Biomarcatori per il monitoraggio biologico di soggetti esposti ad agenti cancerogeni per il polmone

Riassunto I biomarcatori o “marcatori biologici” svolgono un ruolo fondamentale nel monitoraggio biologico. In questo lavoro ci siamo soffermati sullo studio di biomarcatori di effetto e di esposizione a xenobiotici ambientali. Nel primo caso abbiamo valutato i micro RNA (miRNA) da utilizzare per la diagnosi precoce del tumore al polmone in matrici di facile accesso, quale il CAE e il plasma, utilizzando il miRNA-21, oncogeno, e il miRNA-486, oncosoppressore. I risultati evidenziano una loro capacità di distinguere correttamente i soggetti con tumore polmonare dai soggetti sani, ipotizzando un loro utilizzo a scopo diagnostico. Nella seconda parte del lavoro di tesi sono stati studiati i biomarcatori di esposizione a benzene per valutare gli effetti dell’esposizione a concentrazioni ambientali su bambini residenti in città e a diverso livello di urbanizzazione. Lo studio ha evidenziato una correlazione dose-effetto fra le concentrazioni di benzene e dei suoi metaboliti urinari e un danno ossidativo a livello degli acidi nucleici. Tuttavia, le concentrazioni di benzene urinario non sono influenzate dal grado di industrializzazione, a differenza dell’S-PMA e degli indicatori di stress ossidativo (8-oxodGuo e 8-oxoGuo) che sembrano risentire sia della residenza che del momento del campionamento. Infine abbiamo ricercato possibili biomarcatori di esposizione a vinilcicloesene (VCH), sottoprodotto industriale nella polimerizzazione del 1,3-butadiene, poiché non sono ancora stati proposti BEI di riferimento nonostante i bassi valori di TLV-TWA (0.1 ppm) proposti dall’ACGIH. Nella prima fase del lavoro abbiamo studiato i meccanismi di tossicità del VCH tramite modelli in vitro, testando varie linee cellulari. I risultati evidenziano come la dose reale di VCH sia di molto inferiore a quella nominale per effetto dell’evaporazione. Inoltre, nelle linee cellulari più sensibili si sono evidenziati effetti citostatici, con alterazioni del ciclo cellulare, a differenza dell’esposizione agli epossidi del VCH, il VCD e l’1,2-VCHME, che determinano lisi cellulare con IC50 di 3 ordini di grandezza inferiori a quelli del VCH. La quantificazione dei metaboliti di I fase e di II fase del VCH nelle linee cellulari epatiche ha evidenziato concentrazioni di circa 1000 volte inferiori a quelle del VCH confermando come la sua tossicità sia principalmente dovuta alla produzione degli intermedi epossidici. La trasformazione nei metaboliti di II fase conferma inoltre l’effetto detossificante del metabolismo. La trasferibilità dei risultati ottenuti in vitro su sistemi in vivo fornirà le basi per poter identificare possibili metaboliti da proporre per il monitoraggio biologico di lavoratori esposti a VCH. PAROLE CHIAVE: biomarcatori di effetto e di esposizione, tumore al polmone, miRNA, benzene, vinilcicloesene.

Una nuova politica per il Meridione: la nascita del quarto centro siderurgico (1955-1960)

La ricerca punta a ricostruire il complesso e travagliato processo decisionale che porta alla realizzazione del quarto centro siderurgico di Taranto. Il grande stabilimento viene progettato nel 1955, approda sui tavoli del comitato di Presidenza della Finsider nel settembre del 1956 e dopo quasi quattro anni di dibattiti e dietrofront ottiene il via libera dal consiglio dei Ministri il 9 giugno del 1959. La prima pietra del centro verrà posta il 10 luglio del 1960, il primo settore (un tubificio) inaugurato nel 1961, mentre il resto del complesso entrerà in funzione nel 1964. Ispiratore del centro è Pasquale Saraceno e gli uomini dell'associazione Svimez, convinti sostenitori dell'industrializzazione dell'Italia Meridionale. Il progetto sostenuto apertamente dalla Democrazia Cristiana a partire dal 1956 e in seguito da tutte le forze politiche, viene convintamente osteggiato dall'Impresa Pubblica, Finsider in testa, che vede messa a repentaglio l'autonomia imprenditoriale del gruppo e i propri equilibri economici. Il centro meridionale è considerato strategicamente penalizzante ed economicamente sconveniente, dato che i maggiori centri industriali italiani del tempo si trovano nell'Italia Settentrionale (quindi una localizzazione meridionale comporterebbe un aggravio di costi per le operazioni di trasporto dell'acciaio). L'Impresa pubblica opterebbe su una politica imprenditoriale più prudente, incentrata sul potenziamento graduale dei centri già esistenti. Non così la Politica decisa ad attuare una svolta in grado di realizzare evidenti progressi nell'economia meridionale. La nostra ricerca ha cercato di ricostruire l'impegno e le manovre dei principali partiti politici e parallelamente le strategie e le ragioni dell'Impresa pubblica tenendo anche conto del grande dibattito sorto sulla stampa nazionale tra favorevoli e contrari al progetto e al coinvolgimento dell'opinione pubblica meridionale in particolare pugliese. La ricerca si divide in tre parti (dedicate alle origini del progetto (1954-1955), gli sviluppi della vicenda (1957-1958), il via libera al centro (1959-1960) e si articola in sei capitoli (Meridione e industrializzazione: verso il quarto centro siderurgico; La siderurgia italiana verso il boom: il progetto del IV centro a ciclo integrale; La polemica Iri – Dc: uno scontro istituzionale; Il Pci e il centro siderurgico di Taranto; La vicenda Vado Ligure e la posizione dell'impresa privata; L'approvazione del progetto). La tesi cerca di mettere a fuoco la posizione della Politica (Dc e Pci su tutti), della Tecnica (Iri e Finsider ma anche progetti e impegno dei privati, quali la Fiat e la Falck) e della società civile (soprattutto quella tarantina dedicando una certa attenzione al mondo cattolico). La ricerca si è svolta su più livelli. Nel primo anno si è compiuta un'approfondito studio presso l'archivio dell'Iri (conservato presso l'Archivio Centrale dello Stato a Roma), della Dc (Istituto Sturzo, Roma), del Pci (Istituto Gramsci Roma). Il secondo ha permesso di soffermarsi sulle vicende di Taranto (Archivio dell'Arcidiocesi, Archivio del Comune, Biblioteca Comunale). Il terzo è stato focalizzato ancora su vicende politiche e finanziarie (Archivio Storico Banca d'Italia, Archivio Giulio Andreotti, Archivio storico del Senato, tutti con sede a Roma). L'esame dei verbali dei Comitati esecutivi della Finsider per gli anni 1954 -1959 rivela una chiara direzione: la Finsider studia con grande rigore la situazione del mercato italiano, delle varie aziende e dei centri produttivi del Gruppo. Un rigore finalizzato alla chiusura dei centri ritenuti antiquati e poco funzionali e al potenziamento di quelli più moderni e dalle dimensioni imponenti. Un'azione tesa ad incrementare la produzione, essere competitivi sul mercato internazionale e salvaguardare il vero faro dell'azienda in quegli anni: l'economicità. Cioè ottenere il più possibile tutelando gli equilibri finanziari del Gruppo. E' per questo che per ben due anni, i funzionari dell'azienda avanzano progetti complementari, come quello del piccolo centro di Apuania, ma il Comitato esecutivo pur considerando l'investimento indispensabile e conveniente, decide di rinviarne la realizzazione. Gli elementi più rilevanti sono emersi per l'anno 1957. E' noto come il centro siderurgico meridionale fosse messo a rischio da un altro progetto avanzato dalla Fiat, decisa a realizzare un proprio stabilimento nell'Italia settentrionale, a Vado Ligure. Il centro avrebbe dovuto rifornire di acciaio gli stabilimenti della casa automobilistica rendendola indipendente dall'Industria di Stato. Nel caso si fosse realizzato il centro di Vado (al quale la Fiat rinuncerà nel 1957) sarebbe risultato impossibile realizzarne un altro nel Meridione (a quel punto la produzione avrebbe superato i consumi). Dai dati esaminati emerge una trattativa finora inedita che vede il coinvolgimento della Finsider e di privati stranieri.

Valutazione del rischio ecologico e sviluppo di strategie innovative per il monitoraggio della qualita’ dei corpi idrici: applicazione di un nuovo approccio integrato in un bacino pilota.

Freshwater is extremely precious; but even more precious than freshwater is clean freshwater. From the time that 2/3 of our planet is covered in water, we have contaminated our globe with chemicals that have been used by industrial activities over the last century in a unprecedented way causing harm to humans and wildlife. We have to adopt a new scientific mindset in order to face this problem so to protect this important resource. The Water Framework Directive (European Parliament and the Council, 2000) is a milestone legislative document that transformed the way that water quality monitoring is undertaken across all Member States by introducing the Ecological and Chemical Status. A “good or higher” Ecological Status is expected to be achieved for all waterbodies in Europe by 2015. Yet, most of the European waterbodies, which are determined to be at risk, or of moderate to bad quality, further information will be required so that adequate remediation strategies can be implemented. To date, water quality evaluation is based on five biological components (phytoplankton, macrophytes and benthic algae, macroinvertebrates and fishes) and various hydromorphological and physicochemical elements. The evaluation of the chemical status is principally based on 33 priority substances and on 12 xenobiotics, considered as dangerous for the environment. This approach takes into account only a part of the numerous xenobiotics that can be present in surface waters and could not evidence all the possible causes of ecotoxicological stress that can act in a water section. The mixtures of toxic chemicals may constitute an ecological risk not predictable on the basis of the single component concentration. To improve water quality, sources of contamination and causes of ecological alterations need to be identified. On the other hand, the analysis of the community structure, which is the result of multiple processes, including hydrological constrains and physico-chemical stress, give back only a “photograph” of the actual status of a site without revealing causes and sources of the perturbation. A multidisciplinary approach, able to integrate the information obtained by different methods, such as community structure analysis and eco-genotoxicological studies, could help overcome some of the difficulties in properly identifying the different causes of stress in risk assessment. In synthesis, the river ecological status is the result of a combination of multiple pressures that, for management purposes and quality improvement, have to be disentangled from each other. To reduce actual uncertainty in risk assessment, methods that establish quantitative links between levels of contamination and community alterations are needed. The analysis of macrobenthic invertebrate community structure has been widely used to identify sites subjected to perturbation. Trait-based descriptors of community structure constitute a useful method in ecological risk assessment. The diagnostic capacity of freshwater biomonitoring could be improved by chronic sublethal toxicity testing of water and sediment samples. Requiring an exposure time that covers most of the species’ life cycle, chronic toxicity tests are able to reveal negative effects on life-history traits at contaminant concentrations well below the acute toxicity level. Furthermore, the responses of high-level endpoints (growth, fecundity, mortality) can be integrated in order to evaluate the impact on population’s dynamics, a highly relevant endpoint from the ecological point of view. To gain more accurate information about potential causes and consequences of environmental contamination, the evaluation of adverse effects at physiological, biochemical and genetic level is also needed. The use of different biomarkers and toxicity tests can give information about the sub-lethal and toxic load of environmental compartments. Biomarkers give essential information about the exposure to toxicants, such as endocrine disruptor compounds and genotoxic substances whose negative effects cannot be evidenced by using only high-level toxicological endpoints. The increasing presence of genotoxic pollutants in the environment has caused concern regarding the potential harmful effects of xenobiotics on human health, and interest on the development of new and more sensitive methods for the assessment of mutagenic and cancerogenic risk. Within the WFD, biomarkers and bioassays are regarded as important tools to gain lines of evidence for cause-effect relationship in ecological quality assessment. Despite the scientific community clearly addresses the advantages and necessity of an ecotoxicological approach within the ecological quality assessment, a recent review reports that, more than one decade after the publication of the WFD, only few studies have attempted to integrate ecological water status assessment and biological methods (namely biomarkers or bioassays). None of the fifteen reviewed studies included both biomarkers and bioassays. The integrated approach developed in this PhD Thesis comprises a set of laboratory bioassays (Daphnia magna acute and chronic toxicity tests, Comet Assay and FPG-Comet) newly-developed, modified tacking a cue from standardized existing protocols or applied for freshwater quality testing (ecotoxicological, genotoxicological and toxicogenomic assays), coupled with field investigations on macrobenthic community structures (SPEAR and EBI indexes). Together with the development of new bioassays with Daphnia magna, the feasibility of eco-genotoxicological testing of freshwater and sediment quality with Heterocypris incongruens was evaluated (Comet Assay and a protocol for chronic toxicity). However, the Comet Assay, although standardized, was not applied to freshwater samples due to the lack of sensitivity of this species observed after 24h of exposure to relatively high (and not environmentally relevant) concentrations of reference genotoxicants. Furthermore, this species demonstrated to be unsuitable also for chronic toxicity testing due to the difficult evaluation of fecundity as sub-lethal endpoint of exposure and complications due to its biology and behaviour. The study was applied to a pilot hydrographic sub-Basin, by selecting section subjected to different levels of anthropogenic pressure: this allowed us to establish the reference conditions, to select the most significant endpoints and to evaluate the coherence of the responses of the different lines of evidence (alteration of community structure, eco-genotoxicological responses, alteration of gene expression profiles) and, finally, the diagnostic capacity of the monitoring strategy. Significant correlations were found between the genotoxicological parameter Tail Intensity % (TI%) and macrobenthic community descriptors SPEAR (p<0.001) and EBI (p<0.05), between the genotoxicological parameter describing DNA oxidative stress (ΔTI%) and mean levels of nitrates (p<0.01) and between reproductive impairment (Failed Development % from D. magna chronic bioassays) and TI% (p<0.001) as well as EBI (p<0.001). While correlation among parameters demonstrates a general coherence in the response to increasing impacts, the concomitant ability of each single endpoint to be responsive to specific sources of stress is at the basis of the diagnostic capacity of the integrated approach as demonstrated by stations presenting a mismatch among the different lines of evidence. The chosen set of bioassays, as well as the selected endpoints, are not providing redundant indications on the water quality status but, on the contrary, are contributing with complementary pieces of information about the several stressors that insist simultaneously on a waterbody section providing this monitoring strategy with a solid diagnostic capacity. Our approach should provide opportunities for the integration of biological effects into monitoring programmes for surface water, especially in investigative monitoring. Moreover, it should provide a more realistic assessment of impact and exposure of aquatic organisms to contaminants. Finally this approach should provide an evaluation of drivers of change in biodiversity and its causalities on ecosystem function/services provision, that is the direct and indirect contributions to human well-being.