Il progetto NANOCELLUP si propone di disegnare e condurre una serie di studi basati sulle New Approach Methodologies (NAMs) per colmare le lacune conoscitive sui pericoli della nanocellulosa (NC) e di mettere a punto una proposta per incorporare i risultati ottenuti nella valutazione regolatoria del pericolo della NC per i consumatori esposti attraverso gli alimenti.
Quattro partner scientifici, con il contributo aggiuntivo del JRC della Commissione Europea, collaborano a questo progetto finanziato dall'Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) e coordinato dall’ISS (Grant Agreement numero GP/EFSA/SCER/2020/04).
Istituto Superiore di Sanità (ISS)
- Francesco Cubadda (Principal Investigator)
- Olimpia Vincentini (Deputy)
- Francesca De Battistis
- Gabriele Moracci
- Serena Cecchetti
- Andrea Raggi
- Francesca Ferraris
- Francesca Iacoponi
French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety (ANSES, Francia)
- Valerie Fessard
- Kevin Hogeveen
- Ludovic Le Hégarat
- Anne-Louise Blier
Sciensano (Belgio)
- Jan Mast
- Eveline Verleysen
- Lisa Siciliani
National Research Institute for Agriculture, Food and the Environment (INRAE)-University of Clermont Auvergne (UCA, Francia)
- Stephanie Blanquet-Diot
- Lucie Etienne-Mesmin
- Sylvain Denis
- Morgane Brun
European Commission Joint Research Centre (EC-JRC, Italia)
- Susanne Bremer-Hoffmann
- Francesco Sirio Fumagalli
- Alessia Bogni
- Deborah Stanco
Le nanotecnologie rappresentano una vasta area di ricerca e applicativa con ricadute in tutti gli ambiti produttivi, incluso, sempre più, il settore alimentare. Le nanotecnologie stanno introducendo profonde trasformazioni attraverso la capacità di modificare caratteristiche come la dimensione e la morfologia delle particelle costituenti i materiali per il miglioramento o lo sviluppo di nuove proprietà di processi e prodotti. Tuttavia, sebbene ridurre la dimensione dei materiali può generare nuove e utili proprietà, vi è preoccupazione circa i potenziali rischi derivanti dalle interazioni delle nanoparticelle a livello molecolare e cellulare, che potrebbero in ultima istanza danneggiare la salute umana e l’ambiente. Ridurre la dimensione dei materiali particellari alla nanoscala può conferire alcune modificazioni nelle proprietà e nelle caratteristiche biocinetiche capaci anche di generare effetti tossicologici inattesi rispetto alla sostanza corrispondente nella sua forma convenzionale (non nanomateriale). Tuttavia, affrontare la valutazione di sicurezza dei prodotti delle nanotecnologie è una sfida, in quanto si rende necessario il ricorso a nuovi concetti e nuovi strumenti.
La nanocellulosa (NC) è un materiale emergente nel settore alimentare che si presenta in tre forme principali, la NC batterica (BNC), quella nanofibrillata (NFC) e i nanocristalli (CNC). Le potenziali aree applicative sono i materiali a contatto con gli alimenti, gli additivi alimentari e i ‘nuovi alimenti’ (novel foods). Le fonti biologiche e le condizioni produttive influenzano numerosi parametri fisicochimici della NC (es. dimensioni, aspect ratio, morfologia, polidispersione, carica superficiale, chimica superficiale e indice di cristallinità). I potenziali pericoli associati all’ingestione di NC non sono sufficientemente caratterizzati e le caratteristiche nanodimensionali della NC necessitano di una valutazione nano-specifica, che inoltre consideri la variabilità nei parametri fisicochimici della NC.
Secondo la Guidance EFSA sulla valutazione del rischio dei nanomateriali (2021), è necessaria una valutazione nano-specifica incentrata su:
- effetti avversi locali nel tratto gastrointestinale
- assorbimento nella/passaggio attraverso la barriera intestinale
- possibile degradazione della NC da parte microbioma umano, con potenziale formazione di fibre più piccole
Le New Approach Methodologies (NAM) sono la migliore opzione per generare l’informazione necessaria in quanto:
- gli animali da laboratorio non sono modelli appropriati a causa delle differenze nella fisiologia digestiva, nel microbioma e nell’entità della degradazione della fibra rispetto all’essere umano
- la variabilità nella proprietà fisicochimiche della NC rendono le NAM ideali per una sperimentazione efficiente
- gli studi necessari sono tecnicamente più semplici da condurre utilizzando metodi in vitro che studi in vivo
Il progetto si fonda sull'impiego delle NAM per colmare le lacune conoscitive sui pericoli associati all’ingestione di NC. Il progetto ha una durata di 28 mesi (Marzo 2021-Luglio 2023).
E’ stata impiegata una IATA (approccio integrato alla sperimentazione e alla valutazione) basata sulle NAM per colmare le lacune conoscitive nella valutazione dei potenziali pericoli associati all’esposizione orale alla NC. La IATA è stata incentrata su tre grandi pilastri, vale a dire
- la valutazione dell’uptake della NC e della sua potenziale traslocazione attraverso la barriera intestinale
- la valutazione degli effetti locali (inclusa l’infiammazione e la genotossicità) sull’epitelio gastrointestinale
- la valutazione di qualsivoglia digestione o degradazione della NC da parte del microbioma intestinale
Otto campioni di NC appartenenti alle tre tipologie di NC, più un materiale di comparazione nell’intervallo micro, sono stati selezionati come materiali di studio e sottoposti a una completa caratterizzazione fisicochimica. Per ottenere informazioni sui pericoli e il modo d’azione della NC è stata impiagata una batteria di test in vitro secondo un approccio per fasi, che ha portato alla selezione di tre materiali appartenenti alle tre grandi tipologie di NC per una valutazione più approfondita. E’ stata dimostrata l’internalizzazione cellulare di questi materiali, che è risultata maggiore in un modello di tricoltura, capace di simulare meglio la proprietà di barriera dell’epitelio intestinale umano, rispetto a monostrati Caco-2.
L’internalizzazione è stata più elevata in condizioni di esposizione ripetuta, per le quali l’attraversamento della barriera è stato dimostrato per la CNC. Sono state osservate risposte pro-infiammatorie accompagnate da massiccio uptake nei macrofagi, indicative di potenziali effetti immunotossicologici, e la compromissione delle funzioni di barriera, mentre non sono state ottenute indicazioni a supporto della genotossicità. Infine, non è stata osservata la formazione di particelle di dimensioni inferiori dopo fermentazione nel colon. Per l’integrazione di questi risultati nella valutazione regolatoria del pericolo associato all’esposizione orale alla NC sono stato considerati gli usi potenziali della NC come nuovo alimento o come additivo alimentare.