Esposizione occupazionale a nanomateriali e biomarcatori nell'aria esalata: risultati di uno studio internazionale

The use of nanomaterials has significantly increased since the beginning of the century until today, as a driving force of technological innovation. The spread of nanomaterials at industrial, commercial, and environmental levels has captured the attention of scientists who have focused on studying their physicochemical characteristics, presence in various work and living environments, possible routes of entry into the human body and, above all, possible health risks to humans and the environment following exposure. The effects on the human body have been subject of many studies in recent years, with results that have highlighted how nanomaterials can cause various harmful effects, activating inflammatory reactions, oxidative stress, or fibrosis, although in some cases the correlation with exposure to specific nanomaterials is not yet certain. The EU-LIFE NanoExplore project aimed to highlight alterations in effect biomarkers following occupational exposure to some widely used nanomaterials (TiO2, SiO2, CNT, CaCO3), seeking to establish possible side effects to workers’ health. The analysis was conducted on 141 workers from 7 different companies recruited through a self-administered questionnaire. Exposure was characterized using a portable direct-reading optical particle counter that allowed measurement of the particle number concentration (PNC) and the surface area deposited in the lungs (LDSA). Indicators of oxidative/nitrosative stress (8-isoprostane, malondialdehyde, nitrotyrosine), inflammation (high-sensitivity C-reactive protein hs-CRP, IL-1β, TNF-α, IL-10), and KL-6 (considered as a biomarker of interstitial pulmonary fibrosis) were determined in exhaled breath condensate (EBC). These biomarkers were quantified before the shift, at the beginning of the workweek, and after the shift on Day 4. Relationships between airborne nanoparticle concentration and biomarkers were assessed using multiple linear regression after logarithmic transformation, and biomarker concentrations were adjusted for potential confounders. We found a positive dose-response relationship for three inflammation biomarkers (IL-10, IL-1β, and TNF-α) in EBC both with PNC and LDSA. This study suggests that occupational exposure to nanomaterials may influence oxidative balance and innate immunity in occupationally exposed workers. However, due to the biomarkers’ intrinsic variability, the observed changes along with their health significance should be evaluated in a long-term study perspective.

L’impiego di nanomateriali è cresciuto notevolmente a partire da inizio secolo fino ad oggi, come elemento trainante dell’innovazione tecnologica. La diffusione di nanomateriali a livello industriale, commerciale ed ambientale ha catturato l’attenzione degli scienziati che si sono concentrati nello studio delle loro caratteristiche fisico-chimiche, della presenza nei vari ambienti di lavoro e di vita, delle possibili vie di ingresso nell’organismo umano e soprattutto dei possibili rischi per la salute dell’uomo e dell’ambiente in seguito ad esposizione. Gli effetti sull’organismo umano sono stati oggetto di molti studi negli ultimi anni, con risultati che hanno evidenziato come i nanomateriali possano determinare diversi effetti nocivi, attivando reazioni infiammatorie, stress ossidativo o fibrosi, seppur in alcuni casi la correlazione con l’esposizione a specifici nanomateriali non sia ancora certa. Il progetto EU-LIFE NanoExplore si è posto come obiettivo di evidenziare le alterazioni dei biomarcatori di effetto in seguito ad esposizione occupazionale ad alcuni nanomateriali di ampio impiego (TiO2, SiO2, CNT, CaCO3), cercando di stabilire i possibili effetti collaterali per la salute dei lavoratori. L’analisi è stata eseguita su 141 lavoratori di 7 aziende differenti reclutati tramite questionario auto-compilato. L’esposizione è stata caratterizzata mediante un contatore di particelle ottico portatile a lettura diretta che ha consentito di misurare le concentrazioni del numero di nanoparticelle disperse nell'aria (PNC) e l’area superficiale depositate nei polmoni (LDSA). Nel condensato dell’aria esalata (EBC) sono stati determinati indicatori di stress ossidativo/nitrosativo (8-isoprostano, malondialdeide, nitrotirosina), infiammazione (proteina C reattiva ad alta sensibilità hs-CRP, IL-1β, TNF-α, IL-10) e KL-6 (considerato come biomarker di fibrosi polmonare interstiziale). Questi biomarcatori sono stati quantificati prima del turno, all'inizio della settimana lavorativa e dopo il turno il 4° giorno. Le relazioni tra la concentrazione di nanoparticelle aerodisperse e i biomarcatori sono state valutate mediante regressione lineare multipla dopo trasformazione logaritmica e le concentrazioni di biomarcatori aggiustate per i potenziali confondenti. Abbiamo trovato una relazione dose-risposta positiva per tre biomarcatori dell’infiammazione (IL-10, IL-1β e TNF-α) nell'EBC sia con PNC che con LDSA. Questo studio suggerisce che l’esposizione professionale a nanomateriali può influenzare l’equilibrio ossidativo e l’immunità innata nei lavoratori professionalmente esposti. Tuttavia, a causa della variabilità intrinseca dei biomarcatori, i cambiamenti osservati insieme al loro significato per la salute dovrebbero essere valutati in una prospettiva di studio a lungo termine.