Nanomateriali: innovazione e valutazione dei rischi per salute e ambiente

In questo articolo viene approfondito uno dei temi di peculiare attenzione dell’opinione pubblica, del mondo scientifico e della comunità amministrativa nazionale ed europea: i nanomateriali. In natura sono già presenti alcuni nanomateriali (basti pensare alle particelle che costituiscono il polline), altri possono essere una conseguenza non intenzionale delle attività umane (si pensi ai prodotti della combustione) mentre altri sono prodotti artificialmente quale, ad esempio, il biossido di titanio.

Le leggi della fisica e della chimica dei nanomateriali sono totalmente diverse da quelle vigenti nel mondo dei materiali in forma massiva e le loro dimensioni estremamente ridotte comprese tra 1 e 100 nanometri (nm) incidono sulla loro reattività chimica e biologica. Le proprietà fisiche, chimiche, elettriche e meccaniche risultano particolarmente adatte a molteplici utilizzi: dai ricambi per le auto agli articoli sportivi, dalle batterie agli indumenti antibatterici, ai cosmetici e ai prodotti alimentari o anche nella nanostrutturazione di superfici per applicazioni odontoiatriche, ortopediche e antimicrobiche.

Attraverso il regolamento UE 2017/745 è conferita la classe di rischio dei dispositivi medici (DM) con nanomateriali in funzione del potenziale di esposizione interna, ovverosia del rilascio di nanoparticelle nel corpo umano. In esso sono presenti due obiettivi ben precisi e legati tra loro: sicurezza e innovazione.

Esempi di nanomateriali e loro applicazioni

Il fullerene C60, conosciuto come buckminsterfullerene, fu sintetizzato per la prima volta in laboratorio nel 1985, e più tardi scoperto nello spazio, all’interno di nebulose. Il nome rende omaggio a Richard Buckminster Fuller, architetto statunitense conosciuto per la progettazione della cupola geodetica e la cui struttura è del tutto simile a quella del fullerene. La molecola di fullerene C60 ha reso possibile la realizzazione dei nanotubi di carbonio costituiti da fogli di grafene avvolti in tubi cilindrici cavi, con diametri che variano tra l’1 e i 100 nm.

I nanotubi di carbonio si distinguono in: nanotubi a parete singola (costituiti da un singolo foglio di grafene) e nanotubi a parete multipla (formati da più fogli di diametri diversi). Questi materiali sono ottimi conduttori e hanno alta resistenza meccanica, elettrica e termica. Ciò ha permesso la realizzazione di materiali compositi ad alte prestazioni, come ad esempio i diodi, transistor, LED, laser a ultravioletti, celle fotovoltaiche, celle a combustibile, ecc.

Anche nell’industria tessile, partendo da un tessuto di base naturale o polimerico, al quale vengono fermamente ancorate le nanoparticelle di silicio, è possibile realizzare una superficie micro-rugosa che permette di ridurre l’area di contatto tra la goccia e il tessuto e rende così quest’ultimo idrorepellente. Le stesse sostanze chimiche vengono utilizzate per migliorare le prestazioni di molti prodotti di largo consumo, come vernici, cosmetici e prodotti per la cura personale (es. deodoranti, filtri solari, dentifrici), attrezzature sportive, prodotti farmaceutici, prodotti elettronici, prodotti tessili.

In campo biomedico le applicazioni frequenti si registrano in ambito diagnostico e terapeutico. Per esempio, i nanomateriali vengono utilizzati attraverso l’utilizzo di nuovi farmaci in nanoforma. Ciò garantisce una terapia più efficace e una maggiore precisione dell’azione degli stessi. Alcune di queste sostanze sono utilizzate con successo a scopo ambientale, come ad esempio nei filtri per il trattamento delle acque (per rimuovere i metalli pesanti dalle acque di scarico) o per inibire la crescita delle alghe. L’aumento delle nanotecnologie ha suscitato, da una parte, un grande interesse per gli evidenti vantaggi economici e sociali e, dall’altra parte, preoccupazioni sui possibili effetti negativi di questi materiali sull’ambiente e sulla salute umana.

I database dei nanomateriali

L’EUON (European Union Observatory for Nanomaterials) offre una dettagliata ed ampia descrizione degli utilizzi dei nanomateriali nei diversi settori. Nei loro database sono contenuti gli oltre 300 nanomateriali attualmente presenti sul mercato dell’Unione, alcuni dei quali sono stati registrati ai sensi del Regolamento REACH. Accedendo al sito dell’EUON sono, inoltre, presenti due banche dati di recente pubblicazione. Una è NanoData, che raccoglie informazioni in materia di nanoscienza e nanotecnologie e contiene dati su diversi prodotti, progetti di ricerca, pubblicazioni, brevetti e aziende e può essere utilizzato anche dai consumatori interessati a scoprire quali prodotti utilizzano nanotecnologie. L’altra è eNanoMapper, che aiuta a trovare informazioni sulla sicurezza dei nanomateriali e consente l’accesso a una delle più grandi fonti di dati attualmente disponibili sulle proprietà tossicologiche dei nanomateriali.

Valutazione del rischio per la salute umana

Tutti i fabbricanti, gli importatori e gli utilizzatori a valle di nanomateriali dovranno fornire, da gennaio 2020, informazioni per ciascuna sostanza in nanoforma sulla base del Regolamento REACH. A questo si aggiunge che lo sviluppo esponenziale e le numerose applicazioni dei nanomateriali nei prodotti di consumo richiedono maggiori informazioni sui potenziali rischi per la salute umana (attraverso la valutazione degli effetti connessi all’esposizione sia dei consumatori che dei lavoratori esposti alle sostanze in nanoforma) e per l’ambiente associati al loro utilizzo (valutando gli effetti che i nanomateriali possono avere sulle varie componenti degli ecosistemi).

La nanotossicologia, disciplina tuttora in corso di sviluppo, ha quindi l’obiettivo di valutare la sicurezza dei nanomateriali nei diversi ambiti di applicazione studiando degli effetti di nanodispositivi e nanomateriali sugli organismi viventi. Le criticità nel processo di valutazione del rischio dei nanomateriali sono legate all’incertezza di vari fattori quali: la rilevanza delle vie di esposizione, i sistemi di misura dell’esposizione, i meccanismi di traslocazione e la possibilità di degradazione delle nanoparticelle all’interno del corpo umano, infine, i meccanismi di tossicità la cui esposizione umana può avvenire mediante inalazione, ingestione o attraverso la pelle.

Ad oggi, gli effetti più importanti dei nanomateriali sono stati riscontrati sull’apparato respiratorio. Inoltre, i nanomateriali possono raggiungere, oltre ai polmoni, altri organi e tessuti, tra cui il fegato, i reni, il cuore, il cervello e i tessuti molli. La nanotossicologia riveste quindi un ruolo primario per la prevenzione dei rischi per la salute umana e per una completa e corretta informazione dei consumatori.

Valutazione del rischio ambientale

C’è poi l’eco-nanotossicologia, la scienza che ha come oggetto di studio i nanomateriali artificiali nella biosfera e i loro effetti sugli ecosistemi. Purtroppo, i nanomateriali possono essere rilasciati nell’aria, nell’acqua e nel suolo, entrando così in contatto con diversi organismi e influenzando l’intera catena alimentare. L’ambiente può essere esposto durante tutti gli stadi dell’intero ciclo produttivo delle sostanze in nanoforma: durante la produzione, durante il trasporto e lo stoccaggio, durante l’utilizzo e lo smaltimento.

Il comportamento dei nanomateriali nell’ambiente dipende non solo dalle loro caratteristiche fisico-chimiche, ma anche dalle caratteristiche dei comparti ambientali riceventi. Una volta entrate nell’ambiente, le nanoparticelle possono rimanere intatte o essere sottoposte a uno o più dei seguenti processi: dissoluzione, speciazione (cioè associazione con altre sostanze chimiche disciolte in forma ionica o molecolare), trasformazione biologica o chimica di altri prodotti chimici, e/o mineralizzazione completa (in anidride carbonica e acqua), agglomerazione / disagglomerazione e deposizione.

Conclusioni

Le metodologie ed i criteri per la valutazione dei rischi sanitari e ambientali delle sostanze in nanoforma hanno visto negli ultimi anni l’esigenza di accelerare la definizione di tali criteri. Per questo motivo dal 1º gennaio 2020 si applicano requisiti giuridici espliciti in ambito REACH alle società che fabbricano o importano nanoforme. Questi obblighi di segnalazione si attuano a tutte le registrazioni nuove ed esistenti aventi per oggetto le nanoforme e riguardano specifiche prescrizioni in materia di informazioni, delineate negli allegati sottoposti a revisione del regolamento REACH.

Nella prospettiva di un significativo impatto dei nanomateriali sul mercato, è fondamentale promuovere un efficace confronto tra gli esperti degli Stati Membri Europei, i rappresentanti delle Direzioni Generali della Commissione Europea, i rappresentanti dell’industria e delle organizzazioni non governative per integrare gli elevati vantaggi tecnici, scientifici ed applicativi di questi materiali con i risultati delle valutazioni operate dagli attori chiave responsabili della gestione della sicurezza dei nanomateriali.

Articolo a cura di Francesca Maria Iervolino.