risoluzione del parlamento Europeo…
PARLAMENTO EUROPEOCommissione per l'ambiente, la sanità pubblica e la sicurezza alimentare 2004-2009
24 April 2009 RISOLUZIONEsugli aspetti normativi in tema di nanomateriali (2008/2208(INI))
Il Parlamento ha votato una severa risoluzione che rovescia la posizione della Commissione sulle nanoparticelle e spinge l’esecutivo europeo a legiferare in modo da mettere al bando il esecutivo europeo a legiferare in modo da mettere al bando i nanomateriali, in campo cosmetico e alimentare
…alcuni passi della risoluzione del Parlamento Europeo
6…. invita la Commissione a proporre la revisione di tutta la legislazione pertinente entro la fine del 2009 al fine di attuare pienamente il principio della commercializzazione solo previa disponibilità dei dati ("no data, no market") per tutte le applicazioni dei nanomateriali nei prodotti di consumo o in prodotti chetutte le applicazioni dei nanomateriali nei prodotti di consumo o in prodotti che vengono in seguito rilasciati nell’ambiente;
8….reitera la sua richiesta di un'etichettatura dei prodotti di consumo contenenti nanomateriali;
9…. chiede l'urgente messa a punto di protocolli di sperimentazione d l l h d l dadeguati per valutare il rischio di esposizione ai nanomateriali durante tutto il loro ciclo di vita, in base ad un approccio pluridisciplinare
ECSIN: le collaborazioni venete
SETTORE AMBIENTE SETTORE SALUTE
Analisi in vitro per la
valutazione della tossicità
Analisi di nanoparticelle in matrici liquide ed
in aria
Analisi dell’impatto nel ciclo di vita di prodotti
contenenti nanoparticelle
ATTIVITA’ECSINdella tossicità
dei nanocompositi
su cellule
in aria nanoparticelle
‐Ospedale di TrecentaUniVE UniVR CRIBI‐ p‐Ospedale di Rovigo‐Dipartimento di Farmacia UniPD
Analisi in vivo (optical imaging e studi su
animali).È stato presentato a
UniVE
Caratterizzazione di nanoparticelle in matrici
ambientali, test ecotossicologici e Collaborazioni
UniVR CRIBIUniPD
Biologia È stato presentato a febbraio 2010 un
progetto alla Fondazione CariVerona di
nanomedicina in cui
ecotossicologici e valutazione della loro pericolosità ambientale
Utilizzo attrezzature e competenze per analisi complementari di biologia molecolare
cellulare, test microbiologici, genomica funzionale
ECSIN svolge attività di supporto per la nanotossicologia
Agenda
ECSIN
ECSIN e la valutazione del rischio dei nanomateriali
Missione e strategia scientificaMissione e strategia scientifica
Organizzazione (Settori)
Settore Ambiente
Settore SaluteSettore Salute
Strategia progettuale
Conclusioni
Campi di attività di ECSIN
Nanomedicina
(supporto)
Salute umana Ambiente
Società (CIGA)
Risk assessment/Life Cycle e legislazione
Unità ECSINOrganizzazione di ECSIN
S tt iSettori Direzione scientifica
SegretariatoAree
NANOMEDICINASALUTE RISK AMBIENTE NANOMEDICINA(supporto, CIVEN)
SALUTE ASSESSMENTAMBIENTE
Econanotossicologia Microscopia Modelling eLegislazione
Trasportomolecole
MonitoraggioMicrobiologia Contatti con
le industrieBiocompatibilità
Test di tossicità
Biologiamolecolare
Attività di ECSIN
ECSIN: unico laboratorio specialistico a livello italiano – e uno deiECSIN: unico laboratorio specialistico a livello italiano e uno dei pochi a livello europeo – a studiare gli impatti che le nanotecnologie potrebbero avere sulla salute umana, sull’ambiente e sulla società
A bi tSalute umana Ambiente
Società (CIGA)
SWCNT: Vicent H. Crespi, University of Pennsilvania
Settore Ambiente:obiettivi
Valutazione della concentrazione
delle nanoparticelle
ingegnerizzate in matriciingegnerizzate in matrici
ambientali liquide e solide
(acque, terreni, biota) e del loro
rilascio da prodotti commerciali
l d l lValutazione del loro
comportamento in diverse
condizioni ambientalicondizioni ambientali
•Risk Assessment e Life Cycle
Impact di prodotti contenenti
nanoparticelle
Settore Ambiente: attività
Caratterizzazione
Sviluppo e validazione di
metodi di estrazione,
frazionamento e
Frazionamento
chimicafrazionamento e
caratterizzazione di
nanoparticelle in matrici
ambientali con tecniche stand dimensionale Analisi dimensional
e
ambientali, con tecniche stand
sole od accoppiate
(FFF + ICP‐MS)
Caratterizzazione fisica e morfologica
Caratterizzazione completa
di nanoparticelle (size
di t ib i t ti l morfologica(in collaborazione con CIVEN)distribuzion, z potential,
surface area, chemical
composition) in supporto agli
di di i l istudi di nanotossicologia
Saggi di eco‐nanotossicità
delle nanoparticelle in specie
acquatiche e terrestri.
Settore Ambiente:strumentazione
La strumentazione disponibile nel laboratorio ambientale di ECSIN è dipavanguardia e fortemente complementare con quella già presente presso lealtre facilities del distretto
Consente di effettuare la caratterizzazione chimico-fisica delle nanoparticelleingegnerizzate, e la valutazione dei parametri ambientali più significativi perlo studio del comportamento ambientale delle nanoparticelle stesse.
N l l b t i di hi i liti bi t l t t i hNel laboratorio di chimica analitica ambientale verranno messe a punto tecnicheanalitiche specifiche per le nanoparticelle, che saranno applicate anchenell’ambito degli studi nanotossicologici.
Settore Ambiente:strumentazione
Spettrometro di massa accoppiato induttivamente
interfacciato con sistema di frazionamentoinduttivamente
al plasma (ICP-MS)frazionamento a flusso di campo(AF4)
Cromatografo Analizzatore di Dynamic light scattering ed Analizzatore digionico carbonio e azoto
Dynamic light scattering ed analizzatore di potenziale z
Analizzatore di area superficiale
Settore Ambiente:collaborazioni
Ambiti di ricerca
Partners coinvolti
Studi Università di Venezia Dipartimento di S i A bi t liStudi
ecotossicologiciScienze Ambientali
Università di Padova Dipartimento di Biologia
U i ità d l Di ti t di S i d ll’A bi t d ll VitUniversità del Piemonte Orientale
Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della Vita
Valutazione dei rischi
Università di Chieti Dipartimento di Medicina e Scienze dell'Invecchiamento
rischi occupazionali in realtà produttive
Università di Modena Dipartimento di Scienze di Sanità PubblicaUniversità di Parma Dipartimento di Clinica Medica, Nefrologia e Scienze
della PrevenzioneUniversità Tor VergataUniversità di Verona Dipartimento di Sanità Pubblica e Medicina di
Comunità
Sviluppo di Università di Venezia Dipartimento di Sviluppo di tecniche analitiche innovative(es
pScienze Ambientali
Università di Ferrara
Ist Superiore Sanità
Dipartimento di Chimica
innovative(es. ifenate)
Ist. Superiore Sanità
Attività di ECSIN
ECSIN: unico laboratorio specialistico a livello italiano – e uno deiECSIN: unico laboratorio specialistico a livello italiano e uno dei pochi a livello europeo – a studiare gli impatti che le nanotecnologie potrebbero avere sulla salute umana, sull’ambiente e sulla società
A bi tSalute umana Ambiente
Società (CIGA)
SWCNT: Vicent H. Crespi, University of Pennsilvania
Vie di ingresso di nanoparticelle nel corpo umano
Inalazione Iniezione
A t CircoloApparato respiratorio
Circolo ematico
Ingestione Contatto diretto
Apparatodigerente
Via cute
Distribution of SWCN in rat by radioactive tracer I-125 with administration modeswith administration modes
Zhen Chen et. al., Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences Beijing presented atChinese Academy of Sciences, Beijing, presented at NAMLS8, April 17-21, Rio Jaineiro, Brasil
Possibili organi bersaglio e relativi effetti tossici di NP
• Cervello: neurotossicità
• Cute: fototossicità
• Cuore: cardiotossicitàuo a d o o à
• Fegato: epatotossicità
• Rene: nefrotossicità
• Intestino: tossicità della barriera epiteliale• Intestino: tossicità della barriera epiteliale
• Sistema riproduttivo: embriotossicità,t t i i f tilitàteratogenesi e infertilità
• Sangue: ematotossicità
Ricerca nanotossicologica e problemi etici: studi in vitro e/o in vivo ?etici: studi in vitro e/o in vivo ?
La nanotossicologia porterà ad un aumento nell’uso degli animaliLa nanotossicologia porterà ad un aumento nell uso degli animali nella ricerca relativa agli effetti biologici delle NP indirizzata alla valutazione del rischio.
Problemi etici dovuti alla Direttiva 86/609/EEC
Quando l’approccio in vitro ?
...per studi sistematici di tossicità e studi
Quando l approccio in vitro ?
meccanicistici.
Quando l’approccio in vivo ?Q pp
…per scopi specifici e ben definiti come nelcaso di biocinetiche ed identificazione dicaso di biocinetiche ed identificazione diorgani bersaglio.
ECSIN: modelli in vitro e collaborazioni
REPRODUCTIVE TOXICITY
‐ SpermiotoxicityIst. Sup. Sanità
UniSi, UniPg, UniVa
CHRONIC TOXICITY
Rabbit sperm
SpermiotoxicityEmbryotox/Teratogeniciy CesI(UniCh), CNR Pisa,
Park Cientific, Barcelona
-‐Specificity of barriers ‐ Repeated dose/ long term toxicity
IMMUNOTOXICITYModulation of:‐production of cytokinesexpression of receptors
Rabbit spermFETAX
TOXICOKINETICSCaco2
Blood (PMBC)Cytosol other tissues
‐ expression of receptorsTOXICOKINETICS-Uptake‐Intracellular distribution‐Binding biocomponents
GENOTOXICITY/CARCINOGENICITY
-Genotox./Non genotox.carcinogens
EPITHELIAL BARRIERS
Passage of
INFN UniMILENA UniPV
Balb/3T3
‐Human‐besed model (autophagy)‐Toxicogenomics
Passage ofBlood‐Brain BarrierBlood‐Testis‐Barrier RBMEC‐RGC
UniPv Univ ArtoisUAB B l C IBalb/3T3UBC Stem cells
UniPv, Univ ArtoisLens
UAB,Barcelona, CesI (Univ.Chieti)
ECSIN : modelli in vitro e collaborazioni
RENAL TOXICITY
UniPv, UniCh, UniVa, PHOTOTOX.
RENAL TOXICITY
‐LLC‐PK1 (prox. tubule)‐MDCK (distal tubule)
HEPATOTOXICITY
- Primary human
Mainz University
ENDOTHELIU
3T3NRU
-‐Primary human hepatocytes‐HepG2
ENDOTHELIUM TOXICITY
-HUVEC‐co‐culture
TOXICOKINETICS
NEUROTOXICITYSKIN
TOXICOKINETICS‐Uptake‐Intracellular distribution‐Binding biocomponents
INFN UniMiLENA UniPV
Primary rat:‐ astrocytes‐neurons‐microglia PULMONAR
INTESTINAL
SKIN TOXICITY‐Episkin‐HaCat
microglia PULMONARYTOXICITY‐A549‐Calu3
TOXICITY
CaCo2ITB‐ CNR Mi,NIEH USA,
University of Leuven
Calu3Shanxi Univ.
Ist. Sup. SanitàUniv Tor Vergata, UniPr,UniVr
Ricerca applicata: servizio per le aziende
Caratterizzazione delle Nanoparticellechimicofisica, sterilità, induzione cell‐free di ROS
Fase I
Fase 0
Test di vitalità in vitro a breve /medio termine (vasto range di conc.), LD50
Fase I
VitalitàCancerogenesi
IN CELLULE SPECIFICHEA SECONDA DELL’ESPOSIZIONE
Test di genotossicitàGenotossicità
SI NO Test di cancerogenicità
IN CELLULE standard
Fase IITossicità sub letale:Tossicità sub‐letale:
A seconda delle caratteristicheed utilizzo, diverse batterie di
analisi
Stress ossidativoAlterazione stress‐related genesCitochine pro‐infiammatorieDifferenziamento
IN CELLULE SPECIFICHEA SECONDA DELL’ESPOSIZIONE
analisi Differenziamento
Fase III
In caso di scelta sbagliata‐dei modelli cellulari‐del range di concentrazione
In vivo ADME, cinetica, tossicitàOPZIONALE
ECSIN:interdisciplinarità e organizzazione della ricercananotossicologicananotossicologica
TASK 1Caratterizzazione
TASK 2 Comportamento nei
TASK 3Profili/meccanismi di
TASK 4Bio-persistenza e Caratterizzazione
chimico-fisica e morfologica
Comportamento nei comparti ambientali
e mezzi biologici
Profili/meccanismi di tossicità
in vitro / in vivo
Bio persistenza e morfologia
Competenze necessariep
Chimica, fisica, scienza dei materiali, biochimica, fisiologia. tossicologia, biologia molecolare, medicina occupazionale, tossicologia, biologia molecolare, medicina occupazionale,
medicina, patologia…
Modelli meccanicistici rilevanti per l’analisi del rischio
Forte interdisciplinarità
Tecniche analitiche per la ricerca nanotossicologicag
Spettrochimiche(GF-AAS, ICP-MS, NMR)
Nucleari, radioanalitiche(NAA, radiotraccianti) (GF AAS, ICP MS, NMR)(NAA, radiotraccianti)
Nanotossicologia ad Nanotossicologia ad Microscopia(SEM, TEM, AFM)gg
ECSINECSINBiologia molecolare(Comet/MN assays)(Comet/MN assays)
Elettrochimiche(Polarografia)(Polarografia)
BioanaliticheFiltrazione su geli, Filtrazione su geli, ultrafiltrazioneultrafiltrazione, ,
t if i diff i lt if i diff i l (Polarografia)(Polarografia)centrifugazione differenziale,centrifugazione differenziale,cromatografia a scambio ionicocromatografia a scambio ionico
Settore Salute:strumentazione
La strumentazione presente nel laboratorio dell’area salute di ECSIN è stata selezionata perrispondere alle esigenze dei progetti di ricerca con l’obbiettivo di valutare il profilop g p g ptossicologico di nanoparticelle e nanomateriali a contatto con cellule umane ed animali.Oltre alla strumentazione di base per colture cellulari, biologia cellulare e biologiamolecoalre, vanno annoverati:
Real Time - PCRMicroscopio confocale
Citofluorimetro con cell sorter
Microscopio Elettronico a Trasmisione
ECSIN:una grande opportunità
Un singolo laboratorio dedicato esclusivamente alla ricerca nanotossicologia difficilmente è in grado di sopportare i costi di apparecchiature moltodifficilmente è in grado di sopportare i costi di apparecchiature molto costose di avere uno staff con competenze differenziate atte a coprire tutta la multidisciplinarità
Gli studi nanotossicologici sono per lo più condotti in laboratori specialistici. Il rischio è spesso un’”illogica concorrenza“ poiché, se non coordinata, porta a p g p pduplicazioni di esperimenti, ad uso di diverso protocolli di esposizione e quindi ad una frammentazione della ricerca nanotossicologica
La quantità di lavoro da svolgere in questo campo è enorme ed esige un minimo di coordinazione per evitare sprechi in termini di finanziamenti e di risorse umane a livello nazionale. ECSIN vuole articolarsi al suo interno con referenti che coordinino i settori di i i il i d ll l iricerca concernenti uno sviluppo sicuro delle nanotecnologie
Agenda
ECSIN
ECSIN e la valutazione del rischio dei nanomateriali
Missione e strategia scientificaMissione e strategia scientifica
Organizzazione (Settori)
Settore Ambiente
Settore SaluteSettore Salute
Strategia progettuale
Conclusioni
Agenda
Background:ECSIN e la valutazione del rischio dei nanomateriali
Missione e strategia scientifica
Organizzazione interna (Settori)
Settore Ambiente
S tt S l tSettore Salute
Strategia progettuale
Conclusioni
ECSIN:partnership in EU projects
• P09 Development of sustainable solutions for nanotechnology-based products based on hazard characterization and LCA, EU-FP7, in corso
• P10 Development of reference methods for hazard identification, risk assessment and LCA of engineered nanomaterials, EU-FP7, fase di negoziazione
• P13 QNano EU-FP7 Infrastructure, in corso di negoziazioneP13 QNano, EU FP7 Infrastructure, in corso di negoziazione
• P29 EUROpean network of trans-national collaborative RTD projects in the field of NANOMEDicine EU FP7; ERANET 2nd callprojects in the field of NANOMEDicine, EU-FP7; ERANET,2nd call e valutazione progetti in corso
ECSIN: in house projects
N ti ll P tt S ttNanoparticelle Progetto Settore applicativo
Ag metallico Sicurezza Molti. Progetto Ag metalliconanoargento
gpilota
Ni metallico Allergia anickel
Industria chimicanickel
Fe metallico Rimozione inquinanti
Disinquinamento aree contaminate
Boro BNCT Terapia tumori cerebrali
Quantum dots Progetto UniVerona Imaging
ECSIN: action plan
2010
I°semestre II° semestre
2011
I°semestre II° semestre
2012
I°semestre II° semestre
Svil
up
po
la
bo
rato
rio
Realizzazione lavori infrastrutturali
Acquisto strumentazione di laboratorio,acquisizione di pe on le
Completamento laboratorio
Sd
el personale
p
Inaugurazione Laboratorio
Progetti di ricerca FP VII° Nanosustain Nanovalid
Att
ivit
à
di ri
cerc
a
Progetti di ricerca FP VII Nanosustain, Nanovalid…
Avvio di progetti in house e altri in fase di approvazione
log
ico
Avvio di progetti in house e altri in fase di approvazione
Att
ivit
à d
i m
en
to t
ecn
ol
à
Avvio di progetti di trasferimento tecnologico
Atr
asf
eri
m Avvio collaborazioni con Università e centri di ricerca
Giornata di incontro con imprese e investitori
Agenda
ECSIN
ECSIN e la valutazione del rischio dei nanomateriali
Missione e strategia scientificaMissione e strategia scientifica
Organizzazione interna (Settori)
Settore Ambiente
Settore SaluteSettore Salute
Strategia progettuale
Conclusioni
Nanotecnologie al servizio dei cittadini per soddisfare le loro necessitàsoddisfare le loro necessità
Sviluppo sostenibile e sicuro delle nnanotecnologiennanotecnologie
=
Produzione di nanomateriali innovativi
+ nanotossicologia + società+ nanotossicologia + società
La nanotossicologia non deve essere considerata un freno all’innovazione, ma piuttosto una parte essenziale per creare i presupposti che le siano favorevolicreare i presupposti che le siano favorevoli
Il ruolo di ECSIN nello svilupposostenibile delle nanotecnologiesostenibile delle nanotecnologie
Un severo divario…
Sviluppo e produzione dei nanomateriali
Effetti ambientali e i i d i nanomaterialisanitari dei
nanomateriali
ECSINECSIN
nanotossicologia
Nanotox DayPavia, Centro Congressi IRCCS Fondazione Salvatore Maugeri
8 ottobre 2010
La Società Italiana di Nanotossicologia SIN
/
La Società Italiana di Nanotossicologia-SIN
www.sona‐it.org/
SIN: missione e finalitàSIN: missione e finalità
In quest’ottica, la Societa' Italiana di Nanotossicologia (SIN) si propone come punto di riferimento per la valutazione dell’impatto delle nanotecnologie sull’ambiente e la salute dal punto di vista della:
Ricerca scientifica Innovazione industriale Legislazione
ECSIN e SIN:una medesima visione verso i nanomaterialiverso i nanomateriali
I nanomateriali non devono essere considerati né “nano angeli” né “nano demoni”né nano-angeli né nano-demoni .
Revolutionary nanotechnology waves
Regione del Veneto ECSIN DAY
A nome di tutto lo staff di ECSIN iCassa di
Risparmio di A nome di tutto lo staff di ECSIN i ringraziamenti per ilfondamentale supporto alla
i di t tt di i
Risparmio di Padova e Rovigo
creazione di una struttura di ricerca scientifica unica a livello nazionale, a testimonianza di una sensibiltà che includa nella ormai avviata rivoluzione nanotecnologica la tutela ambientale sanitaria ed il
Provincia di Rovigo
tutela ambientale,sanitaria ed il rispetto dell’opinione pubblica!
Camera di C iCommercio di Rovigo
Thank you for your attention
Veneto Nanotech s.c.p.a.via San Crispino 10635129 Padova, Italy
Laboratorio ECSINviale Porta Adige 45 45100 Rovigo, Italy
Tel. +39 049 7705500Fax. +39 049 7705555
info@venetonanotech it
45100 Rovigo, ItalyTel. +39 0425 377 511 Fax +39 0425 377 555
[email protected] [email protected]
www.ecsin.eu