Reattività e potenziale tossicità delle polveri lunari

The lunar dust may represent a serious health hazard to astronauts, that risk must be carefully evaluated in view of future lunar missions planned by NASA. Experimental studies carried out on samples of lunar dust collected during the Apollo missions and on lunar dust simulants revealed characteristics similar to some toxic particulates such as crystalline silica, including the ability to act as oxidants and to release reactive oxygen species (ROS ). A feature that could be analyzed directly on the surface of the Moon during future missions. During this thesis work we have been studied the reactivity of a simulant of moon dust called JSC-1A vf. Since the toxicity of the powder generally can be linked to the release of radicals, we investigated the possible involvement of radicals in the reactivity of this material. In particular, it was investigated the release of ROS using two complementary techniques: I) the fluorescence spectroscopy using as probe molecule the sodium terephthalate which, in the presence of ROS, subjected hydroxylation of the aromatic ring with formation of the fluorescent species, the hydroxythereftalate II) the EPR / spin trapping using as the molecule trap DMPO that, in the presence of ROS, form adducts with paramagnetic EPR spectrum characteristic. In addition we studied the reactivity of the powder in the presence of specific target molecules representative of some biomolecules: I) reactivity of Fenton type in the presence of H2O2 and release of carbon-centered radicals in the presence of sodium formate using the EPR technique / spin trapping. II) Capacity to cause lipid peroxidation of membrane using linoleic acid as a target molecule as a model of membrane lipid (TBA / UV-vis) The results obtained, showed that the sample is able to hydroxyate the TA through a mechanism in which molecular oxygen is not involved .. Also the hydroxylation of TA, in this case, is not mediated by the release of radicals HO ¿ in solution. These results suggest that the reactivity of JSC-1A-vf is mediated by reactive species called crypto-OH, probably iron complexes with the phosphate ion, which impart to the dust the ability to hydroxylate the terephthalate without the involvement of free radical HO ¿ in solution. In the presence of H2O2 the dust instead shows the ability to release radicals HO ¿ as a result of a reaction of the Fenton type in which the Fe (II) plays a catalytic role. The dust is also reactive against formate and linoleic acid. In both cases the reactivity is dose-dependent and is increased by the presence of a reducing agent such as ascorbic acid, indicating in this case also the involvement of Fe (II) in the reactivity of the powder. In conclusion, the results obtained indicate that experiments conducted directly on the lunar surface could use an integrated approach using tests that involve the use of models of biomolecules. This approach could be effective for the assessment of the danger of dust lunar in relation to their reactivity.

La polvere lunare può rappresentare un serio rischio per la salute per gli astronauti, rischio che deve essere attentamente valutato in vista delle future missioni lunari programmate dalla NASA. Studi sperimentali condotti sia su campioni di polveri lunari prelevati durante le missioni Apollo sia su simulanti di polveri lunari hanno rivelato caratteristiche simili ad alcuni particolati tossici come la silice cristallina, compresa la possibilità di agire come ossidanti e di rilasciare specie reattive dell'ossigeno (ROS). Una caratteristica che potrebbe essere analizzata direttamente sulla superficie della Luna durante le prossime missioni. Durante questo lavoro di tesi è stata studiata la reattività di un simulante di polvere lunare denominato JSC-1A- vf. Poiché la tossicità della polvere generalmente può essere legata al rilascio di radicali, abbiamo indagato, il possibile coinvolgimento di radicali nella reattività di questo materiale. In particolare è stato investigato il rilascio di ROS mediante due tecniche complementari: i) la spettroscopia in fluorescenza utilizzando come molecola probe il tereftalato di sodio che, in presenza di ROS, subisce l'idrossilazione dell'anello aromatico con formazione della specie fluorescente idrossitereftalato ii) l'EPR/spin trapping utilizzando come molecola trappola il DMPO che, in presenza di ROS, forma addotti paramagnetici con spettro EPR caratteristico. Inoltre è stata studiata la reattività della polvere in presenza di specifiche molecole target rappresentative di alcune biomolecole: i) reattività di tipo Fenton in presenza di H2O2 e rilascio di radicali centrati al carbonio in presenza di formiato di sodio utilizzando la tecnica EPR/spin trapping. ii) Capacità di provocare la perossidazione dei lipidi di membrana utilizzando come molecola target l'acido linoleico come modello di lipide di membrana (TBA/UV-vis) I risultati ottenuti hanno evidenziato che il campione è in grado di idrossilare il TA attraverso un meccanismo in cui non è coinvolto l'ossigeno molecolare. Inoltre l'idrossilazione del TA, in questo caso, non è mediata dal rilascio di radicali HO¿ in soluzione. Questi risultati suggeriscono che la reattività di JSC-1A-vf sia mediata da specie reattive chiamate cripto-OH, probabilmente complessi del ferro con lo ione fosfato, che impartiscono alla polvere la capacità di idrossilare il tereftalato senza il coinvolgimento di radicali HO¿ liberi in soluzione. In presenza di H2O2 la polvere mostra invece la capacità di rilasciare radicali HO¿ come conseguenza di una reazione di tipo Fenton in cui il Fe(II) gioca un ruolo catalitico. La polvere è reattiva anche nei confronti di formiato e dell'acido linoleico. In entrambi i casi la reattività è dose-dipendente e viene aumentata dalla presenza di un agente riducente come l'acido ascorbico, indicando anche in questo caso il coinvolgimento di Fe(II) nella reattività della polvere. In conclusione i risultati ottenuti indicano che esperimenti condotti direttamente sulla superficie lunare potrebbero utilizzare un approccio integrato mediante test che prevedono l'impiego di modelli di biomolecole. Questo approccio potrebbe rivelarsi efficace per la valutazione della pericolosità delle polveri lunari in relazione alla loro reattività.