New approach methodologies-oriented toxicology in in vitro systems for implementing the safety-by-design of new nanomaterials

Questo lavoro fa parte del progetto Europeo H2020 ASINA, il quale mira a promuovere delle soluzioni Safe-by-design (SbD) per nuovi nanomateriali (NMs) lungo tutto il loro ciclo vitale. L’adozione di innovativi approcci SbD è di grande importanza nel quadro del Green Deal della Commissione Europea. Negli ultimi decenni, la produzione e l’uso di NMs ha subito una sostanziale crescita, sollevando preoccupazioni a proposito del potenziale rischio associato al loro rilascio e all’esposizione della popolazione. Le nanoparticelle (NPs) di argento (Ag) e di biossido di titanio (TiO2) sono tra i NMs più ampiamente utilizzati e le loro applicazioni in vari prodotti, a causa delle proprietà antibatteriche delle prime e dell’attività fotocatalitica delle seconde, stanno aumentando. Lo scopo di questo lavoro è stato di identificare il pericolo posto da NMs metallici di nuova sintesi, disegnati secondo un approccio SbD, verso la salute umana durante la loro produzione e il loro utilizzo. Il primo passo ha previsto il test delle nuove NPs di Ag e TiO2 con diversi rivestimenti per confrontare i loro effetti tossicologici con NPs di riferimento senza alcun rivestimento. Gli endpoint sono stati selezionati secondo un approccio Adverse Outcome Pathway (AOP), il quale ha consentito l’identificazione dei principali eventi connessi alla tossicità di queste NPs. La vitalità cellulare, la risposta infiammatoria, i livelli di specie reattive dell’ossigeno, il danno ossidativo al DNA, e le interazioni tra cellule e NPs sono state analizzate nel modello alveolare in vitro A549. In seguito, un New Approach Methodology (NAM) è stato sviluppato per identificare e valutare il rischio delle NPs identificate come più sicure nella prima parte dello studio considerando la potenziale esposizione umana durante la loro produzione. Lo scopo è stato quello di definire meglio il pericolo di queste NPs. La selezione di dosi di esposizione appropriate per la definizione del pericolo ha un’importanz
This work is part of the H2020 European project ASINA which aims to promote Safe-by-Design (SbD) solutions for new nanomaterials (NMs) across all life cycle stages. The adoption of SbD novel approaches for new NMs is of pivotal importance in the framework of the European Commission’s Green Deal. Over the past decades, the production and use of NMs have seen substantial growth, raising concerns regarding the potential risk associated with their release and population exposure. Silver (Ag) and titania (TiO2) nanoparticles (NPs) are among the most widely used NMs and their applications in various products, due to the antibacterial properties of the first and photocatalytic activity of the latter, are increasing. The aim of this work is to identify the potential hazard posed by newly developed metal based NMs, designed according to a SbD approach, toward human health during their production and use. The initial step involved testing the newly developed Ag and TiO2 NPs coated with different agents to compare their toxicological effects to reference uncoated NPs. The endpoints were selected according to an Adverse Outcome Pathway (AOP) approach that enabled the identification of the main events linked to the toxicity of these NPs. Cell viability, inflammatory response, reactive oxygen species levels, oxidative DNA damage, and cell-NPs interactions were analyzed in the alveolar in vitro model, A549. Furthermore, a New Approach Methodology (NAM) was developed to identify and evaluate the hazard of the safer NPs (based on the results of the first part of this study) considering the potential human exposure during NMs production. The goal was to improve their hazard and risk definition. The selection of appropriate exposure doses for hazard assessment has gained increasing importance in the risk assessment framework. To this end, starting from monitoring campaign data and applying the MPPD model to determine the lung retained dose of NPs, it was possible to estimate the doses