Spazio chimico e spazio umano

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Claudio Della Volpe

Quante molecole si possono concepire? E quante ne sono state effettivamente concepite e poi sintetizzate? E quante di tali molecole possiamo impunemente produrre o rilasciare nel nostro ambiente? Molta della nostra vita di chimici ruota attorno a queste domande. Non tutte queste domande hanno risposa, anzi direi che nessuna ha una risposta completa; si tratta piuttosto di domande alle quali la chimica moderna sta cercando di rispondere, e non senza fatica.

Per rendere questo compito più semplice sono stati sviluppati molti strumenti veramente accattivanti; per esempio potrei citarvi, MQN-Mapplet (http://www.gdb.unibe.ch/MAPPLET-webpage/home.html), un programma scritto in Java e quindi di fatto adatttabile a qualunque ambiente informatico moderno; personalmente l’ho usato sotto Mac OS X, ma funzionerebbe egualmente sotto Windows o Linux. Lo trovate descritto in un recente articolo(http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ci300513m) di Jean-Louis Reymond e collaboratori. E’ un programma che a differenza di molti database non richiede che formuliate una domanda precisa, anche se potete farlo, potete insomma esplorarlo per il piacere di vedere la chimica con i vostri occhi e godervi il “dove vi porta” un viaggio del pensiero, verso quali strutture vi trasporta, un volo di fantasia pura; ripeto potreste fare anche una domanda precisa, una query, come si dice nel gergo informatico ed allora avreste a disposizione un sottoprogramma grafico con il quale costruire la vostra struttura e vedere in quale parte dell’universo chimico essa giaccia. Il nome informatico di questo universo è Global Data Base, GDB seguito da un numero per indicare a quale quantità di atomi legati facciamo riferimento.

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Questo modo di lavorare espande moltissimo le cose rispetto ai tradizionali database; molti di voi conosceranno DrugBank (>6000 farmaci approvati), ChEMBL (>1.1 milioni di composti con attività biologica), PubChem e Chemspider (>32 milioni di molecole). Ma per esempio il più piccolo GDB in uso GDB11 contiene 26.4 milioni di molecole.

Secondo Jean-Louis Reymond e Lorenz Blum il solo insieme delle molecole di 13 atomi di C, N, O, S e Cl, denominato GDB-13 (1) contiene oltre 977 milioni di diverse molecole, mentre il GDB-17 (2) (C, N, O, S e gli alogeni) ne contiene oltre 166 miliardi.

Dato che il CAS ne riporta al momento solo poco meno di 102 milioni (comprendenti tutte le molecole sintetizzate nella letteratura chimica) ce ne sono molte altre da sintetizzare.

Il concetto di “spazio chimico”, cui fu dedicato uno storico numero di Nature(4), comprenderebbe almeno 1060 diverse molecole; si tratta, come già notato di un numero pressochè infinito e noi siamo solo all’inizio di un cammino che avrebbe come durata possibile la vita dello stesso universo.

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L’immagine sopra (4) è una proiezione bidimensionale dello spazio a 42 dimensioni in cui le molecole del GDB-13 sono rappresentate e in cui i falsi colori sono correlati (Rosso 1, Blu 0) al conteggio degli atomi in anelli nelle molecole.

Le 42 dimensioni sono scelte con riferimento ad aspetti chimici , strutturali o topologici delle molecole e sono elencate in questa tabella:

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Ma 42 variabili sono comunque troppe per poterle rappresentare. In un grafico bidimensionale come quelli mostrati la scelta del significato degli assi cartesiani ha un ruolo chiave; per fare questo si usa la cosiddetta PCA o principal component analysis, ossia un metodo numerico che riduce sistemi a molte variabili scegliendo quelle 2-3 combinazioni arbitrarie di esse che riescono ad esprimerne meglio il comportamento complessivo; per i vari database sono state scelte diverse combinazioni principali, per esempio nel grafico del GDB13 mostrato nella prima figura di questo post l’asse orizzontale rappresenta le dimensioni mentre quello verticale rappresenta la rigidità o il numero di cicli; i colori codificano per aspetti che dipendono dal singolo database e che potete scoprire lavorandoci sopra (per esempio il numero di cicli).

Si tratta di un viaggio affascinante, in cui potete espandere o ridurre il vostro panorama come su una mappa geografica.

Grande interesse ha recentemente ricoperto la ricerca apparentemente “da record” della sintesi della molecola più grande del mondo la PG5, con una dimensione di circa 10 nanometri ed una massa di 200 MDa(5).

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L’interesse per queste cose non è solo teorico; il numero di Nature cui faccio cenno fu supportato da Aventis, una delle maggiori aziende farmaceutiche del mondo, e il motivo è semplice: solo l’esplorazione sistematica di questo immenso spazio, che è sostanzialmente vuoto di molecole utili alla vita o alla pratica farmaceutica, può portare alla scoperta di gruppi di molecole che, come le stelle nello spazio reale possono essere la sede della vita, possiedono attività utili e/o di interesse biologico.

Tutti questi numeroni fanno da contraltare al piccolo numero di molecole le cui conseguenze, nelll’uso pratico sia umano che ambientale sono ben conosciute e mostrano come il problema della gestione delle sostanze chimiche di sintesi sia complesso.

Il lavoro di REACH, che è entrato nel vivo dal 2013, dimostra che in realtà non sappiamo ancora abbastanza nemmeno delle pochissime molecole, 8032 nel registro ECHA, che rivestono importanza industriale.

Il lavoro certosino dei chimici ambientali, per esempio delle APPA o dell’ISS sta pian piano costringendo a rivedere molto di quello che pensavamo sulla innocuità di molte molecole, che però abbiamo contribuito a diffondere a man bassa nell’ambiente, realizzando di fatto il più grande esperimento chimico mai concepito, che ha diffuso su tutta la Terra e in tutta la biosfera atomi e molecole, spesso stabili, ma molte volte pericolosi. Ne ritroviamo dove meno ce lo aspettiamo, per esempio sulla sommità delle montagne, nei ghiacciai, ai Poli, in quelli che potremmo definire “le dita fredde” del pianeta, i punti di condensa di molecole volatili e stabili che l’umanità ha distribuito equanimamente da Polo Nord a Polo Sud.

Sul sito di WECF, (Women in Europe for a Common Future) una organizzazione non-profit sovvenzionata da molti governi europei e dai loro ministeri dell’ambiente (ma non da quello italiano e da nessun grande marchio della industria chimica mondiale) ho trovato un breve depliant che cerca di informare sugli EDC.

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Gli EDC sono gli Endocrine Disrupting Chemicals, sostanze come i parabeni o gli ftalati, più di 200 sostanze che diventano contaminanti del cibo o dell’ambiente e che hanno rischi potenziali sulla bassa qualità dello sperma umano, sulla infertilità femminile, sul diabete e sul cancro, sulla adiposità e su alcune condizioni neurologiche.

La mia domanda è semplice: perchè non siamo prima di tutto noi i chimici, gli esploratori orgogliosi del Chemical Space a denunciarne anche i rischi? Perchè lasciamo questo ingrato compito ai non-chimici, che molto spesso non sono nemmeno qualificati a farlo ?

Finchè faremo fare agli altri il nostro lavoro ci sono due semplici conseguenze: da una parte non lo faranno bene e in secondo luogo noi ne avremo solo conseguenze negative.

Il fatto è che per fare bene questo lavoro di esplorazione dello spazio chimico che non può essere disgiunto dall’etica e dalla attenzione all’ambiente dovremo giocoforza assumere una posizione di “terzietà”, di indipendenza culturale rispetto a coloro (che sono numerosi) che traggono inusitati benefici economici dalla nostra difficile esplorazione.

Finchè ci sarà confusione fra gli esploratori e chi ne attende sulla terraferma industriale i risultati per usarli a proprio vantaggio, spesso senza attenzione alle conseguenze, gli esploratori potranno continuare ad essere considerati delle teste calde o perfino degli sconsiderati, certo non degli eroi.

Voi che ne pensate?

1.J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8732-8733

2.J. Chem. Inf. Model., 2012, 52, 2864-2875.

3.http://www.gdb.unibe.ch

4.Kirkpatrick, P.; C. Ellis (2004). “Chemical space”. Nature 432 (432): 823–865

5.Djuke Veldhuis, New Scientist gennaio 2011

altre fonti:

http://www.gdb.unibe.ch/gdb/home.html

https://www.soc.chim.it/sites/default/files/chimind/pdf/2013_2_149_ca.pdf

La Scuola di Specializzazione, REACH, ECHA.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Gianfranco Scorrano, già Presidente SCI

Nei primi mesi di quest’anno sono stati annunciate due scuole di Specializzazione in Valutazione e Gestione del Rischio Chimico (VGRG): dal titolo si capisce solo in parte il contenuto ma niente della loro storia che è quella delle prime scuole di specializzazione promosse dai chimici e dalla Società Chimica Italiana.

Nel dicembre 2006 il Parlamento europeo e il Consiglio hanno approvato il regolamento “REACH” (acronimo di “Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of CHemicals“), che prevede la registrazione di tutte le sostanze chimiche prodotte o importate nell’Unione europea in quantità maggiori di una tonnellata per anno, nonché l’istituzione dell’Agenzia europea per le sostanze chimiche (ECHA, localizzata a Helsinki).

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Il regolamento REACH si prefigge, tra l’altro, i seguenti obiettivi: 1) migliorare la conoscenza dei pericoli e dei rischi derivanti da prodotti chimici in modo da assicurare un elevato livello di protezione della salute umana e dell’ambiente; 2) promuovere lo sviluppo di metodi alternativi a quelli che richiedono l’utilizzo di animali vertebrati per la valutazione dei pericoli delle sostanze; 3) mantenere e rafforzare la competitività e le capacità innovative dell’industria chimica dell’UE. I fabbricanti o gli importatori hanno l’obbligo di registrare i prodotti, in particolare quelli commercializzati per 1 tonnellata o più, presentando all’ECHA alcune informazioni di base sulle sue caratteristiche e, in mancanza di dati disponibili, con l’esecuzione di test sperimentali per caratterizzare le relative proprietà fisico-chimiche, tossicologiche e ambientali. Sulla base di tali dati l’ECHA valuta se i rischi di ciascuna sostanza per la salute umana e l’ambiente siano adeguatamente controllati. In questo caso l’ECHA da la sua autorizzazione ovvero classifica le sostanze “estremamente preoccupanti”, come le sostanze Cancerogene, Mutagene e tossiche per la Riproduzione (CMR), le sostanze Persistenti, Bioaccumulabili e Tossiche (PBT), le sostanze molto Persistenti e molto Bioaccumulabili (vPvB) e gli Interferenti Endocrini (IE) il cui uso è ristretto o vietato.

L’ECHA promuove anche le attività volte a garantire la sostituzione delle sostanze estremamente preoccupanti con sostanze o tecnologie meno pericolose.

Subito dopo l’entrata in vigore del REACH abbiamo cominciato ad interessarci come Società Chimica Italiana di appoggiare le iniziative che stavano nascendo da varie parti per poter fornire ai laureati chimici quelle informazioni che non sempre venivano dai corsi di laurea, in particolare rilevanti per il regolamento REACH. E’ stata una utile coincidenza avere come Presidente della SCI Luigi Campanella, da sempre interessato a queste problematiche. Creò una commissione nel 2008 che si allargò subito dopo l’incontro con il dott. Pietro Pistolese, chimico del Ministero della Sanità, nominato come rappresentante Italiano nel Member State Committee dell’ECHA, il quale ricordava il grave disagio delle aziende italiane, non solo chimiche ma anche fruitrici di prodotti chimici nel momento in cui dovranno attivarsi per giustificare di fronte al REACH l’uso di prodotti chimici pure necessari per le loro produzioni.echa3

Una attenta riflessione, ripassando tutti i corsi di laurea approvati dal CUN nei miei circa nove anni di rappresentanza dei chimici in quell’organismo, ci condusse facilmente a pensare che i corsi di chimica non fornivano quelle conoscenze tossicologiche e legali necessarie per operare con successo nell’ambito delle normative REACH, e spesso erano anche carenti dal lato ambientale. Era necessario inventarsi un corso post-laurea. L’esame di quanto era presente nelle Università italiane mostrò che erano partiti alcuni corsi master espressamente dedicati al REACH: per esempio a Padova-Venezia, ma anche a Napoli, Pavia e Genova. I corsi master sono “liberi” nel senso che non vengono modellati su schemi approvati dal ministero, ma lasciati alla libera iniziativa delle università e, per questo, privi di un valore legale. Diversa era la situazione delle Scuole di specializzazione: però non esisteva nessuna scuola di specializzazione chimica e sembrava difficile riuscire in tempi brevi a farne approvare una.

Decidemmo allora di optare per un master approvato dal ministero e procedemmo a studiare una bozza “Master in REACH” che fu trasmessa (nell’ottobre del 2009) al ministero dalla Società Chimica Italiana perché venisse inviata al Consiglio Nazionale Universitario(CUN) per essere approvato. Purtroppo, i rapporti interministeriali tra il Ministero della Salute (dr. Pistolese) e il Ministero dell’Università, MIUR) (Dr.ssa Teresa Cuomo, Dirigente Ufficio IX) furono piuttosto competitivi, credo per ragioni di competenza.

Si cercò di aggiustare la situazione ottenendo, dopo avere avuto l’approvazione del CUN (5-11-2009), con l’aiuto del nostro rappresentante allora prof. Ettore Novellino, anche l’approvazione del Consiglio Superiore di Sanità (4-5-2010) e finalmente la firma dei due ministri Mariastella Gelmini (MIUR) e Ferruccio Fazio (Salute) il 16 giugno 2010.

Nel frattempo erano apparse alcune scuole di specializzazione non mediche e, d’altra parte, si era visto che nei master, il tempo di insegnamento era limitato per fare un corso veramente di specializzazione. Ancora, era diventato anche più pesante la difficoltà che vedevano molti chimici, che operavano nelle ASL, Arpa, INAIL e altre comunità statali e regionali, che non riuscivano a raggiungere posizioni dirigenziali per la mancanza del requisito richiesto di essere in possesso di una Specializzazione.

Ripartimmo così con l’idea della Scuola di Specializzazione, ancora appoggiati dal nuovo presidente SCI, Prof. Vincenzo Barone, con l’aiuto della stessa commissione e di quella creata nel Ministero Sanità, preparammo una bozza di Scuola di specializzazione che venne ampiamente discussa e in particolare ebbe problemi alla Sanità, che desiderava forse seguire una strada come quella seguita per il master, ma di cui il MIUR non voleva sentire parlare, essendo le scuole di specializzazione di competenza, esclusivamente, del MIUR. Passò del tempo. Ma infine il CUN approvò (13-4-2012) la Scuola di Specializzazione in “Valutazione e Gestione del Rischio Chimico” e il relativo DM del 19-6-2013 fu firmato da Maria Chiara Carrozza e appare nella GU148 del 26/6/2013.

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Qualche tempo di maturazione e dopo circa 6 anni (due soli ministri MIUR) siamo arrivati al traguardo: auguri al Prof. Andrea Tapparo, che è stato per tutto il tempo nelle varie commissioni di cui sopra, che ora dirige la Scuola di Specializzazione di Padova e al prof. Bruno Botta, che dirige quella di Roma, La Sapienza. Buon lavoro! E auguri a coloro che faranno l’esame di ammissione nel mese di marzo.

Naturalmente lo schema della scuola di specializzazione è dedicato a problemi che ricadono sul REACH ma anche a tutti i problemi che la chimica deve affrontare quando decide di mettere “sul mercato” prodotti ancora non esistenti, utili per tante attività umane, ma che certamente debbono essere opportunamente provati per la sicurezza ambientale.echa5

Per saperne di più:
http://www.chimica.unipd.it/ssvgrc

http://www.uniroma1.it/didattica/offerta-formativa/corsi-di-specializzazione/elenco-dei-corsi

Innovazione in Italia.

a cura di Luigi Campanella, ex presidente SCI

La scelta di una politica di maggiore o minore autonomia tecnologica è legata al livello di sviluppo economico e scientifico del paese e cioè alla qualità ed al costo delle innovazioni disponibili. Tenuto conto – sia pure con la difficoltà di aggregare rigorosamente alcuni dati disponibili – che il tasso di crescita delle spese per ricerca e sviluppo (R.S.) è maggiore di quello della dipendenza nei confronti dell’estero, misurata dalla Bilancia dei pagamenti tecnologici (B.P.T.) (circa 150% contro 100%) si potrebbe affermare che l’industria italiana è orientata verso scelte di autonomia tecnologica. In effetti le cose stanno in modo diverso: la dipendenza dall’estero è effettivamente scarsa nei settori a tecnologia intermedia (auto, elettrodomestici, navale), ma è tuttora fortissima e crescente nei settori nuovi dove essa si manifesta attraverso le licenze, ma soprattutto attraverso gli investimenti diretti delle imprese straniere.
Generalmente le aziende che “innovano” sostanzialmente ricorrono o a Know how e licenze straniere o a ricerca aziendale: il fatto preoccupante è che mentre i settori “intermedi” cercano di sviluppare il secondo strumento, le imprese italiane dei settori “nuovi” usano massicciamente il primo, ricorrendo agli acquisti dall’estero; si pensi poi che ove si considerino i settori a più alto contenuto tecnologico (elettronico professionale e telecomunicazioni, componenti elettronici, elettronica di consumo, calcolatori elettronici, aeronautica, strumentazione, materie plastiche, fibre chimiche, farmaceutici) la percentuale di aziende che ricorrono all’importazione di licenze e know how supera il 50% con punte del 75% nei calcolatori e nell’elettronica professionale.
Le quote di esportazioni sul fatturato è sempre maggiore per le imprese che producono innovazioni per mezzo di R e S rispetto a quelle che ricorrono ai brevetti.
Quali le cause delle differenze nel ritmo delle innovazioni? Difficile certamente un individuazione completa, ma certe carenze presenti sono da individuare nell’attuale stato dell’entità dello sforzo di ricerca, della diffusione delle informazioni scientifiche e tecniche, della dimensione qualitativa e dinamica del mercato, della capacità imprenditoriale di trasferimento delle invenzioni e delle tecnologie. In tale contesto emergono altre linee di intervento pubblico in favore dell’innovazione industriale: la previsione tecnologica, la ricerca scientifica, l’informazione scientifica.
Collegato al problema della innovazione tecnologica è quello dell’occupazione nei suoi vari aspetti: produzione e produttività, rapporto uomo macchina, organizzazione del lavoro, orario Se da un lato il processo innovativo avvicina la macchina all’uomo dall’altro finisce per isolarlo – proprio con la “sua macchina” – dagli altri uomini.
Se a ciò si aggiunge l’aspetto del rumore, della monotonia e della continuità del lavoro da un lato e quello della valorizzazione delle conoscenze tecniche e della qualificazione delle mansioni dell’altro, si comprende come il rapporto occupazione/produzione non possa essere liquidato senza tenere conto di tutti i parametri e delle cosiddette “condizioni al contorno”.

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Un aspetto di particolare interesse è quello relativo agli interventi dello Stato soprattutto nel settore avanzato: tenuto conto che il grado di internazionalizzazione è per esso più elevato che per gli altri settori, che il mercato nazionale non può assolutamente assicurare una autonomia significativa di crescita ad esso, che per le spese di investimento per il R.S. sono in questo settore particolarmente elevate (dal 3 al 20% del fatturato), che una domanda crescente ad alti tassi dei settori avanzati non avrebbe mercato interno remunerativo, lo sviluppo di tali settori richiede l’azione diretta dello Stato non tanto attraverso una politica di incentivi, rivelatasi non sempre trainante nei confronti del capitale privato, ma soprattutto attraverso una nuova politica che tenda ad abbassare i livelli di burocratizzazione,a rendere più economico il costo dell’energia, a creare un sistema infrastrutturale di servizio alle piccole e medie imprese. Il recente caso dell’applicazione del REACH è un esempio calzante:la piccola impresa, quella familiare per intenderci, così presente nel nostro Paese, potrà sopravvivere, senza l’aiuto di adeguate infrastrutture, al rispetto di un regolamento sacrosanto nelle sue motivazioni,.ma discriminante nel mercato internazionale ?

per approfondire:

http://www.chimici.info/chimica-ruolo-di-punta-per-l-39-innovazione-in-italia_news_x_6176.html

Il punto sul REACH

a cura di Luigi Campanella, ex presidente SCI

La proposta della Commissione Europea del Regolamento “R.E.A.Ch.” prevede la registrazione, la valutazione, l’autorizzazione e l’eventuale restrizione di oltre 30.000 sostanze chimiche. La sua implementazione coinvolge in Italia oltre 2.000 Imprese Chimiche e della Distruzione Chimica e oltre 500.000 imprese di trasformazione industriale: la sua applicazione richiede l’effettuazione di test previsti dalle procedure del R.E.A.Ch. Particolare attenzione è quindi data ai test alternativi il cui utilizzo è richiamato dal regolamento stesso e fortemente sostenuto in Unione Europea.

reachDunque il R.E.A.Ch. è ormai alle porte! Prepararsi per tempo è quindi un obiettivo prioritario delle Imprese, che dovranno sin da ora confrontarsi sulle analisi necessarie, sui meccanismi decisionali da prendere e sulle procedure da adottare, per affrontare con successo il R.E.A.Ch. nei prossimi anni e mantenere la Competitività Sostenibile del Sistema Industriale Operante in Italia.

Al fine di verificare le sostanze che saranno soggette a registrazione si deve effettuare un primo screening per escludere quelle che possono già essere esentate dalla registrazione in base ad alcuni criteri generali descritti nella proposta finale del regolamento:

–       sostanze prodotte/importate a meno di 1 t/anno;

–       verifica dell’art. 2, scopi;

–       sostanze già notificate secondo EEC 67/548 (EEC 92/32, D.Lgs. no. 52/97);

–       sostanze contenute negli allegati II, III;

–    sostanze contenute in articoli ma non rilasciate e/o non considerate capaci di provocare un rischio;

–       sostanze contenute in preparati secondo criteri specifici;

–       polimeri;

–       particolari classi di intermedi (non isolati);

–       sostanze in regime di esenzione finalizzata al processo R&D.

Una volta ottenuta questa prima scrematura, che prevede un’argomentazione specifica per ogni sostanza si può ottenere la lista delle sostanze soggette a registrazione. Queste sostanze sono quindi soggette a pre-registrazione da parte delle aziende.

Il secondo momento prevede la creazione di una banca dati per ciascuna sostanza al fine di verificare sulla base dei dati disponibili il programma sperimentale ancora da affrontare. La finalità è altresì quella di identificare, se possibile, le sostanze che procederanno nella fase di autorizzazione.

È un punto molto importante per le eventuali strategie da adottare nel caso di restrizione di uso, di autorizzazioni per un periodo limitato e soprattutto al fine di costruire un badget di spesa da distribuire nel periodo di registrazione

Per ogni sostanza quindi si deve:

–       verificare il tonnellaggio di commercializzazione (1 – 10 – 100 – 1.000 t/anno) per organizzare i tempi di registrazione;

–       verificare i dati di sicurezza in possesso (tossicologici, eco-tossicologici, chimico-fisici) e la loro validità (GLP, pubblicazioni scientifiche, dati epidemiologici ecc.); stabilire il loro valore regolatorio ed economico; procedere eventualmente con ricerche su banche dati;

–       verificare come la sostanza possa essere connotata e quindi soggetta a fase si autorizzazione;

–       verificare se la sostanza possa avere effetti specifici e quindi essere soggetta a fase di autorizzazione;

–       verificare gli usi della sostanza presso gli utilizzatori finali e gli scenari specifici di esposizione (uomo, ambiente). È una fase molto importante per la definizione del relativo Risk Assessment;

–        verificare per ogni sostanza se la propria azienda è fornitrice (lista dei clienti) o utilizzatore finale (lista dei fornitori); se la ditta di connota come utilizzatore finale verificare se si proceda con usi diversi da quelli previsti dal fornitore, condizioni che presuppone una registrazione propria della sostanza;

–       verificare la completezza delle schede di sicurezza e l’eventuale presenza di una valutazione del rischio già effettuata.

In particolar modo la valutazione dei dati disponibili sarà fondamentale per le seguenti finalità:

–       i dati servono nella pre-registrazione;

–       i dati possono divenire un valore economico se devono essere condivisi nei consorzi;

–       i dati possono servire ad identificare le sostanze sospette;

–       i dati possono servire per identificare alcune sostanze con effetti specifici.

In generale si  procede con una sorta di lista di pericolosità delle sostanze sulla base della quale programmare gli ulteriori studi.

reachIl sistema R.E.A.Ch. si basa su quattro elementi:

–       Registrazione

–       Valutazione

–       Autorizzazione

–       Restrizioni.

La procedura delle restrizioni offre una garanzia di sicurezza supplementare in quanto, prescindendo dal limite quantitativo di 1 ton/anno, consente di far fronte ai rischi che non siano stati presi in sufficiente considerazione dagli altri elementi del sistema R.E.A.Ch. Essa rappresenta la trasposizione nel R.E.A.Ch. delle disposizioni della Direttiva 76/7 69/CEE. La restrizione può essere emanata con procedura rapida, ma può anche dipendere dalle conclusioni della valutazione.

Le sostanze che non figurano nel registro non potranno essere commercializzate nell’Unione una volta scaduto il termine previsto dalla normativa. È stato adottato il principio si sostituzione delle sostanze a rischio (es. cancerogene e mutagene) con alternative “più sicure, se disponibili”: in caso contrario occorrerà controllarne l’uso.

È chiaro che l’uscita dal mercato di un composto e di tutti i prodotti che lo contengono è un fatto industrialmente traumatico in quanto presuppone non soltanto il ritiro dal mercato dei pezzi venduti, ma anche l’interruzione del ciclo produttivo e la ricerca di prodotti sostituenti mutuabili per proprietà a quelli ritirati.

Ciò suggerisce di dare assoluta priorità alla individuazione, se possibile, di questi composti per avere più tempo davanti per pensare alla loro sostituzione.

La valutazione della sicurezza di un prodotto chimico deve tenere conto dei seguenti effetti della sua produzione o del suo utilizzo:

1)     sulla salute umana (tossicità acuta, sensibilità, cancerogenicità, mutagenicità, e tossicità per la riproduzione);

2)     sull’uomo dei rischi potenziali delle sostanze chimiche (esplosività, infiammabilità r potere comburente);

3)     sull’ambiente (sul sistema acquatico, terrestre, atmosferico ed anche su sedimenti), sull’attività microbiologica, sui sistemi di trattamento delle acque e sul potenziale di accumulo nella catena alimentare;

4)     di bioaccumulo e di persistenza nell’ambiente di sostanze tossiche;

5)     il meccanismo ed il livello di valutazione dell’esposizione (deve essere esaminato ogni scenario di dispersione dei prodotti chimici e per ognuno di questi occorre stimare le emissioni, il destino chimico e la natura dei prodotti di trasformazione e di degradazione);

6)     la valutazione dei rischi (chemical risk assessment and management).

Analisi del rischio vuol dire non solo valutare tossicità, ecotossicità e bioaccumulo, ma anche le potenziali esposizioni a seconda del diverso uso dei prodotti.

Per un’analisi del rischio è necessario quindi conoscere le seguenti informazioni:

1)    le categorie di uso (se il prodotto sarà utilizzato in ambito industriale, professionale o da consumatore) e se sarà usato in sistemi chiusi, inglobato in matrici o usato in maniera dispersiva o non dispersiva;

2)    le categorie d’esposizione: umana (per inalazione, cutanea e orale) ed ambientale (acqua, suolo e aria);

3)    le durate di esposizione (accidentali, occasionali, ripetute e frequenti).

Altri effetti nocivi che è necessario conoscere sono gli effetti sulla riduzione dell’ozono, sulla creazione fotochimica di ozono, sulla distruzione del sistema endocrino e sull’effetto serra.

È necessario che le aziende descrivano quali siano le misure da prendere per proteggere gli uomini e l’ambiente dall’uso di determinati prodotti. Inoltre per ogni sostanza occorre conoscere tutte le informazioni che usualmente sono riportate nelle schede di sicurezza che sono, oltre a quelle tossicologiche, quelle di ecotossicità ed i dati chimico-fisici, la conoscenza delle misure da prendere nel caso di incendi, nel caso di rilasci accidentali, nella manipolazione e nello stoccaggio, le informazioni sul trasporto e sullo smaltimento, di pronto soccorso, di protezione individuale contro l’esposizione ed infine i dati di stabilità e reattività.

Il progetto europeo R.E.A.Ch. comporta la messa a punto e l’applicazione di analisi e determinazioni finalizzate a tale regolamentazione.

I recenti esiti della ricerca scientifica spingono verso metodi alternativi, efficaci ed economici, che consentirebbero di portare a termine il progetto R.E.A.Ch. in tempi brevi e a costi di gran lunga più bassi rispetto a quelli previsti nel caso si adottassero i metodi di sperimentazione animale (alcune cifre sui costi previsti della sperimentazione che provengono dal National Toxicology Programme statunitense mostrano che testare una sola sostanza costa tra i 2 e i 4 milioni di dollari e richiede un tempo medio di almeno tre anni), per di più salvando migliaia si animali/cavie.

Quali sono questi test alternativi?

Quelli basati sulla tossicogenomica, capaci di misurare l’impatto dei progetti di sequenza di interi genomi sullo studio dell’interazione tra geni e risposta a tossici: Clonaggio posizionale e sottrattivo, tecniche di sequenza genetica, tecniche ad alta risoluzione per lo studio dei polimorfismi (SNP); associazione tra polimorfismi genetici, espressione genetica e predizione di suscettibilità; riferimento a organismi modello nello studio dei meccanismi di risposta a tossici; nuove tecniche di genomica funzionale applicate allo studio dei meccanismi cellulari di azione e resistenza a sostanze tossiche: DNA microarrays, chip a DNA, Analisi Seriale dell’Espressione Genica (SAGE).

Microarray2il DNA MICROARRAY applicato per stabilire se un agente chimico sia in grado di danneggiare l’organismo, al fine di rispondere alla seguente domanda: “l’agente altera l’attività dei geni nelle cellule in modo tale da causare o riflettere un danno cellulare?” utilizza un protocollo che disponendo di un microarray o chip, contenete DNA a singolo filamento, ne misura l’alterazione per esposizione a tossici quantificando ogni variazione di attività genica indotta dal composto.

L’inaffidabilità e le incertezze che ai fini di R.E.A.Ch. possono accompagnare i risultati di test basati su sperimentazione animale, a causa dell’influenza genetica che è alla base della risposta, suggeriscono anche altre alternative.

Il test di citotossicità – ad esempio – permette di valutare il danno arrecato dall’esposizione ad un agente chimico alla capacità replicativa delle cellule. I delicati meccanismi che presiedono la replicazione cellulare rispondono in modo assai più fine di test che basano la valutazione della tossicità di un composto su un danno strutturale della cellula, che è una risposta al danno di tipo “on-off”.

Un altro aspetto che vale la pena di ricordare riguarda il fatto che la maggior parte dei test in vitro analizza l’attività genotossica dei composti chimici: questi saggi, però, possono essere utilizzati con successo solo nell’analisi di quei composti chimici in grado di indurre un danno evidente al DNA, così da agire come inizianti nel processo multifasico di cancerogenesi.

Nell’ambiente appare significativo il contributo delle sostanze promoventi, sostanze cioè in grado di contribuire al processo di cancerogenesi mediante meccanismi non genotossici (detti EPIGENETICI). Una sostanza promovente è in grado di selezionare singole cellule o piccoli foci di cellule la cui struttura genica risulti in qualche modo alterata (cellule iniziate) inducendo dapprima la proliferazione di aree focali di cellule trasformate e quindi innescando nel tempo un processo di “progressione” tumorale che diventa nel tempo irreversibile.

Il test di trasformazione cellulare in vitro su cellule è in grado di discriminare tra sostanze inizianti e promoventi. È quindi possibile indagare l’attività di una sostanza ritenuta promovente esponendo cellule “iniziate” da dosi sub-trasformanti di un cancerogeno noto alla presunta azione promovente di un agente chimico.

IMG_LP5_AZ3Il test di trasformazione utilizzato da anni come test di screening per le sostanze a presunta attività cancerogena, particolarmente duttile ed idoneo ad identificare il potenziale cancerogeno di miscele complesse, come quelle ambientali.

Dotato di una elevata concordanza con i test di cancerogenesi nell’animale, il test di trasformazione rende anche possibile la valutazione delle capacità inizianti e/o promoventi di agenti chimici.

Il test di crescita in soft-agar indaga la capacità delle cellule di formare colonie in assenza di adesione al substrato: la capacità di formare colonie in terreno semi-solido è generalmente utilizzata come indice di trasformazione neoplastica connessa alla tumorigenicità.

La chimica può contribuire significativamente alla messa a punto di test affidabili ed al tempo stesso che non richiedano tempi tanto lunghi da dilazionare molto in avanti l’applicazione dei contenuti del R.E.A.Ch.. La chimica offre l’opportunità di metodi che attraverso una preliminare fase di screening ed una successiva fase di test, con la individuazione di indici marker significativi consentano – anche attraverso l’impiego di composti di riferimento per modulare le scale per l’ordine di classificazione dei composti testati – di potere assegnare ad ogni composto una sorta di coefficiente di probabilità ad essere sostituito, che faccia emergere le urgenze più significative. La ecotossicità, la bioaccumolabilità e la ecopermanenza sembrano criteri marker significativi finalizzati alla definizione di tali graduatorie. In questo senso strumenti operativi messi a punto dal proponente e finalizzati allo scopo indicato sono:

1)    biosensori respirometrici e fotosintetici che valutano la tossicità sulla base dell’effetto del composto testato sulle capacità respiratorie di cellule aerobiche (lieviti, ad esempio) e quelle fotosintetiche di cellule algali;

2)    i test di bioaccumulazione su tessuti vegetali diversi;

3)    i fotosensori di ecopermanenza basti sulla misura ai fini della valutazione di questa, della recalcitranza a processi fotodegradativi catalizzati da TiO2 e monitorati in continuo attraverso la misura del potenziale superficiale.

11 marzo 2013: una data storica!

a cura di Luigi Campanella, ex-presidente SCI

L’11 marzo 2013  diventerà una data storica nella battaglia per superare il tabù dell’obbligo della sperimentazione animale. Entra, infatti, in vigore il divieto totale, in tutto il territorio comunitario, di testare e commercializzare ingredienti e prodotti cosmetici sperimentati su animali. Il bando rappresenta certamente una vittoria del movimento che difende i diritti degli “altri animali”, cioè dei milioni di specie con cui condividiamo il pianeta. Ma la decisione del Parlamento europeo è un atto che va al di là di questo specifico settore. E’ un punto di svolta importante, oltre che dal punto di vista etico, per due motivi. Il primo riguarda la difesa dei cittadini: i nuovi test che usano metodologie alternative alla sperimentazione animale, secondo molte associazioni, sono più efficaci dei vecchi sistemi.

cropped-nocruelcosmetics.pngE’ un campo controverso, con pareri divisi all’interno della comunità scientifica. Ma si sta rafforzando l’approccio che punta ad arrivare alla sicurezza attraverso test basati su colture cellulari, sulla ricostruzione della pelle umana e su software avanzati invece che attraverso tecniche cruente su animali vivi. Anche perché specie diverse possono avere risposte diverse alla stessa esposizione chimica.

Il secondo motivo riguarda il ruolo dell’Europa e la sua possibilità di ritrovare una leadership globale. La Cina ad esempio è uno dei pochi paesi con una legge che rende obbligatori i test sugli animali per la produzione di nuovi cosmetici. La manterrà? La pressione cresce, come dimostra la campagna Be Cruelty-Free lanciata dall’associazione Humane Society International in vari paesi per estendere il bando dell’uso della vivisezione per la produzione di mascara e creme anti rughe.

Nel settore dei cosmetici l’Unione europea, il principale mercato del mondo, ha scelto una direzione di marcia, ha stabilito regole del gioco basate su un ampio consenso, ha imposto parametri basati su un’accelerazione innovativa legata a una forte motivazione etica. Non è la vecchia difesa commerciale basata sui dazi: è una sfida verso il futuro. Ora i concorrenti dovranno adeguarsi se vorranno  esportare nel vecchio continente.

In effetti  da un po’ di tempo l’Unione Europea sta rivedendo la direttiva che regola la protezione degli animali usati per scopi scientifici e sperimentali. La Direttiva 86/609/EEC che data al 1986 ha il fine di standardizzare il buono stato (il benessere) degli animali nei laboratori di ricerca in Europa. In Marzo 2009 la Commissione sull’Agricoltura e lo Sviluppo Rurale del Parlamento Europeo ha votato 524 emendamenti a questa direttiva, di questi 161 sono stati adottati. Con le sue decisioni la Commissione ha inteso limitare la sperimentazione senza con questo bloccare la ricerca scientifica. I Membri del Parlamento Europeo hanno votato per regole che dovrebbero assicurare che i test programmati siano assoggettati a cogenti valutazioni etiche per tenere conto della posizione dei cittadini. L’impiego di animali nelle procedure scientifiche dovrebbe essere considerato soltanto in ) di mancanza di un’alternativa.

nocruelcosmeticsCirca a 12 milioni di animali vengono impiegati per scopi scientifici in Unione Europea ogni anno. Circa 10000 di questi sono primati non umani. Due terzi di questi sono impiegati per valutare sicurezza ed efficacia di farmaci e dispositivi farmaceutici. Il rimanente terzo è impiegato per studi biologici di base e per ricerche in medicina umana e veterinaria. Con le sue decisioni  il Parlamento Europeo ha bandito l’impiego di grandi primati non umani (scimpanzé, gorilla, orango) eccetto che per esperimenti finalizzati proprio alla conservazione di queste specie. Tale tipo di sperimentazione è già vietata in Austria, Gran Bretagna, Olanda, Svezia e di fatto in Europa non avviene più dal 2002: pertanto il bando non influenza significativamente la ricerca attuale. Il Parlamento Europeo ha anche deciso che i test su animali diversi dai primati non umani non dovrebbero essere ristretti a condizioni che minaccino o disabilitino alla vita,che influenzerebbero seriamente la ricerca su alcune forme di cancro, sclerosi multipla e morbo di Alzheimer. Inoltre le linee guida europee ed internazionali richiedono che alcuni farmaci siano testati sui primati prima di essere approvati, da cui la necessità in alcuni casi di approvazione di questi test, posizione che sostanzialmente è stata sostenuta da molti scienziati dell’industria farmaceutica e dalle associazioni di ricerca medica ed accettata dal Parlamento Europeo.

Il quadro non può essere completo se non ricordiamo la “famosa” direttiva 3R (reduction, replacement, refinement) con la quale l’UE chiede di indirizzarsi verso una sostituzione o quanto meno una riduzione della sperimentazione animale, ma soprattutto verso un suo riaffinamento che tenga conto dei criteri indicati dalla stessa UE per adottarla, quando indispensabile, ed interpretarla.

Da quanto detto emerge subito l’importanza della chimica in questa fase propositiva,in relazione alla capacità di questa disciplina di fornire indicazioni e linee guida su metodi alternativi alla sperimentazione animale. Un’ulteriore spinta in questa direzione è venuta dal regolamento europeo n n.1907/2006 (meglio noto come REACH ) la cui entrata in vigore ha evidenziato una notevole problematica legata al mondo dei chemicals comunemente utilizzati a tutti i livelli della supply chain: l’esiguità del corredo informativo, in termini di informazioni chimico-fisiche, tossicologiche ed eco-tossicologiche, utile a definire il correlato potenziale di rischio per la salute umana e per l’ambiente.

Il REACH prescrive l’obbligo di registrare le sostanze utilizzate tal quali o presenti in preparati ed articoli, secondo un modello di dossier che non può prescindere da una massiccia effettuazione di test che consentano di coprire i dati mancanti. Per l’immediato futuro si prevede quindi una crescita della domanda di testing riguardante gli articoli e le sostanze della Candidate List (le attuali 15 e le probabili “new entry”) in essi contenute. In questo caso il problema è ristretto alle sole misure chimico-analitiche riguardanti un numero per ora limitato di componenti, ma su uno spettro vastissimo di matrici. Quindi, anche per le suddette sostanze negli articoli la richiesta di testing qualificato potrebbe non essere facilmente soddisfatta dall’attuale mercato.

nocruel4In questo quadro, ed in particolar modo per i test chimico-analitici, il ricorso a metodologie di screening per alcune classi di sostanze risulterà particolarmente conveniente, sia intermini di tempo/produttività del laboratorio di analisi che, soprattutto, in termini di costo per le aziende.

Inoltre, i dati tossicologici ed ecotossicologici presentano le criticità più aspre, perché nonostante sia un principio fondante del nuovo regolamento quello di promuovere l’uso di metodi alternativi alla sperimentazione animale (è da notare che ogni ulteriore test di tossicità su vertebrati ai fini della redazione dei dossier deve essere autorizzato dall’Agenzia Europea per le sostanze chimiche, ECHA), il dibattito sulla validità dei test non-animali è tutt’altro che esaurito, soprattutto quando si tratta di correlare il rischio di cancerogenicità alla tossicità di un chemical provata in vitro piuttosto che in vivo.

 Metodi innovativi REACH oriented (principi, caratteristiche analitiche, indici misurati)

 Metodologie analitiche di screening

Le diverse metodologie analitiche proposte si pongono l’obiettivo di valutare la presenza o meno delle sostanze SVHC della Canditae List in articoli o preparati.

Composti organici volatili.

Il desorbimento termico o l’estrazione con solventi seguiti da analisi GC-MS consente la rapida individuazione (semiquantitativa e/o quantitativa, LOD»0.01%) di un gran numero di componenti organici volatili e semivolatili (tra cui gli ftalati della Candidate List), applicando strumentazioni e metodologie ampiamente in uso nei laboratori di analisi. Il test specifico per la quantificazione della particolare sostanza o della classe di sostanze (mediante metodiche accreditate) verrà successivamente eseguito solo in caso di positività del test di screening.

 Analisi elementare di alogeni e metalli.

L’analisi di fluorescenza X (XRF) consente un’analisi elementare e non distruttiva, relativamente rapida, sia di alogeni che di elementi metallici. Tale tecnica pertanto si presta all’analisi di screening per l’individuazione di alcuni elementi (semiquantitativa, LOD»0.01%) e/o l’esclusione di alcune sostanze o loro classi nelle diverse matrici. La tecnica è applicabile per lo screening di alcune SVHC negli articoli, quali le cloroparaffine o i composti di Cr, Sn, Pb, Ni e As presenti nella Candidate List.

Analisi superficiale elementare mediante SEM-EDX.

I RX emessi nell’analisi SEM consentono di acquisire informazioni semiquantitative di tipo elementare, utili nello screening di alcuni elementi su articoli che presentaono disomogeneità di composizione superficiale (metallizzazioni, verniciature, trattamenti galvanici localizzati, ecc.).

 Altre tecniche spettroscopiche.

Ovviamente molte altre tecniche sono utilizzabili per un primo screening analitico in ambito REACH; è il caso di tecniche spettroscopiche che possono essere direttamente applicate alla individuazione semiquantitativa di sostanze in articoli senza pretrattamento del campione, quali DRIFT-IR o micro-Raman. Inoltre, poiché alcune tecniche spettroscopiche di per sé estremamente informative presentano maggiori difficoltà applicative rispetto a quelle sopra citate, è probabile che loro impiego per lo screening in ambito REACH risulti relativamente limitato. E il caso delle spettroscopie NMR e MS o di tecniche accoppiate particolarmente informative quali la Laser Desorption–ICP–MS.

 Metodi per la valutazione di proprietà tossiche delle sostanze, alternativi alla sperimentazione animale

La tossicità non rappresenta l’unico indicatore nella valutazione del rischio di una molecola. Il regolamento REACH di fatto sancisce che particolare attenzione dovrà essere prestata a quelle sostanze che si caratterizzano per la loro persistenza (P) e per la bioaccumulabilità (B) oltre che per la tossicità (T). In particolare nell’allegato XIII  sono indicati i criteri per l’identificazione di categorie di sostanze PBT e sostanze vPvB (molto persistenti e molto bioaccumulabili) .

Questa necessità impone una strategia di testing che consenta un gran numero di caratterizzazioni preliminari, di screening, finalizzate alla minimizzazione dei test in vivo su vertebrati

 L’approccio delle linee guida

La strategia delle linee guida nell’identificazione delle sostanze PBT e vPvB si organizza su due fasi. Nella prima fase, di screening assessment, si valuta la biodegradabilità intrinseca della molecola (OECD TG302 A-C, test di mineralizzazione), la bioaccumulabilità (attraverso il coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua) e la tossicità (attraverso la tossicità acquatica a breve termine LC50 EC50). In caso di esito positivo si procede o considerando le sostanze come potenziali PBT/vPvB o affinando l’indagine con  i test convenzionali (allegato XIII) di persistenza (simulazione ambiente marino OECD 307,308,309), di bioaccumulabilità (calcolo del fattore di bioconcentrazione OECD 305A-E) e di tossicità cronica (OECD 201). Al fine di minimizzare il numero di indagini in entrambe le fasi si predilige gerarchizzare i test ed eseguirli in sequenza (nell’ordine persistenza, bioaccumulo, tossicità) solo se necessario, ossia in caso di risposta positiva del test precedente. Questo approccio acuisce l’interesse verso test di persistenza e bioaccumulo (i più eseguiti) che siano rapidi e significativi rispetto ai criteri. In relazione agli esiti dei test occorrerà poi produrre una valutazione dell’esposizione ed una caratterizzazione del rischio che non sono tutt’altro che scontati a causa della difficoltà di realizzare una valutazione quantitativa di sintesi dei tre criteri anche in virtù dell’incertezza legata ad effetti a lungo termine.

 I metodi alternativi

Quando si parla di metodi alternativi alla sperimentazione animale ci si riferisce al tentativo di applicare il modello delle 3R enunciato da Russel e Burch nel 1959, “Refinement, Reduction, Replacement”, secondo il quale un metodo è definito alternativo se migliora le tecniche sperimentali, minimizzando la sofferenza degli animali, cercando di usare animali filogeneticamente meno evoluti (Refinement), oppure riducendo il numero degli animali necessari ad eseguire un determinato saggio  pur ottenendo lo stesso livello di informazione (Reduction), oppure rimpiazzando totalmente l’uso degli animali con tecniche in vitro (Replacement).

I test maggiormente interessati a questo approccio sono quelli che riguardano la valutazione della tossicità (irritazione della pelle corrosione, irritazione oculare, sensibilizzazione della pelle, tossicità acuta  sistemica, tossicità sulla riproduzione, mutagenicità, etc…). I metodi alternativi proposti vengono validati da un organo ufficiale, l’ECVAM (Centro Europeo per la Validazione dei Metodi Alternativi), secondo un iter molto articolato che prevede: a) lo sviluppo del saggio nel laboratorio d’origine; b) la pre-validazione mirata alla verifica della trasferibilità del metodo e all’ottimizzazione del suo protocollo; c) lo studio di validazione vero e proprio; d) la valutazione indipendente dello studio e delle proposte; e) l’avvio delle procedure per l’accettazione a livello regolatorio. Al seguente indirizzo http://tsar.jrc.ec.europa.eu/ è possibile visionare  i test alternativi per la valutazione della tossicità convalidati oppure in fase di convalida.

Sempre di metodi alternativi si parla nel caso di simulazioni modellistiche computazionali che provvedono ad un replacement dei test. I metodi di elezione in questo ambito sono i modelli (Q)SAR di valutazione delle relazioni struttura-attività che sono in grado di predire le proprietà PBT di molecole in funzione della loro struttura e di altre proprietà chimico fisiche. Ai modelli QSAR recentemente si sono affiancati i modelli biocinetici basati sullo studio dell’assorbimento, la distribuzione, il metabolismo e l’escrezione di un prodotto chimico dall’organismo. Tra gli strumenti modellistici vengono citati anche gli approcci  “Read-Across”, riconosciuti dal REACH, che lavorano sulla possibilità di prevedere proprietà di una molecola a partire da studi o esperimenti effettuati su gruppi di molecole strutturalmente affini.

Ulteriori elementi di criticità nelle valutazioni  PBT

Una complicazione del problema generale nella valutazione PBT è rappresentata dalle possibili differenti proprietà dei prodotti di trasformazione delle molecole target che può causare errate valutazioni circa il potenziale reale di rischio. Questo aspetto risulta particolarmente critico per  le valutazioni modellistiche è necessario pertanto dotarsi anche di strumenti che siano in grado valutare la distribuzione ed il comportamento dei chemicals nei diversi comparti ambientali. Ma se le informazioni ambientali delle sostanze sono scarse, quelle sui prodotti di decomposizione e la loro permanenza nel mezzo ambientale sono praticamente assenti, e soprattutto scarseggiano i metodi analitici in grado di rilevare la presenza e la quantità di queste sostanze nell’ambiente.

 nocruel3…Non solo test tossicologici

Con riferimento all’enorme carico analitico che si determinerà in relazione all’esecuzione di test di screening da effettuare su brevi scale temporali per la valutazione della persistenza e del bioaccumulo, un importante fronte è stato aperto nella ricerca di test alternativi ai test tossicologici convenzionali. Su questo fronte la cultura chimica può giocare un ruolo determinante nell’individuare approcci alternativi per la valutazioni di proprietà come la persistenza, immediatamente associabile alla stabilità ed alla reattività molecolare, e il bioaccumulo, legato a concetti di solubilità e di polarità.

Bene si collocano in quest’ambito i metodi chimici basati sulla fotodegradazione, sull’ossidazione spinta (metodi AOPs ) e sulla termogravimetria proposti per la valutazione del profilo di degradazione.

Molto interessanti risultano i test di persistenza basati su fotosensori. Un esempio è rappresentato dal test di (eco)persistenza basato su proposte di fotosensori di permanenza ambientale che consentono di determinare un indice di persistenza ambientale seguendo la degradazione delle matrici. Il biossido di titanio (TiO2) per esempio, attivato da radiazione UV, agisce, sia come fotocatalizzatore della degradazione delle sostanze organiche, sia come materiale indicatore del pH e consente pertanto di misurare il tempo necessario ad innescare l’acidificazione corrispondente alla produzione degradativa di CO2, considerato come la conclusione del periodo di induzione alla mineralizzazione; considerando come parametro la velocità di variazione del pH nel tempo, quanto più essa è elevata, tanto maggiore è la concentrazione di ambiente carbonico e di acidi inorganici prodotti dalla mineralizzazione nell’unità di tempo.

Infine, dato che l’ecopersistenza è riferita all’azione sia chimica (interazione con altri composti smaltiti nell’ambiente), sia fisica (interazione con la luce solare), sia biologica (interazione con microrganismi), proprio sulla base di questo, le esperienze di biomonitoraggio costituiscono un importante contributo alla valutazione del potenziale di rischio dei chemicals.

L’idea poggia sul fatto che un composto chimico xenobiotico influenza in maniera specifica la popolazione microbica indigena di una matrice ambientale (suolo, acqua, sedimento) e un’analisi qualitativa della perturbazione puo’ essere una misura dell’impatto dell’agente aggiunto. Oggi e’ possibile monitorare la popolazione microbica complessiva di una matrice (batteri e sistemi eucariotici uni e pluricellulari, coltivabili e non) prima e dopo l’aggiunta di un composto chimico, attraverso tecniche di biologia molecolare ben collaudate per rilevare le forme microbiche prevalenti in siti contaminati. Il problema e’ trovare una relazione valida e modellabile fra entita’ della variazione della popolazione microbica indigena ed entità/tipologia di impatto dell’agente. Questa indagine, come quelle ecotossicologiche, ha il grande vantaggio di tenere conto dell’impatto del composto nel contesto in cui viene immesso dove per altro si integra ai possibili intermedi della sua trasformazione chimica/biologica e ad altri co-inquinanti presenti nella matrice.

Nel campo della sensoristica, inoltre, sono stati sviluppati molteplici approcci per recuperare informazioni circa la pericolosità di alcune molecole: tra i più importanti presenti in letteratura vanno annoverati i sensori enzimatici, i sensori a tessuto e i sensori ibridi.

 Misure integrate per la caratterizzazione del rischio 

Per la valutazione dell’esposizione e la caratterizzione del rischio sono stati proposti una serie di modelli predittivi costruiti a partire dai dati analitici di classi di composti (“mass-balance-modeling-approach”), in grado di determinare indici quali EAF (exposure assessment factor) sulla base dei criteri P e B, HAF (hazard assessment factor) sulla base dei criteri P, B, T, RAF (risk assessment factor) secondo i criteri P, B, T, QQQ: essi forniscono molto spesso indicazioni di rischio, per la stessa sostanza, molto differenti da quelle indicate dai metodi di screening “cut-off”, basati cioè sui valori dei singoli criteri.

Il limite più evidente per la corretta determinazione ed applicazione di questi indici di rischio è l’esiguità dei dati reali sulle proprietà-chimico fisiche dei chemicals, giacchè questi sono l’input per la definizione dei modelli teorici.

Nonostante gli sforzi profusi negli ultimi anni verso la regolamentazione delle sostanze PBT e POPs (sostanze organiche inquinanti e persistenti), infatti, si possiedono dati ambientali soltanto di una piccola frazione dei circa 30.000 chemicals largamente usati in commercio in quantità superiori ad 1tonn/anno.

Anche in questo ambito si potrebbero sviluppare misure integrate al fine di fornire un indice di rischio per la valutazione di screening. Il goal sarebbe riuscire ad associare questi criteri in un unico parametro in grado di definire la pericolosità di una sostanza, legata alle sue proprietà intensive (funzione perciò dei soli criteri P,B,T), oppure il rischio associato, determinato anche dalle quantità in gioco e quindi agli scenari espositivi (funzione perciò dei criteri P, B, T, Q).

Metodi teorici nell’ambito REACH

L’utilizzo delle metodologie alternative teoriche ((Q)SARs e Grouping approaches) nell’ambito dell’attuazione del regolamento REACH, viene supportato dall’ECHA al fine di poter evitare per quanto possibile l’utilizzo di test sui vertebrati. In particolare nell’art.13 dello stesso regolamento, sono descritte le regole e i principi di convalida.

1711-qsar-quantitative-structure-activity-relationships-0I modelli (Q)SAR possono essere utilizzati per predire in maniera quali e quantitativa le proprietà chimico-fisiche, tossicologiche ed eco tossicologiche di sostanze per analogia strutturale. I parametri utilizzati in questi modelli, denominati descrittori molecolari, possono essere calcolati utilizzando tecniche computazionali. Questi strumenti sono utilizzati diffusamente nell’ambito della ricerca chimica e farmaceutica al fine di predire comportamenti nell’ambito della tossicologia ed eco-tossicologia. Il descrittore molecolare è il risultato finale di una procedure logica e matematica che trasforma l’informazione chimica codificata nella rappresentazione simbolica della molecola in un numero utile. In letteratura, si trovano oggi migliaia di descrittori molecolari (ne sono stati contati più di 3000) e vi è attualmente una chiara tendenza nello sviluppare sempre nuovi descrittori molecolari con caratteristiche definite.

La Commissione Europea da anni sostiene programmi di ricerca per lo sviluppo di queste metodologie al fine di poter fornire strumenti di supporto per la valutazione teorica dei principali end points, ridurre  l’utilizzo dei test sui vertebrati limitare l’impatto economico dei costi ad essi associati.

In previsione della quantità di dati richiesta dal REACH da svilupparsi nei prossimi anni, l’utilizzo di questi modelli può risultare una valida alternativa ai test tradizionali nelle prime fasi di ricerca e sviluppo di nuove molecole e dei processi che comportano un minor rischio per l’uomo o l’ambiente; l’uso di questi modelli è inoltre un valido supporto per l’ottenimento  dei dati mancanti per le sostanze chimiche e per la definizione di una strategia di testing sui vertebrati più limitata.

E’ stato stimato che il potenziale risparmio portato dall’utilizzo dei metodi teorici per il REACH è circa il 40 % sui costi totali dei test da eseguire.

Gli attuali modelli (Q)SAR, utilizzabili come previsto nel regolamento REACH, pongono, però, ancora alcune difficoltà che ne limitano, di fatto, l’impiego. Non tutti i modelli pubblicati risultano riproducibili perché definiti utilizzando algoritmi ambigui, basati su descrittori molecolari non chiaramente definiti o esplicitati e per la difficile reperibilità delle informazioni sul training set di dati di base relativi alle molecole di riferimento usate per sviluppare il modello. Per ovviare a questo inconveniente, sono stati definiti i principi OECD per la validazione dei modelli QSAR, per l’utilizzo a scopi regolatori. Solo modelli QSAR sviluppati che soddisfino questi principi possono ritenersi validati e fornire predizioni attendibili. La Comunità Europea sta anche predisponendo un database QMRF di modelli QSAR che, soddisfacendo ai principi OECD, possono ritenersi validamente utilizzabili in regolamentazione.

Inoltre, al contrario del sistema US-EPA, il REACH dà ampia discrezionalità sulle linee guida da utilizzare per il calcolo e lascia la responsabilità ultima del dato all’utilizzatore o all’industria, posizione non sempre accettata dalle autorità.

Numerosi sforzi sono stati compiuti negli ultimi anni al fine di poter colmare seppur parzialmente questi gap e rendere i modelli (Q)SAR uno strumento attendibile ed utilizzabile. Tra questi è possibile citare i seguenti progetti:

–       QSAR Application Tool Box (OECD)

–       CAESAR (Istituto M. Negri)

–       OpenTOX (tra i project partners ISS)

–       CADASTER (Univ. Insubria WP-QSAR)

L’attività di ricerca nel settore della chemoinformatica è diffusa nel campo scientifico e numerosi sono i centri universitari con competenze nel campo che possono essere rese disponibili a supporto del REACH.

Dopo decenni di battaglie, un’importante vittoria per gli animalisti europei. Bruxelles ha imposto lo stop completo alla sperimentazione animale per l’industria cosmetica.

Per la Commissione europea è l’inizio di una nuova èra. Con la messa al bando della vivisezione, l’industria della bellezza dovrà ora concentrarsi su altri metodi.

Bruxelles spera in questo modo d’incentivare tecniche più evolute; come le colture cellulari, dove si riproducono campioni di tessuto umano in grado di garantire prodotti più sicuri anche per la salute umana.

L’Europa, che da sola rappresenta la metà del mercato mondiale di cosmetici, ha scelto la propria strada e impone un nuovo modello a livello globale. Da oggi tutte le aziende interessate a vendere e produrre in Europa dovranno rispettare il divieto di test sugli animali.

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L’ECHA ha inaugurato la piattaforma della classificazione e dell’etichettatura

a cura di Ferruccio Trifirò

Il 31 gennaio scorso è arrivata la notizia che l’ECHA* ha inaugurato la piattaforma   C&L che è l’inventario delle classificazioni e delle etichettature delle sostanze  chimiche e degli articoli che le contengono, ossia una banca dati che conterrà informazioni di base sulla classificazione e l’etichettatura di sostanze notificate e registrate trasmesse dai fabbricanti e dagli importatori. L’inventario sarà istituito e gestito dall’ECHA nel programma di attuazione del regolamento “CLP, Classification Labelling and Packaging “ (CLP). L’ECHA è il motore dell’attuazione dell’innovativa legislazione dell’UE sulle sostanze chimiche attraverso la gestione di due regolamenti: il Reach e il CLP. Il Reach ha l’obiettivo di migliorare la protezione della salute dell’uomo e dell’ambiente dai rischi delle sostanze chimiche, stimolando nello stesso tempo la competitività dell’industria chimica europea. Il CLP ha l’obiettivo di garantire che i rischi presentati dalle sostanze chimiche siano chiaramente comunicati ai lavoratori e ai consumatori nell’Unione europea attraverso la classificazione e l’etichettatura delle sostanze chimiche. Il regolamento relativo alle sostanze e alle miscele (CLP) è entrato in vigore nel gennaio 2009 ed è il metodo di classificazione e di etichettatura delle sostanze chimiche basato sul sistema mondiale armonizzato delle Nazioni Unite (GHS).

Il regolamento sostituirà nel tempo due precedenti atti legislativi, ossia la direttiva relativa alle sostanze pericolose e la direttiva relativa ai preparati pericolosi, con un periodo di transizione fino al 2015. Per adesso sono state registrate 90.000 sostanze. Prima di immettere sostanze chimiche sul mercato, gli operatori del settore devono stabilire quali siano i rischi per la salute umana e per l’ambiente che possono derivare da sostanze e miscele. Inoltre, le sostanze chimiche pericolose devono essere etichettate in base a un sistema standardizzato in modo che i lavoratori e i consumatori possano conoscerne gli effetti prima di utilizzarle. I rischi che le sostanze chimiche comportano vengono comunicati attraverso indicazioni e pittogrammi standard riportati sulle etichette e nelle schede di dati di sicurezza ed i fornitori devono decidere essi stessi in merito alla classificazione di una sostanza o miscela. I fabbricanti, gli importatori e gli utilizzatori a valle devono tenere conto dei nuovi sviluppi tecnici o scientifici e verificare se deve essere effettuata una nuova valutazione della classificazione della sostanza o della miscela che immettono sul mercato. I fornitori sono tenuti a etichettare una sostanza o miscela contenuta in un imballaggio ai sensi del regolamento CLP prima di immetterla sul mercato quando una sostanza è classificata come pericolosa o è una miscela che contiene una o più sostanze classificate come pericolose al di sopra di una determinata soglia. L’etichetta include: nome, indirizzo e numero di telefono del fornitore; quantità nominale di una sostanza o miscela contenuta nell’imballaggio messo a disposizione del pubblico, salvo che tale quantità sia specificata altrove sull’imballaggio; identificatori del prodotto; ove applicabile, pittogrammi di pericolo, avvertenze, indicazioni di pericolo, consigli di prudenza e informazioni supplementari previste da altre normative. Le schede di dati di sicurezza sono il principale strumento per garantire che i fabbricanti e gli importatori comunichino in tutta la catena d’approvvigionamento informazioni sufficienti per consentire un uso sicuro delle loro sostanze e miscele. I fornitori devono consegnare una scheda di dati di sicurezza in caso si tratti di una sostanza  o miscela classificata come cancerogena, mutagena,  con effetti sul sistema riproduttivo  e con altri effetti sull’uomo, o una sostanza persistente, bioaccumulabile e tossica (PBT) o molto persistente e molto bioaccumulabile (vPvB), ai sensi del regolamento REACH.

immagini di percolo

L’ECHA propone, a supporto di tale attività, un forum di discussione on line in cui i notificanti e coloro che hanno registrato la stessa sostanza, con classificazioni diverse, possano concordare una classificazione e un’etichettatura comune. La classificazione e l’etichettatura di certe sostanze chimiche pericolose devono essere armonizzate per assicurare un’adeguata gestione del rischio in tutta la Comunità europea. Gli Stati membri, i fabbricanti, gli importatori e gli utilizzatori a valle possono formulare una proposta di classificazione ed etichettatura armonizzate per una sostanza. Inoltre, gli Stati membri possono proporre la revisione di un’armonizzazione esistente. I fornitori sono tenuti a provvedere alla classificazione ed etichettatura armonizzate delle rispettive sostanze. In tal modo, gli utilizzatori possono essere meglio informati riguardo ai potenziali effetti pericolosi e al modo più adeguato per assicurare un uso sicuro. Il processo di classificazione ed etichettatura armonizzate comprende un periodo di consultazione pubblica.

Chiunque può formulare osservazioni su una proposta di armonizzazione. I soggetti più suscettibili di essere interessati sono aziende, organizzazioni che rappresentano l’industria o la società civile e singoli esperti. La durata della consultazione pubblica è di 45 giorni Alcune situazioni rendono necessaria l’armonizzazione della classificazione di una sostanza e obbligatorio a livello europeo garantire un’adeguata gestione dei rischi in tutta l’Unione europea.

Il fascicolo relativo all’armonizzazione della classificazione include informazioni sulla fabbricazione, gli usi e i pericoli delle sostanze e una giustificazione della necessità di un’azione a livello europeo. La relazione deve contenere informazioni sufficienti per effettuare una valutazione indipendente dei vari pericoli fisici, tossicologici ed ecotossicologici sulla base delle informazioni presentate.

La proposta, le osservazioni e i pareri di chi ha inviato il fascicolo vengono trasmessi al Comitato per la valutazione dei rischi dell’ECHA. Il Comitato, di cui fanno parte esperti degli Stati membri, esprime un parere scientifico sulla proposta e l’ECHA lo trasmette alla Commissione europea.

La Commissione, con l’assistenza del Comitato di regolamentazione dell’ECHA, che comprende rappresentanti degli Stati membri, deciderà quindi in merito alla proposta di classificazione e di etichettatura della sostanza interessata. http://echa.europa.eu/it/view-article/-/journal_content/title/echa-launches-the-classification-and-labellingplatform;jsessionid=07CED263627DBD7679DE2E612C0F0363.live1

Riesame delle classificazioni

In alcuni casi, la decisione relativa alla classificazione di una sostanza è adottata a livello di Unione europea. I fornitori della rispettiva sostanza o miscela hanno l’obbligo di applicare la classificazione e l’etichettatura armonizzate.

Spesso questa procedura riguarda le sostanze più pericolose, ossia, di norma, quelle cancerogene, mutagene, tossiche per la riproduzione o sensibilizzanti delle vie respiratorie.

L’armonizzazione delle classificazioni ha lo scopo di proteggere la salute umana e l’ambiente e di rafforzare la competitività e l’innovazione.

Tutte le classificazioni delle sostanze armonizzate in base alla normativa precedente (direttiva relativa alle sostanze pericolose) sono state convertite in classificazioni armonizzate a norma del regolamento CLP.

Stati membri, fabbricanti, importatori e utilizzatori a valle possono richiedere l’armonizzazione della classificazione e dell’etichettatura di una sostanza. Possono essere presentate proposte in tal senso soltanto per le sostanze e non per le miscele.

Consultazioni attuali

 La notifica può essere trasmessa soltanto per via elettronica tramite il portale REACH-IT sul sito web dell’ECHA. Per poter trasmettere la notifica, è necessario innanzitutto registrarsi in REACH-IT e creare un account. I notificanti possono anche formare un gruppo di fabbricanti e/o di importatori e notificare la classificazione e l’etichettatura concordate per l’inventario. Questa fase non è obbligatoria È possibile inserire manualmente i dati richiesti in REACH-IT. Lo strumento online consente di confermare una classificazione ed etichettatura già notificata o registrata da un’altra societa  Dopo aver preparato il file del fascicolo di notifica, è possibile trasmetterlo all’ECHA tramite REACH-IT. programma nel quale si viene guidati alla trasmissione della notifica attraverso pagine appositamente dedicate a tale scopo.

Comitato per la valutazione dei rischi

La proposta, le osservazioni e i pareri di chi ha inviato il fascicolo vengono trasmessi al Comitato per la valutazione dei rischi dell’ECHA. Il Comitato, di cui fanno parte esperti degli Stati membri, esprime un parere scientifico sulla proposta e l’ECHA lo trasmette alla Commissione europea.

DeciSione

La Commissione, con l’assistenza del Comitato di regolamentazione dell’ECHA, che comprende rappresentanti degli Stati membri, decide quindi in merito alla proposta di classificazione e di etichettatura della sostanza interessata.

*European Chemicals Agency, <http://echa.europa.eu>http://echa.europa.eu, con sede a Helsinki