Unraveling the effects of food-related engineered NANOparticles on the GUT interactive ecosystem
Progetto A causa del costante incremento dello sfruttamento delle nanotecnologie in campo agro-alimentare, si prevede un aumento dell¿esposizione orale alle nanoparticelle ingegnerizzate (NP) da parte dell¿uomo. E¿ stato stimato che nei paesi sviluppati le persone assumono attraverso il cibo più di un trilione di NP al giorno. Nonostante ciò, poco è noto circa l¿assorbimento gastrointestinale e l¿impatto delle NP sulla microflora sessile che popola tale apparato che è responsabile di processi chiave dal punto di vista metabolico, nutrizionale, fisiologico e immunologico. NanoGut intende colmare le lacune scientifiche, esplorando per la prima volta la risposta dei biofilm intestinali alle NP e la loro interazione con probiotici e la mucosa intestinale. Questa ricerca è innovativa e contribuirà a un avanzamento delle attuali conoscenze, offrendo un approccio olistico e nuove metodologie per comprendere gli effetti delle NP sull¿ecosistema intestinale e, di conseguenza, sulla salute umana.
L'obiettivo principale del progetto è fornire le prove scientifiche necessarie per chiarire gli effetti derivanti dall¿ingestione di NP sull¿ecosistema intestinale (cellule epiteliali intestinali, biofilm e probiotico) e i meccanismi legati alla loro potenziale tossicità, con lo scopo finale di: i) promuovere il know-how scientifico per comprendere processi biologici complessi, ii) sviluppare metodologie di avanguardia ma allo stesso semplici per valutare la nano-sicurezza, iii) promuovere la salute umana iv) contribuire a implementare la legislazione vigente. In particolare NanoGut: i) favorirà la conoscenza di base dell¿interazione NP/sistema intestinale a livello tissutale, cellulare e subcellulare mediante eleganti modelli sperimentali in-vitro e ii) studierà vie biologiche, meccanismi di assorbimento e di accumulo, il passaggio delle barriere epiteliali, la biodistribuzione, la localizzazione intracellulare, la persistenza e tossicità di nanomateriali ingeriti.
Le competenze microbiologiche, biochimiche e chimiche del gruppo di lavoro saranno finalizzate a sviluppare metodologie innovative per comprendere gli effetti e l¿interazione delle NP con l¿ecosistema intestinale. Il progetto si basa sulle strategie acquisite e sui promettenti risultati ottenuti del gruppo di lavoro da precedenti esperienze di ricerca. Il progetto prevede lo sviluppo di un modello interattivo in scala di laboratorio per simulare l¿ecosistema intestinale, così composto: i) cellule epiteliali intestinali Caco-2; ii) biofilm multispecie anaerobico; iii) il probiotico Bacillus subtilis subsp. subtilis e iv) concentrazioni subletali di NP di argento. Gli effetti delle NP sull'ecosistema intestinale saranno studiati in termini di: i) crescita e proprietà del biofilm anaerobico intestinale; ii) modulazione del metagenoma del microbiota intestinale; iii) assorbimento cellulare, localizzazione subcellulare ed effetti morfologici; iv) stress ossidativo ed effetti genotossici.
I risultati attesi saranno: i) sviluppo di metodi di ricerca, sistemi modello e tecniche che forniscano misure oggettive e prove scientificamente fondate necessarie a chiarire gli effetti delle NP sull¿ecosistema intestinale con l'obiettivo di promuovere la salute umana, la sicurezza alimentare e supportare le nanotecnologie; ii) fare luce sui fattori adottati dall¿ecosistema intestinale per contrastare l¿impatto dovuto all¿ingestione di NP studiando i meccanismi di azione, locazione e genotossicità dei nanomateriali; iii) identificare biomarkers per l¿ecosistema intestinale al fine di riconoscere e monitorare la presenza di NP; iv) consolidare le basi per nuovi sforzi di coordinazione tra le unità coinvolte, promuovendo la complementarietà tra le attività, e la condivisione delle risorse; v) rinforzare l'eccellenza, l'internazionalizzazione e l'impatto dei sistemi di ricerca e sviluppo italiani e supportare il dinamismo, la creatività e la carriera dei giovani ricercatori.