Una nuova ricerca sulla risposta molecolare alle nanoparticelle rivela il potere della nanoinformatica

29 maggio 2023 (Notizie Nanowerk) I ricercatori hanno scoperto un nuovo meccanismo di risposta specifico all'esposizione a nanoparticelle che è comune a più specie. Analizzando un'ampia raccolta di set di dati riguardanti la risposta molecolare a nanomateriali, hanno rivelato un meccanismo epigenetico ancestrale di difesa che spiega come diverse specie, dagli umani alle creature più semplici, si adattano a questo tipo di esposizione. Il progetto è stato guidato dal Dottorato di Ricerca Giusy del Giudice e dal Professor Dario Greco presso il Finnish Hub for Development and Validation of Integrated Approaches (FHAIVE), Università di Tampere, Finlandia, in collaborazione con un team interdisciplinare proveniente da Finlandia, Irlanda, Polonia, Regno Unito, Cipro , Sud Africa, Grecia ed Estonia, incluso il professore associato Vladimir Lobaskin della UCD School of Physics, University College Dublin, Irlanda. Il documento è stato pubblicato in Natura Nanotecnologia (“Una risposta molecolare ancestrale al particolato nanomateriale”). Il direttore di FHAIVE, il professor Greco, ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato per la prima volta che esiste una risposta specifica alle nanoparticelle, ed è collegata alle loro nano-proprietà. Questo studio fa luce su come varie specie rispondono al particolato in modo simile. Propone una soluzione al problema di una sola firma chimica, limitando attualmente l'uso della tossicogenomica nella valutazione della sicurezza chimica.

La biologia dei sistemi incontra la nanoinformatica

Il professore associato Vladimir Lobaskin, esperto di biosistemi nanostrutturati, ha dichiarato: "In questo importante lavoro di collaborazione, il team guidato dall'Università di Tampere e che include la Scuola di fisica dell'UCD non solo ha scoperto risposte comuni alle nanoparticelle in tutti i tipi di organismi dalle piante e invertebrati per gli esseri umani, ma anche caratteristiche comuni dei nanomateriali che innescano tali risposte». Ha detto: “Decine di migliaia di nuovi nanomateriali raggiungono ogni anno il mercato dei consumatori. È un compito enorme esaminarli tutti per possibili effetti negativi per proteggere l'ambiente e la salute umana. Potrebbe essere un danno ai polmoni quando inaliamo polvere, un rilascio di ioni tossici da particelle di polvere, produzione di specie reattive dell'ossigeno o legame dei lipidi della membrana cellulare da parte di nanoparticelle. In altre parole, tutto inizia con interazioni fisiche relativamente semplici sulla superficie delle nanoparticelle che di solito non sono note a biologi e tossicologi ma necessarie per capire cosa dovremmo temere quando esposti ai nanomateriali». Nell'ultimo decennio, i paesi dell'OCSE hanno adottato una strategia di valutazione della tossicità consapevole del meccanismo basata sull'analisi del percorso dell'esito avverso che stabilisce relazioni causali tra eventi biologici che portano a una malattia o un effetto negativo sulla popolazione. Una volta determinato il percorso dell'esito avverso, è possibile risalire all'origine della catena di eventi biologici: l'evento molecolare iniziale che ha innescato la cascata. I tentativi di analisi statistica dei dati tossicologici degli ultimi anni non sono riusciti a identificare le proprietà dei nanomateriali responsabili degli esiti avversi. Il problema è che le caratteristiche dei materiali tipicamente fornite dai produttori, come la chimica delle nanoparticelle e la distribuzione dimensionale, sono troppo basilari e insufficienti per fare previsioni sensate sulla loro attività biologica. Un lavoro precedente, coautore del team della UCD School of Physics, ha suggerito la raccolta di descrittori avanzati di nanomateriali, utilizzando la scienza computazionale dei materiali se necessario, per comprendere le interazioni delle nanoparticelle con molecole e tessuti biologici e consentire la previsione dell'inizio molecolare eventi. Questi descrittori avanzati possono fornire le informazioni mancanti e includere i tassi di dissoluzione dei materiali, la polarità degli atomi di superficie, le energie di interazione molecolare, la forma, le proporzioni, gli indicatori di idrofobicità, l'energia di legame degli amminoacidi o dei lipidi, nonché tutto ciò che può causare l'interruzione delle normali funzioni cellulari o tissutali. Il professore associato Lobaskin e colleghi dell'UCD Soft Matter Modeling Lab hanno lavorato alla caratterizzazione dei materiali in silico e hanno valutato i descrittori correlati al potenziale pericoloso delle nanoparticelle. Ha detto: “Nell'analisi presentata in quest'ultima Natura Nanotecnologia paper, per la prima volta siamo stati in grado di vedere cosa c'è in comune tra i diversi materiali associati ai rischi per la salute a livello molecolare. Questa pubblicazione è la prima dimostrazione del potere della nanoinformatica, un nuovo campo di ricerca che estende le idee dalla chemioinformatica e dalla bioinformatica, e anche una grande promessa: l'utilizzo di gemelli digitali di materiali creati su un computer ci consentirà presto di vagliare e ottimizzare nuovi materiali per la sicurezza e la funzionalità ancor prima che vengano prodotti per renderli sicuri e sostenibili fin dalla progettazione”.

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63069.php