Salute della Popolazione

WP4 – Studi sulle cause di malattie

Il CISAS-WP4, coordinato dall’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR, è finalizzato allo sviluppo delle conoscenze sull’associazione tra inquinanti specifici per ciascuna area di studio e malattie selezionate, identificate sulla base delle conoscenze ambientali e epidemiologiche.

Nello specifico, la ricerca è così strutturata:

    • nell’area del Sito di bonifica di interesse nazionale (SIN) di Augusta/Priolo viene studiata l’associazione tra esposizione a contaminanti organici e aumento dei fattori di rischio per malattie del fegato. In particolare vengono esaminati sangue e urine di 500 persone sane che abitano in aree contaminate e in aree limitrofe considerate di non esposizione. Viene verificata la presenza di biomarcatori di danno epatico e di carcinoma epatocellulare (indice di steatosi epatica, indice di fibrosi epatica, lipogenesi de novo, marcatori di infiammazione);

 

    • nell’area del Sito di bonifica di interesse nazionale (SIN) di Milazzo viene studiata l’associazione tra esposizione a metalli pesanti e incremento del rischio di malattie della tiroide. In particolare vengono esaminate 480 persone sane che abitano in aree contaminate e in aree limitrofe considerate di non esposizione. Viene verificata la presenza di ipotiroidismo, di indicatori precoci di cancro tiroideo (misura di ormoni tiroidei, cadmio Cd e piombo Pb in sangue e urine) o di segnali precoci di patologie della tiroide (con esame ecografico per noduli tiroidei);

 

  • nell’area del Sito di bonifica di interesse nazionale (SIN) di Crotone viene studiata l’associazione tra esposizione a metalli pesanti, rischio cardiovascolare e dei reni. In particolare si esaminano 300 persone sane che abitano in aree contaminate e in aree limitrofe considerate di non esposizione. Viene verificata la presenza di indicatori precoci di rischio cardiovascolare (misura di marcatori di infiammazione, stress ossidativo, salute ossea, Cd e Pb nel sangue, ecodoppler carotideo, valutazione della funzione endoteliale ed elettrocardiogramma) e indicatori precoci di danno renale (Cd e Pb nelle urine, misura del danno renale, stima della velocità di filtrazione glomerulare).

Sono tre studi definiti eziologici* campionari con disegno cross-sectional** che prevedono il reclutamento di un numero di soggetti volontari di fasce di età predefinita e residenti nell’area del SIN (esposti ad inquinamento) e un pari numero di soggetti residenti in un’area di riferimento, considerata di non esposizione.

Lo studio del rischio per la salute in gruppi di popolazione a diversi livelli di esposizione consentirà:

  • la selezione di indicatori affidabili di esposizione a inquinanti ambientali prioritari;
  • la valutazione di indicatori precoci di compromissione della salute (di rischio di malattia e di danno precoce);
  • la costruzione di sistemi di sorveglianza sanitaria per monitorare nel tempo la popolazione a rischio;
  • indicazioni basate su prove per misure di prevenzione primaria (in primo luogo interventi di bonifica nelle aree a rischio).

* epidemiologia eziologica: ricerca delle cause di malattie riconosciute a più alto rischio in siti contaminati.

** studio cross-sectional o trasversale: studio epidemiologico che si basa sull’osservazione di un fenomeno o di un evento clinico in un determinato periodo di tempo. Gli studi trasversali possono essere pensati come una istantanea di una malattia in una popolazione in un particolare momento.

WP5 – Coorte dei nati ed esposizione a inquinanti ambientali

Nell’ambito delle analisi programmate da questo Work Package, al fine di valutare il rapporto fra inquinanti ambientali e salute umana, è prevista sia la conduzione di uno studio epidemiologico volto alla creazione e alla valutazione di una coorte di nascita nelle aree di attività del Progetto sia la realizzazione di esperimenti in vivo, ex vivo ed in vitro su modelli animali e su linee cellulari.

Task 5.1 – Gli studi epidemiologici, volti ad indagare gli effetti dei contaminanti ambientali sulla salute umana, tendono a focalizzarsi sui segmenti più vulnerabili della popolazione: a dimostrazione di ciò basti pensare alle analisi condotte negli ultimi anni sulla valutazione degli effetti degli inquinanti sulla salute dei bambini.

Più di recente, la teoria definita “Intrauterine origins of health and disease susceptibility” ha dimostrato come molte patologie multifattoriali possono avere un’origine in utero, quando a seguito di condizioni intrauterine non ottimali – compresa l’esposizione a contaminanti ambientali – si generano cambiamenti irreversibili sul feto che possono predisporre allo sviluppo di patologie nella vita adulta. In questo contesto, l’influenza dell’inquinamento ambientale sulle donne in gravidanza è di particolare interesse e sarà valutato nell’ambito del Progetto (Figura 1).

Verrà creata una coorte di nascita composta da donne in gravidanza residenti nelle aree dei SIN di Augusta-Priolo, Milazzo-Valle del Mela e Crotone e dai loro bambini insieme ad una popolazione di donne gravide residenti in aree limitrofe. Nell’ambito del progetto di ricerca sarà valutato il ruolo della placenta nel mediare l’esposizione fetale attraverso indagini biomolecolari. Si utilizzeranno il sangue materno, il sangue cordonale e la placenta come biomatrici per la valutazione dell’esposizione a tossicanti ambientali. Molta attenzione sarà quindi focalizzata sulla comprensione i) dei meccanismi attraverso cui le sostanze tossiche passano dal sangue materno al feto in via di sviluppo; ii) delle modifiche indotte dagli inquinanti ambientali sulla fisiologia placentare; iii) dell’influenza di tali sostanze sugli esiti della gravidanza e sulla predisposizione a patologie ad insorgenza tardiva. Per ulteriori dettagli e approfondimenti è possile consultare il sito www.neho.it.

Queste le aree selezionate per lo studio:

Area SIN Comuni SIN Comuni limitrofi
Milazzo/Valle del Mela Milazzo
Pace del Mela
San Filippo del Mela
Barcellona P.d.G.
Terme Vigliatore
Villafranca Tirrena
Spadafora
Augusta/Priolo Augusta
Priolo Gargallo
Melilli
Solarino
Floridia
Avola
Lentini
Carlentini
Canicattini Bagni
Crotone Crotone Torretta
Isola di C. Rizzuto
Torre Melissa
Le Castella
Strongoli
Botricello
Steccato di Cutro

 

Fig. 1: Rappresentazione schematica delle attività previste nell’ambito della corte di nascita.

Task 5.2 – Studi in vitro / ex vivo hanno dimostrato che colture cellulari (linee cellulari e cellule primarie derivate da organo) differenziate in modelli mono strato o bidimensionali (2D) o tridimensionali (3D) sono un modello molto utile per la comprensione delle proprietà fisiologiche del tessuto polmonare e delle sue alterazioni che determinano l’origine di meccanismi patogenetici delle malattie infiammatorie croniche e tumorali delle vie aeree superiori ed inferiori (Figura 2A). Al fine di sviluppare e approfondire le conoscenze sulle alterazioni di meccanismi biomolecolari che possono generare sul feto cambiamenti molecolari irreversibili che predispongono poi allo sviluppo di patologie delle vie aeree nell’adulto, verranno studiati il ruolo degli inquinanti ambientali sulle attività cellulari che riguardano lo stress ossidativo (ROS, NOX4, INOS), i meccanismi di riparazione del DNA (marcatori di riparazione del DNA: p53, PARP, BRCA1 / 2, H2AX, CHK1 / 2), la regolazione della proliferazione cellulare (OCT3 / 4, SOX-2, Nano, CD144, CD105), gli effetti genotossici (γ-H2AX, AKT, EZH2, comet assay), e i meccanismi cellulari coinvolti nell’attivazione di molti geni, biomarker, proteine e altri fattori (segnali intracellulari) (Figura 2B). Si prevede l’applicazione di opportune tecniche di biologia molecolare e di biochimica (Real-time PCR, immunoassay test, immunoprecipitazione, western blot analysis, metodi elisa, immunocitochimica, immunoistochimica, immunofluorescenza, microscopia, fluorimetria, etc).

Fig. 2: Rappresentazione schematica delle attività previste nell’ambito dello studio sulla alterazione di meccanismi biomolecolari alla base delle patologie delle vie aeree.

Task 5.3 – L’esposizione ad inquinanti ambientali è in grado di causare effetti avversi anche sui sistemi biologici, quali il sistema nervoso centrale, il fegato, il sistema riproduttivo e quello endocrino.

Inoltre, alcuni inquinanti ambientali posseggono un potenziale immunotossico. Studi su linee cellulari isolate di provenienza sia umana che murina possono fornire informazioni importanti ma si rende necessario avvalersi del ricorso ad un modello animale dal quale isolare le popolazioni immunitarie rilevanti, provenienti da diversi organi e tessuti. Inoltre, l’utilizzo di sistemi in vitro ed ex vivo non può fornire informazioni di tipo funzionale, quali la risposta umorale e cellulare nel suo complesso, per la valutazione della quale si rende necessario il ricorso all’immunizzazione in vivo con antigeni standard e parallelo trattamento con gli agenti inquinanti. (Figura 3).

Fig. 3: Attività previste nell’ambito dello studio dei meccanismi in vitro ed in vivo di immunomodulazione e immunotossicità.

 

Gli obiettivi sono quelli di valutare il potenziale immunotossico e immunomodulatorio di agenti inquinanti ambientali in linee cellulari murine ed umane ed in cellule immunitarie primarie isolate ex vivo, per studiare il loro impatto sul sistema immunitario innato ed acquisito; valutare la immunotossicità di inquinanti ambientali, selezionati in base ai risultati ottenuti nel punto precedente, sulla risposta immune cellulare ed umorale indotta dall’immunizzazione con antigeni standard; valutare la correlazione tra i risultati ottenuti negli studi ex vivo, in vitro ed in vivo nel modello murino, e con quelli generati dagli studi su cellule umane studi funzionali in vivo, con particolare attenzione alle potenzialità e alle criticità di ciascun sistema.

Task 5.4 – Molte patologie legate all’esposizione ai contaminanti ambientali, tra cui malattie croniche, patologie legate allo stress ossidativo e il cancro, hanno un’origine multifattoriale. La carcinogenesi è un processo complesso caratterizzato da molteplici fasi; grazie agli studi in vitro e ai metodi alternativi alla sperimentazione animale è possibile isolare e analizzare progressivamente l’effetto di alcune variabili sperimentali e quindi comprendere le modalità di azione e gli effetti dei contaminanti in maniera dose e tempo dipendente e poter individuare marcatori di early warning per il cancro. Di rilevante importanza risulta, quindi, essere la valutazione, in sistemi cellulari in vitro, dell’azione singola o combinata dei contaminanti d’interesse del progetto, selezionati in maniera coordinata, nella promozione di processi biochimici che inducano le cellule verso pathways riconducibili alla trasformazione cellulare, valutando: vie di trasduzione del segnale, marcatori biochimici correlati a tossicità, infiammazione, stress ossidativo, controllo del ciclo cellulare, angiogenesi e apoptosi, su varie linee cellulari umane, primarie e immortalizzate (epatociti, melanociti, preadipociti, cellule endoteliari vascolari, etc. – Figura 4).

Fig. 4: Rappresentazione schematica delle attività previste nell’ambito dello studio sui marcatori biomolecolari in vitro di esposizione e tumori.

 

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