Analisi del profilo tossicologico e cancerogeno del particolato atmosferico e identificazione dei rischi per la salute umana correlati all'esposizione

Gli impianti di incenerimento di rifiuti solidi suscitano preoccupazione nella popolazione per i possibili effetti avversi associati all’esposizione. Gli effetti delle polveri sottili (PM2.5), generate dai processi di combustione, sulla salute umana includono l’insorgenza di patologie a carico del sistema respiratorio e cardiovascolare e l’aumento della mortalità per malattie polmonari e probabilmente cancro al polmone. Lo scopo della tesi è quello di valutare il profilo tossicologico e cancerogeno del particolato atmosferico in prossimità dell’inceneritore di Bologna rispetto alle aree adiacenti mediante l’utilizzo di test alternativi alle metodologie in vivo, come il test di trasformazione cellulare e approcci di tossicogenomica (soprattutto trascrittomica) oltre alla valutazione della variazione del rischio cancerogeno indotto dall’esposizione di PM2.5 in diversi siti (massima ricaduta, controllo, fondo urbano e fondo rurale) e in differenti periodi di campionamento (estate 2008 e inverno 2009). Gli estratti di PM2.5 relativi alla stagione invernale sono risultati più tossici rispetto ai campioni estivi, che inducono tossicità soprattutto alle alte dosi. Per i campioni invernali il numero medio di colonie di cellule BALB/c 3T3 A31-1-1 risulta ridotto in modo significativo anche per le dosi più basse saggiate indipendentemente dal sito di provenienza. Tutti i campioni analizzati sono risultati negativi nel test di trasformazione cellulare in vitro. L’analisi dell’espressione genica delle cellule BALB/c 3T3 A31-1-1, in seguito all’esposizione agli estratti di PM2.5, ha mostrato un effetto stagionale evidente. Relativamente ai campioni invernali è stato evidenziato un maggior effetto tossico da parte del sito di controllo rispetto alla massima ricaduta, poiché nel sito di controllo risultano attivati marcatori di morte cellulare per apoptosi. La valutazione del rischio cancerogeno in tutti i siti valutati non mostra situazioni preoccupanti legate alla predizione di eccessi di rischio di tumori imputabili all’attività dell’inceneritore in quanto le stime di rischio non eccedono mai il valore limite riportato in letteratura.

Perfluoroalkylated substances in food matrices: development of mass spectrometry based analytical methods and preliminary monitoring

Perfluoroalkylated substances are a group of chemicals that have been largely employed during the last 60 years in several applications, widely spreading and accumulating in the environment due to their extreme resistance to degradation. As a consequence, they have been found also in various types of food as well as in drinking water, proving that they can easily reach humans through the diet. The available information concerning their adverse effects on health has recently increased the interest towards these contaminants and highlighted the importance of investigating all the potential sources of human exposure, among which diet was proved to be the most relevant. This need has been underlined by the European Union through Recommendation 2010/161/EU: in this document, Member States were called to monitor their presence of in food, producing accurate estimations of human exposure. The purpose of the research presented in this thesis, which is the result of a partnership between an Italian and a French laboratory, was to develop reliable tools for the analysis of these pollutants in food, to be used for generating data on potentially contaminated matrices. An efficient method based on liquid chromatography-mass spectrometry for the detection of 16 different perfluorinated compounds in milk has been validated in accordance with current European regulation guidelines (2002/657/EC) and is currently under evaluation for ISO 17025 accreditation. The proposed technique was applied to cow, powder and human breast milk samples from Italy and France to produce a preliminary monitoring on the presence of these contaminants. In accordance with the above mentioned European Recommendation, this project led also to the development of a promising technique for the quantification of some precursors of these substances in fish. This method showed extremely satisfying performances in terms of linearity and limits of detection, and will be useful for future surveys.

Effetti della Salinizzazione sugli Invertebrati del suolo

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare l'effetto della salinizzazione dei suoli sugli invertebrati edafici. Nell'ambito di questo obiettivo generale sono state effettuate due distinte attività di ricerca: una indagine sul campo e una serie di esperimenti di laboratorio. Lo studio sul campo è stato condotto nella Pineta di San Vitale (Ravenna, Italia). L'obiettivo specifico è stato quello di valutare la qualità biologica dei suoli attraverso l'analisi del popolamento dei microartropodi edafici, in relazione alla diversità del suolo e in particolare alla salinizzazione. La qualità biologica dei suoli è stata valutata mediante l'indice QBS-ar. La Pineta è stata campionata nella zona Est, più colpita da intrusione salina e nella zona Ovest dove questo fenomeno è meno evidente. I campionamenti sono stati effettuati in primavera ed estate. I risultati confermano che le caratteristiche chimico-fisiche si modificano in base al gradiente sommità dunali-depressioni interdunali. Per quanto riguarda il popolamento dei microartropodi alcune caratteristiche sono comuni alla maggior parte delle stazioni con lo stesso pedotipo. Non è stato evidenziato alcuno stress sui popolamenti attribuibule alla salinizzazione. Nel complesso, i valori di QBS-ar sono piuttosto elevati. Gli esperimenti di laboratorio sono stati finalizzata alla valutazione degli effetti combinati della salinità del suolo e della contaminazione da pesticidi (chlorpyrifos) sul lombrico Eisenia andrei. Nel complesso, i risultati indicano che effetti avversi sui lombrichi sono possibili a livelli di salinizzazione dei suoli ancora compatibili a concentrazioni di chlorpyrifos che sono piuttosto alte in confronto con i tipici risultati di campo, ma ancora compatibili con l'uso consigliato.

Phytoplankton Response to Environmental Variables and Organic Pollutants. Laboratory Cultures and Numerical Simulations Experiments

Herbicides are becoming emergent contaminants in Italian surface, coastal and ground waters, due to their intensive use in agriculture. In marine environments herbicides have adverse effects on non-target organisms, as primary producers, resulting in oxygen depletion and decreased primary productivity. Alterations of species composition in algal communities can also occur due to the different sensitivity among the species. In the present thesis the effects of herbicides, widely used in the Northern Adriatic Sea, on different algal species were studied. The main goal of this work was to study the influence of temperature on algal growth in the presence of the triazinic herbicide terbuthylazine (TBA), and the cellular responses adopted to counteract the toxic effects of the pollutant (Chapter 1 and 2). The development of simulation models to be applied in environmental management are needed to organize and track information in a way that would not be possible otherwise and simulate an ecological prospective. The data collected from laboratory experiments were used to simulate algal responses to the TBA exposure at increasing temperature conditions (Chapter 3). Part of the thesis was conducted in foreign countries. The work presented in Chapter 4 was focused on the effect of high light on growth, toxicity and mixotrophy of the ichtyotoxic species Prymnesium parvum. In addition, a mesocosm experiment was conducted in order to study the synergic effect of the pollutant emamectin benzoate with other anthropogenic stressors, such as oil pollution and induced phytoplankton blooms (Chapter 5).

Composti perfluorurati: Valutazione degli effetti biologici e molecolari in modelli cellulari

L’acido perfluorottanoico (PFOA) e l’acido perfluoronanoico (PFNA) sono composti perfluorurati (PFCs) comunemente utilizzati nell’industria, negli ultimi 60 anni, per diverse applicazioni. A causa della loro resistenza alla degradazione, questi composti sono in grado di accumularsi nell’ambiente e negli organismi viventi, da cui possono essere assunti in particolare attraverso la dieta. Le esistenti evidenze sugli effetti dell’esposizione negli animali, tra cui la potenziale cancerogenicità, hanno accresciuto l’interesse sui possibili rischi per la salute nell’uomo. Recenti studi sull’uomo indicano che i PFC sono presenti nel siero, con livelli molto alti soprattutto nei lavoratori cronicamente esposti, e sono associati positivamente al cancro al seno e alla prostata. Inoltre, sono state riportate proprietà estrogen-like e variazioni nei livelli di metilazione sui promotori di alcuni geni. L’esposizione in utero è stata associata positivamente a ipometilazione globale del DNA nel siero cordonale. L’obiettivo di questo studio è stato quello di indagare gli effetti dell’esposizione a questi perfluorurati su linee cellulari tumorali e primarie umane (MOLM-13, RPMI, HEPG2, MCF7,WBC, HMEC e MCF12A), appartenenti a diversi tessuti target, utilizzando un ampio range di concentrazioni (3.12 nM - 500 μM). In particolare, si è valutato: la vitalità, il ciclo cellulare, l’espressione genica, la metilazione globale del DNA e la metilazione gene specifica. Dai risultati è emerso come entrambi i perfluorurati abbiano effetti biologici: PFOA presenta un effetto prevalente citostatico, PFNA prevalentemente citotossico. L’effetto è, però, prevalente sulle linee cellulari primarie di epitelio mammario (HMEC, MCF12A), anche a concentrazioni riscontrate in lavoratori cronicamente esposti (≥31,25 µM). Dall’analisi su queste cellule primarie, non risultano variazioni significative della metilazione globale del DNA alle concentrazioni di 15,6 e 31,25 µM. Emergono invece variazioni sui geni marcatori del cancro al seno, del ciclo cellulare, dell’apoptosi, del pathway di PPAR-α e degli estrogeni, ad una concentrazione di 31,25 µM di entrambi i PFCs.

Aspetti Ultrasonografici in Corso di Sviluppo Placentare e Adattamento Cardiovascolare nella Cavalla Gravida: ecografia bidimensionale, ecocardiografia ed ecocontrastografia (CEUS)

In corso di gravidanza normale avvengono modificazioni emodinamiche centrali e periferiche volte a garantire le crescenti richieste nutritive dell'unità feto-placentare. L’ecografia con mezzo di contrasto (CEUS-Contrast Enhanced Ultrasonography) a base di microbolle offre una nuova opportunità di monitorare e quantificare la perfusione utero-placentare in condizioni normali e patologiche. L’ecocardiografia è stata ampiamente usata in medicina umana per valutare l’adattamento morfo-funzionale cardiaco materno durante la gravidanza. Gli scopi di questo lavoro prospettico sono stati di applicare, per la prima volta nella specie equina, un mezzo di contrasto di II generazione (Sonovue®), al fine quantificare la perfusione utero-placentare in corso di gravidanza normale, valutandone gli effetti sul benessere materno-fetale e di descrivere le modificazioni nei parametri ecocardiografici morfometrici e funzionali cardiaci, in particolare relativi alla funzione del ventricolo sinistro nel corso di una gravidanza fisiologica. Due fattrici sane di razza Trottatore sono state monitorate ecograficamente in maniera seriale durante l’intero corso della gravidanza, tramite esame bidimensionale, ecocontrastografia dell'unità utero-placentare, flussimetria Doppler delle arterie uterine, ecocardiografia materna in modalità bidimensionale, M-mode, Doppler e Tissue Doppler Imaging. I neonati sono stati clinicamente monitorati e gli invogli fetali esaminati. Il pattern di microperfusione utero-placentare è valutabile quali-quantitativamente tramite la CEUS e dimostra un’aumento del flusso a livello di microvascolarizzazione uterina con l'avanzare della gravidanza; non è stata rilevata la presenza di microbolle a livello di strutture fetali nè effetti dannosi sul benessere materno-fetale. In questo studio sono state osservate delle modificazioni cardiache materne in corso di gravidanza fisiologica, relative all'aumento della FC, del CO ed in particolare all'aumento delle dimensioni dell'atrio sinistro ed a modificazioni nelle onde di velocità di flusso e tissutali di riempimento del ventricolo sinistro.

Effects of allelopathic compounds produced by native and invasive marine macroalgae on the associated communities

In this study, the production of bioactive secondary metabolites called "allelochemicals" by algae has been investigated, specifically focusing on polyunsaturated aldehydes (PUAs). PUAs are known to have adverse effects on planktonic grazers and on phytoplankton; however, their effect on benthic communities has been poorly studied. Macroalgae are ecosystem engineers that play an important role in the structure of the habitat and associated communities, presenting a great variability in their morphology and structural complexity, which is a primary factor in the structuring of associated communities. In recent decades, it has been seen how the introduction of invasive species can modify the benthic habitat structure, causing cascading effects on the trophic chain. The thesis includes several field and laboratory studies. Field studies examined aldehyde production by native and invasive macroalgal species (Sargassum muticum, in the Adriatic Sea, and Rugulopterix okamurae in the Strait of Gibraltar), their structural complexity, together with their associated phyto and meiobenthos. Two laboratory studies were conducted. The first one, based on microcosms experiments, evaluated the effect of PUA (produced by the diatom Skeletonema marinoi, or as decadienal analytical standard) on meiofauna. The second one evaluated the inhibitory effect of dilkamural, an allelopathic compound isolated from R. okamurae, on unicellular phototrophs. Our results showed that PUAs produced by macroalgae were species-specific and had a significant impact on the benthic community. The morphology of macroalgae was an important factor in shaping associated communities, particularly for microphytobenthos. Invasive species, such as S. muticum and R. okamurae, could reduce the biodiversity of native benthic communities and simplify the habitat. Dilkamural was hypothesized to be an allelochemical defense, and laboratory toxicity tests confirmed this hypothesis. Overall, this thesis sheds light on the importance of allelochemicals and macroalgal structural complexity in the benthic environment and highlights the potential impact of invasive species.