Istituzione di un particolato artificiale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5955 (2023) Citare questo articolo

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Il particolato (PM), un fattore di rischio ambientale, è collegato a rischi per la salute come le malattie respiratorie. Questo studio mirava a creare un modello animale di danno polmonare indotto da PM con PM artificiale (APM) e identificare il potenziale di APM per la ricerca tossicologica. L'APM è stato generato dalla grafite a 600 °C e combinato con l'etilene. Abbiamo analizzato le composizioni del particolato di scarico diesel (DEP) e dell'APM e abbiamo confrontato la tossicità e il profilo trascrittomico nei polmoni in base all'esposizione. Per lo studio sugli animali, ai topi maschi C57BL/6 è stato somministrato il veicolo DEP o APM per via intratracheale. DEP o APM hanno aumentato il peso relativo del polmone, il numero di cellule infiammatorie e i livelli di proteine ​​infiammatorie rispetto al veicolo di controllo. Le valutazioni istologiche hanno mostrato un aumento dei macrofagi alveolari particelle-pigmento e una leggera infiammazione nei polmoni dei topi DEP e APM. Nell'unico gruppo APM, sono state osservate infiammazione granulomatosa, fibrosi polmonare e iperplasia delle mucose nei polmoni di alcuni individui. Questo è il primo studio a confrontare la tossicità polmonare tra DEP e APM in un modello animale. I nostri risultati suggeriscono che il modello animale trattato con APM può contribuire a comprendere gli effetti dannosi del PM in studi tossicologici che dimostrano che l’APM può indurre varie malattie polmonari a seconda delle diverse dosi di APM.

Nel 2013, il particolato (PM) è stato classificato come cancerogeno del gruppo 1 dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro dell'Organizzazione mondiale della sanità1. Il PM è una miscela complessa di sostanze organiche e inorganiche solide e/o liquide sospese nell'aria, che comprende carbonio organico (OC), carbonio elementare (EC), idrocarburi policiclici aromatici (IPA), ioni organici solubili in acqua (cloruro, nitrato , solfato, sodio, potassio e ammonio) e metalli nell'atmosfera naturale2. Le frazioni di PM differiscono nelle loro proprietà fisiche e biologiche a seconda della stagione, della regione e delle fonti3,4,5,6,7. Elevate concentrazioni di OC, EC e IPA si verificano durante le stagioni calde nelle aree a traffico intenso e di notte8,9. In termini di effetti sulla salute, l’esposizione al PM, compresi OC, EC e IPA nell’aria ambiente, induce ed esacerba i sintomi clinici di malattie polmonari, epatiche, renali e cardiache8,10,11,12,13,14,15. La maggior parte delle ricerche si è concentrata su studi epidemiologici, che mostrano una relazione tra gli inquinanti atmosferici e le visite al pronto soccorso e i ricoveri ospedalieri. Attualmente sono necessarie indagini tossicologiche, come studi in vivo e in vitro, per testare potenziali effetti tossici negli esseri umani e speculare sui meccanismi correlati. Molti ricercatori hanno utilizzato il materiale di riferimento standard 2975 (SRM2975, particolato di scarico diesel, DEP) come componente del PM per studiare i rischi per la salute associati all’esposizione al PM. Il DEP è emesso dai carrelli elevatori industriali e comprende IPA, nitro-IPA, derivati ​​IPA ossigenati, composti eterociclici, aldeidi e idrocarburi alifatici16,17. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni agli studi tossicologici sull’esposizione al PM. Sono necessarie quantità elevate di DEP per testare la tossicità polmonare, come la tossicità per inalazione dovuta all'esposizione a PM, soprattutto ad alte concentrazioni.

Ciò comporta costi elevati per gli studi sugli effetti a lungo termine dell’esposizione al PM. Inoltre, tra le varie fonti, gli studi tossicologici sul PM possono essere condotti concentrandosi solo sulla tossicità DEP.

In questo studio, abbiamo sintetizzato il PM artificiale (APM) in un ambiente di laboratorio da utilizzare al posto del particolato di scarico diesel (DEP) per studi tossicologici. Abbiamo analizzato il rapporto OC/EC e gli IPA tra DEP e APM, confrontato le caratteristiche patologiche del sistema respiratorio ed eseguito l'analisi trascrittomica dei polmoni in seguito all'esposizione ad APM e DEP attraverso la via intratracheale in uno studio in vivo per valutare il potenziale dell'APM da utilizzare negli studi tossicologici respiratori.