Una “mappa” dettagliata dell’interazione tra le nanoparticelle e i polmoni. E’ quella creata da un team internazionale di ricercatori in uno studio pubblicato sulla rivista ACS Nano. Le nanoparticelle possono essere prodotte dall’uomo o presenti naturalmente nell’aria, ma questi materiali ultrafini di dimensioni inferiori ai 100 nanometri, circa mille volte più sottili di un capello umano, rappresentano una sfida crescente per la salute pubblica. Per le loro dimensioni microscopiche, le nanoparticelle sono in grado di penetrare in profondità nei polmoni e di interagire direttamente con i tessuti cellulari, provocando potenzialmente infiammazioni, danni tissutali, fibrosi o persino tumori.
Per comprendere e prevenire questi effetti, è fondamentale osservare da vicino come le nanoparticelle si comportano una volta entrate in contatto con le cellule polmonari. E per farlo, servono strumenti di indagine straordinariamente sofisticati. È il caso della microscopia correlativa (CLEM, Correlated Light and Electron Microscopy), una tecnica che combina diversi tipi di microscopia per offrire una visione completa — morfologica e funzionale — delle interazioni tra materia biologica e nanoparticelle. Nello studio i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio CLEM potenziato, applicato allo studio dei nanotubi di diossido di titanio (TiO₂ NTs), nanomateriali noti per il loro potenziale infiammatorio e classificati come possibili cancerogeni.
“Il nostro obiettivo era costruire una ‘mappa’ dettagliata dell’interazione tra le nanoparticelle e i polmoni, capace di spiegare sia la risposta biologica iniziale che gli effetti più profondi a livello molecolare”, spiega Rok Podlipec, primo autore dello studio. Grazie alla combinazione di più tecniche di imaging all’avanguardia — dalla microscopia a fluorescenza confocale con risoluzione nanoscopica (CLSM, FLIM, fHSI) fino all’analisi chimica elementare con radiazione di sincrotrone (SR μXRF e STXM) — è stato possibile analizzare le risposte cellulari a più livelli di scala, dai tessuti fino alle singole molecole. “Questo approccio integrato ci consente di collegare struttura e funzione, unendo informazioni morfologiche e chimiche con una precisione che fino a poco tempo fa era impensabile”, sottolinea Alessandra Gianoncelli, responsabile della beamline TwinMic di Elettra Sincrotrone Trieste.
“Con Elettra 2.0 avremo a disposizione, nello stesso centro, nuove tecnologie e tecniche avanzate ancora più efficaci che ci aiuteranno a studiare questi processi in modo ancora più dettagliato”, aggiunge Gianoncelli. In particolare, le misure di Scanning Transmission X-ray Microscopy (STXM) e Low Energy Micro-X-ray Fluorescence (LE-μXRF) sono state effettuate presso la beamline TwinMic del laboratorio Elettra Sincrotrone Trieste, mentre le immagini ad altissima risoluzione sono state ottenute anche grazie alla microscopia a ioni di elio (HIM) e alla microscopia elettronica a scansione (SEM). I risultati rivelano che le cellule polmonari interagiscono con queste nanoparticelle in modi complessi: i nanotubi tendono ad aggregarsi sulla superficie cellulare e a legarsi con materiali biologici come il DNA, contribuendo ad attivare risposte immunitarie.
In particolare, si è osservata la formazione di strutture fibrose simili alla fibrina, segno di una possibile reazione infiammatoria acuta. Inoltre, è stato riscontrato l’accumulo localizzato di ferro e di altri elementi essenziali nelle zone di contatto, a indicare alterazioni molecolari significative nell’ambiente cellulare circostante. Questo studio rappresenta un passo importante verso una comprensione più profonda delle interazioni tra nanoparticelle e tessuti umani, e apre la strada allo sviluppo di nuovi protocolli di valutazione del rischio per le sostanze nanostrutturate. La microscopia correlativa multimodale, che integra luce, elettroni e ioni, si conferma così uno strumento prezioso per la ricerca biomedica e per la tutela della salute nei contesti industriali ed ambientali in cui l’esposizione a nanoparticelle è più elevata.
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