Dottorato in BIOLOGIA AMBIENTALE ED EVOLUZIONISTICA

Titolo della tesi: Prevention of the risk of occupational exposure to nanomaterials through a multidisciplinary strategy of characterization of airborne dust and evaluation of the effects

Lo sviluppo rapido del settore della nanotecnologia ha sollevato crescenti preoccupazioni riguardo alla sicurezza dei lavoratori impiegati in questo ambito. La mancanza di studi completi e affidabili sulla tossicità dei nanomateriali (NMs), unitamente alla scarsità di indagini epidemiologiche, ha finora limitato la definizione di valori limite standardizzati per l’esposizione occupazionale. Parallelamente, l’uso sempre più diffuso dei NMs ha comportato un accumulo crescente nelle matrici ambientali — suolo, acqua e aria — con potenziali rischi per la salute umana, animale e vegetale negli ecosistemi terrestri e acquatici. In questo contesto, il progetto di dottorato proposto mira a sviluppare una strategia multidisciplinare per la caratterizzazione dell’esposizione ai NMs in ambienti occupazionali, dove si prevede che le nanoparticelle ingegnerizzate predominino rispetto alle particelle ultrafini di origine antropica o naturale. La strategia include anche la valutazione degli effetti biologici dell’esposizione mediante organismi modello semplici ed economici, non soggetti a restrizioni etiche, con l’obiettivo finale di creare un modello integrato applicabile a differenti tipologie di nanomateriali. L’obiettivo generale, in linea con il principio della Prevenzione attraverso la Progettazione (Prevention through Design, PtD), è quantificare i livelli di esposizione e valutare i potenziali rischi per la salute e l’ambiente sin dalle fasi iniziali di progettazione di prodotti, processi e attività. Questo approccio consente di minimizzare i pericoli alla fonte e di implementare misure di sicurezza efficaci lungo l’intero ciclo di vita dei nanomateriali. In tale ambito, sono state condotte attività di monitoraggio e caratterizzazione approfondite dei nanomateriali in diversi contesti occupazionali, con particolare attenzione alla concentrazione, morfologia e composizione chimica delle nanoparticelle aerodisperse. L’obiettivo era identificare le principali fonti di esposizione e valutare i livelli di esposizione dei lavoratori in condizioni produttive reali. (A1) Prevention-through-design approach to mitigate workers’ exposure in the graphene production processes Journal of Physics: Conference Series (2024), 2695, 012003 https://doi.org/10.1088/1742-6596/2695/1/012003 (B1) Scaling up the graphene production from R&D to the pilot plant stage: implications for workers’ exposure to airborne nano-objects NanoImpact (2025), 38, 100555 https://doi.org/10.1016/j.impact.2025.100555 (C1) Potential exposure to nano and microparticles during injection molding of glass fiber polymer composites. Aerosol Science and Technology (2025), 1–13 https://doi.org/10.1080/02786826.2025.2586713 Parallelamente, è stato condotto uno studio in vivo utilizzando Drosophila melanogaster per indagare gli effetti biologici della concentrazione di esposizione. I risultati hanno evidenziato alterazioni negli organismi esposti, offrendo spunti significativi sugli impatti più ampi dei nanomateriali non solo sulla salute umana, ma anche sugli ecosistemi. Sono stati sviluppati e validati metodi analitici avanzati per indagare la bioaccumulazione dei nanomateriali nei tessuti biologici. Il processo di validazione ha incluso l’impiego di tecniche accoppiate all’avanguardia (es. spICP-MS, AF4-ICP-MS) per caratterizzare e quantificare materiali su scala nanometrica nei tessuti biologici. Questi metodi hanno permesso una comprensione più approfondita dei percorsi di accumulo dei NMs, supportando il loro futuro impiego nel biomonitoraggio dei lavoratori esposti. (D1) Single particle ICP-MS method for the determination of TiO₂ nano-and submicrometric particles in biological tissues (in preparazione) (E1) Study of the bioaccumulation and metabolic effects of inhaled TiO₂ nano-and submicrometer particles by Drosophila melanogaster (in preparazione) I risultati evidenziano la necessità di affrontare la valutazione dei rischi legati ai nanomateriali attraverso una prospettiva integrata che consideri simultaneamente le dimensioni occupazionale, ambientale e biologica. In tale quadro, lo sviluppo di strategie safe-by-design e l’implementazione dei principi di prevenzione attraverso la progettazione nelle fasi iniziali di sviluppo dei nanomateriali appaiono essenziali per minimizzare gli effetti avversi potenziali e promuovere un uso sostenibile della nanotecnologia, garantendo un’innovazione tecnologica responsabile e la tutela della salute pubblica e ambientale.