prinicipal investigator: prof. Bice Fubini
years: 2002-2004

Le fibre artificiali sono state introdotte sul mercato già negli anni ’50, ma è a seguito del bando degli amianti che hanno cominciato a conoscere una maggiore diffusione. Attualmente il mercato mondiale delle fibre artificiali è in continua espansione ed in Europa i lavoratori addetti alla produzione assommano ormai a decine di migliaia. In Italia il decreto del Ministero della Sanità del 1 settembre 1998 (attualmente in fase di riesame) che recepisce la direttiva 97/69/CE stabilisce, basandosi su criteri di solubilità, regole per la classificazione ed etichettatura delle fibre vetrose sintetiche: secondo tali direttive (fatte salve alcune eccezioni indicate nelle note R e Q) le fibre con un contenuto di ossidi alcalini ed alcalino-terrosi < 8% (es. fibre ceramiche refrattarie) devono essere etichettate con le frasi di rischio R49 (cancerogeno per inalazione), quelle con un contenuto di ossidi alcalini ed alcalino-terrosi > 18% (vetro, roccia, scoria) con la frase di rischio R40 (possibilità di effetti irreversibili in seguito ad inalazione). Anche la IARC nella sua più recente monografia [IARC 2002] si è occupata di materiali sostitutivi includendo nella classe 3 (“not classificable as to their carcinogenicity to humans”) le fibre e le lane di vetro nonché le fibre e lana di roccia e di scoria e nella classe 2b (“possibly carcinogenic to humans”) le fibre ceramiche refrattarie. Ancora non si è pronunciata per mancanza di dati sufficienti su una terza tipologia di fibre di nuova generazione, progettate per essere poco biopersistenti ed adatte anche all’utilizzo come isolanti termici a temperature elevate, che comprendono fibre vetrose costituite da silicati di calcio e fibre ceramiche refrattarie ad alto contenuto di allumina. Sia la normativa vigente che la monografia della IARC si riferiscono principalmente alle fibre come tali, senza tenere adeguatamente conto della possibilità che esse vadano incontro a modificazioni in seguito all’utilizzo. Basti pensare al caso dei materiali usati come isolanti termici per processi industriali (dov’è richiesta l’applicazione di temperature elevate), che possono subire processi di devetrificazione. E’ necessario sottolineare che se, da una parte, la biopersistenza di un solido ha un ruolo rilevante nel determinarne gli effetti a lungo termine sull’organismo, dall’altra, altri fattori (forma, presenza sulla superficie di siti reattivi in grado di scatenare reazioni avverse a livello cellulare) [Fubini and Otero-Aréan. 1999] possono concorrere a determinare l’insorgenza di patologie, soprattutto qualora si abbia un’esposizione continuativa. La formazione di nuove fasi può modificare la struttura della superficie e quindi modificare la reattività del solido rispetto a quella di partenza. Il nostro gruppo ha in passato dimostrato come l’idrofilia di superficie di fibre ceramiche influisca sul potenziale citotossico e trasformante nei confronti di cellule embrionali di cavia (SHE cells) [Tomatis et al. 2002]. Lo svolgimento di studi rivolti a chiarire con precisione quali proprietà chimico-fisiche, oltre che la solubilità, siano importanti nel determinare la risposta dei tessuti polmonari alle fibre appaiono essenziali allo scopo di mettere a punto una serie completa di determinazioni di tipo chimico-fisico utilizzabili per prevedere il comportamento delle fibre nell’ambiente biologico. I meccanismi molecolari alla base del danno cellulare esercitato dalle fibre artificiali, come anche dalle fibre di asbesto e della silice cristallina (quarzo), non sono infatti ancora noti con precisione probabilmente a causa della compartecipazione di diversi meccanismi. Molte evidenze sperimentali attribuiscono il danno cellulare provocato dalle fibre di asbesto e dalla silice cristallina alla produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), che dipenderebbe sia dalla struttura superficiale e dalla composizione chimica delle fibre [Hard and Aust, 1995], che dall’interazione tra le fibre e le cellule dell’ospite (“fagocitosi frustrata”) [Kinnula et al. 1999]. Un ruolo cruciale nella produzione di ROS è attribuito al ferro che può generare radicali ossidrile (OH) attraverso la reazione di Fenton [Weitzman and Graceffa, 1984; Hard and Aust, 1995]. La generazione di radicali OH può provocare gravi alterazioni delle biomolecole, tra cui lipoperossidazione delle membrane cellulari, ossidazione delle proteine e danni a carico del DNA, favorendo così l'insorgenza di tumori con un meccanismo simile a quello delle radiazioni ionizzanti [Kamp and Weitzman, 1999]. Al danno cellulare e/o ai fenomeni di difesa e riparazione tissutale prodotti dall'asbesto può partecipare il monossido di azoto (NO), un radicale libero coinvolto in un ampio spettro di attività, quali vasodilatazione, neurotrasmissione e reazioni immunitarie [Stuehr et al. 1999]. Inoltre il NO può anche favorire la trasformazione tumorale delle cellule inibendo l’apoptosi, un processo di morte programmata attraverso il quale le cellule danneggiate (suscettibili di evoluzione in senso neoplastico) sono rimosse dai tessuti [Broaddus et al., 1996]. Sebbene sia provata la capacità delle fibre di asbesto e della silice cristallina di rilasciare ROS in soluzione non è ancora chiaro il ruolo di questa reattività nei sistemi cellulari. E’ stata osservata nelle cellule mesoteliali ed epiteliali esposte all’amianto un’aumentata espressione di enzimi antiossidanti, quali la catalasi, la superossido dismutasi (SOD) e la glutatione perossidasi (GSHPx) [Kamp and Weitzman, 1999]; tale fenomeno è però una dimostrazione indiretta di danno ossidativo, e potrebbe avere cause diverse da un aumentato rilascio di ROS da parte delle fibre/particelle. Inoltre sia l’asbesto che la silice cristallina inducono la diminuzione del glutatione (GSH) in cellule epiteliali polmonari, non aumentandone l’ossidazione, ma incrementandone l’efflusso dalla cellula [Golladay et al., 1997, Afaq et al., 1998; Boehme et al., 1992; Zang et al., 1999]. Infine, l’esposizione di cellule mesoteliali umane a fibre di asbesto non ha provocato la formazione di OH [Kinnula et al., 1994]. Il ciclo dei pentoso fosfati (PPP) è una via metabolica molto sensibile ad alterazioni dello stato redox cellulare: uno stress ossidativo determina una diminuzione del rapporto NADPH/NADP, che a sua volta attiva la glucoso-6-fosfato deidrogenasi (G6PD), enzima chiave del PPP, consentendo il ripristino del livello originario di NADPH. Il nostro gruppo di ricerca ha recentemente scoperto che l’incubazione di cellule epiteliali umane polmonari e di macrofagi murini con fibre di asbesto (crocidolite) non stimola il PPP, ma al contrario ne diminuisce l’attività, inibendo la G6PD: in presenza di agenti ossidanti queste cellule manifestano un’attivazione del PPP notevolmente diminuita ed in parallelo sono più inclini ad andare incontro ad apoptosi [Riganti et al., 2002]. La capacità delle fibre di crocidolite di inibire il PPP non è influenzata dal loro contenuto di ferro [Riganti et al., 2002]. Questa osservazione suggerisce un nuovo meccanismo con cui le fibre di asbesto possono danneggiare la cellula, ossia inibendo il principale sistema di difesa cellulare contro i ROS. In queste condizioni, i ROS, che sono anche un normale prodotto collaterale del metabolismo cellulare, potrebbero raggiungere livelli pericolosi per l’integrità delle funzioni cellulari. Non è invece ancora noto l’effetto di altre fibre di asbesto e delle fibre sostitutive sul PPP. Appare di particolare urgenza l’individuazione di marker” di tossicità cellulare utili ad identificare materiali potenzialmente tossici prima del loro utilizzo commerciale.