Nanoparticelle e nanotecnologie
La nanotecnologia è lo studio dei materiali su scala nanometrica e delle nanoparticelle che hanno una dimensione compresa tra 1 e 100 nanometri (10 alla meno 9, 10 alla meno 7 metri). I nanomateriali sono meglio indicati come particelle che in pochissimo spazio hanno aree di superficie molto grandi, con un enorme aumento degli atomi esterni in rapporto agli atomi interni. Quando una materia è trasformata in dimensioni nanometriche, la chimica di superficie aumenta sensibilmente, modificando le proprietà fisiche e di relazione con l’esterno. L’ampliamento del rapporto tra area superficiale e volume consente alle nanoparticelle di essere molto versatili come singola unità funzionale e come supporto per unità funzionali che possono essere aderite alle loro superfici o incapsulate all’interno. Le nanoparticelle stanno diventando molto interessanti man mano che sono scoperti nuovi usi: sono utilizzate nella diagnosi e terapia in medicina umana e stanno entrando in medicina veterinaria e nelle produzioni animali. Migliaia sono i nanomateriali che possono essere suddivisi in base alla loro forma, origine e applicazione, e le nanotecnologie stanno fornendo nuove soluzioni a vecchi problemi. Nelle scienze mediche sono utilizzati per scopi diagnostici, terapeutici e nella preparazione di nanovaccini e nanoadiuvanti vaccinali. Il loro utilizzo nel trattamento del cancro e nella terapia genica apre le porte ad una nuova era nella medicina e recentemente hanno iniziato a farsi strada nella veterinaria interessando la diagnostica, la terapia, la produzione di vaccini, e, negli allevamenti animali, la disinfezione delle aziende, la riproduzione e la nutrizione.
Nanotecnologie e antibioticoresistenza
L’uso di antibiotici negli animali come promotori della crescita è stato abbandonato a causa della crescente preoccupazione per l’antibioticoresistenza. Questo ha spinto a studiare adeguate alternative, che vanno dalla formulazione dei mangimi alla loro forma fisica; inoltre, le nanoparticelle possono essere buoni candidati come biocidi antimicrobici. La sostituzione degli antibiotici con nanoparticelle biocide si riflette sulla salute pubblica, riducendo al minimo il problema della resistenza ai farmaci nella medicina umana e in quella veterinaria, e il problema dei residui di farmaci nel latte, carne e uova.
Nanotecnologie e qualità della carne
Le nanoparticelle di cromo migliorano la qualità della carne suina e nel mangime (200 μg/kg) permettono di ottenere una carne più magra, con un aumento della massa muscolare scheletrica e una migliore qualità del prodotto. Questo avviene perché le nanoparticelle di chitosano con cromo nell’integratore alimentare aumentano l’attività della lipasi sensibile agli ormoni nel tessuto adiposo, riducendo l’attività della sintetasi degli acidi grassi e potenziando i componenti immunitari del siero del sangue. Di pari passo vi è un aumento del cromo nella carne con vantaggi nutrizionali per il consumatore. La carne ottenuta da integratori con nanoparticelle è migliore o non distinguibile rispetto al prodotto originale, ed è quindi accettata dal consumatore.
Nanotecnologie e produzione del latte
La mastite è un problema comune tra le vacche da latte, con una varietà di fattori scatenanti, spesso batterici, che possono richiedere l’uso di antibiotici che comportano una serie di problemi per i residui nel latte. In questo contesto, le nanotecnologie possono aiutare a garantire la qualità del latte. Sono infatti state sviluppate nuove tecniche di rilevamento dei patogeni di origine alimentare. Ad esempio, con nanocompositi contenenti anticorpi anti-S. aureus, nanoparticelle d’oro e nanoparticelle magnetiche è stato sviluppato un test colorimetrico rapido per la presenza di S. aureus nel latte. Una tecnica simile, impiegando anticorpi policlonali e strisce immunocromatografiche di nanoparticelle d’oro, permette di rilevare in dieci minuti la presenza nel latte di micotossine, e tra queste l’aflatossina M1 cancerogena. Altri obiettivi sono quelli di rimuovere i contaminanti potenzialmente nocivi dal latte e di aumentarne il contenuto di calcio con nanopolveri di calcio per destinarlo ai bambini in crescita e alle donne in postmenopausa per la prevenzione dell’osteoporosi.
Nanotecnologie e riproduzione
L’inseminazione strumentale può essere migliorata con nanotecniche come la bioimaging non invasiva di gameti e con la nanopurificazione e la protezione durante la crioconservazione; inoltre, nello sperma alcune nanoparticelle aumentano la fertilità. Bioimaging è un’espressione che indica le diverse tecniche e metodiche attualmente disponibili per ottenere immagini dirette o indirette del corpo, organi, apparati che costituiscono gli esseri viventi. Per ottimizzare l’efficienza dell’inseminazione artificiale occorre conoscere la biologia dei gameti e gli ostacoli riproduttivi alla fecondazione; per questo le nanoparticelle inorganiche autoilluminanti sono di interesse per il campo della teriogenologia, in quanto sono biocompatibili, fotostabili e hanno un’intensità di segnale maggiore rispetto alle molecole fluorescenti organiche utilizzate per visualizzare i gameti e altri tipi di cellule in vivo. Le nanoparticelle ingegnerizzate rappresentano un nuovo mezzo per visualizzare gli eventi molecolari e cellulari durante la fecondazione. La nanopurificazione del seme può essere utilizzata per separare lo sperma danneggiato da uno sperma sano e integro. Usando nanoparticelle magnetiche rivestite con anticorpi contro l’ubiquitina, un marker di superficie dello sperma difettoso, o con nanoparticelle magnetiche rivestite di lectine, che legano il glicano presente sulla superficie dello sperma nei punti di danni acrosomiali, si ottengono spermatozoi di toro nanopurificati che permettono più elevate percentuali di concepimento rispetto a quelli forniti dallo sperma non purificato, senza impatti negativi su vacche o vitelli. La crioconservazione dello sperma può essere migliorata ricorrendo ad additivi nanoprotettivi, e nanoparticelle antimicrobiche possono sostituire gli antibiotici che inibiscono la motilità e la vitalità degli spermatozoi in modo dose-dipendente, aumentandone inoltre la motilità. Tuttavia, alcune nanoparticelle sono spermatotossiche e le nanoparticelle di ossido di zinco e ossido di titanio riducono la vitalità degli spermatozoi. Di conseguenza, sebbene le nanoparticelle possano rappresentare punti di progresso per l’industria della produzione animale, è necessario prendere precauzioni quando si considera l’impiego di nanoparticelle per favorire la riproduzione.
Nanomateriali e controlli
Nel 2013 la Francia ha istituito un registro e ora l’Anses, l’Agenzia francese per la sicurezza alimentare cui è affidata la gestione del Registro, sull’esperienza maturata, ritiene necessarie modifiche che possano migliorare la raccolta dei dati e il livello di sicurezza. Come segnalato anche da Agnese Codignola in un articolo su Il Fatto Alimentare (31 dicembre 2020), l’Agenzia indica la necessità di una minore flessibilità delle regole attuali, evitando possibili deroghe alle dichiarazioni o dettagli delle stesse, imponendo limiti più stringenti per le dichiarazioni, controllando che siano rispettati e sanzionando chi infrange quanto previsto. Necessario è anche aumentare i materiali che devono essere obbligatoriamente segnalati – tra questi aggiungiamo noi anche i mangimi, soprattutto per gli animali che producono alimenti per l’uomo – estendendo l’obbligo anche a quelli importati. Inoltre, bisogna rivedere le soglie minime: oggi è obbligatorio dichiarare ogni sostanza che contenga più del 50% di nanomateriali di diametro compreso tra 1 e 100 nanometri, ma in questo modo diversi prodotti che contengono significative percentuali di questi materiali sfuggono. Infine, è importante includere nelle informazioni i dati relativi ai lavoratori. L’Europa è indietro sui controlli dei nanomateriali: da tempo si attende una normativa ma la proposta avanzata dalla Commissione è in attesa di discussione ed elaborazione da anni, e il regolamento Reach del 2020 fissa limiti per le dichiarazioni obbligatorie troppo alte. Oggi, infine, è fondamentale, soprattutto per sostanze assunte anche con l’alimentazione umana ma anche per gli alimenti destinati agli animali, raccogliere dati in modo standardizzato.
Nanotecnologie prospettive future
I recenti progressi nella nanotecnologia stanno fornendo buone opportunità per lo sviluppo di nanofarmaci e sistemi di somministrazione che utilizzano nanoparticelle non tossiche come liposomi, nanoparticelle polimeriche, dendrimeri e nanoparticelle metalliche. Ogni tipo di nanoparticella ha proprietà peculiari che sono usate per migliorare gli indici terapeutici dei farmaci, la loro biodisponibilità, il tempo di ritenzione, la protezione del farmaco nell’ambiente interno del corpo e il rilascio prolungato. Tra i diversi tipi di nanoparticelle, i liposomi sono modificabili nelle loro caratteristiche superficiali. I dendrimeri sono macromolecole che consentono l’incorporazione del farmaco nel nucleo di una molecola con la capacità di trasportare una grande quantità di materiale genetico, sono molto stabili e sono utilizzate come in marcatori biologici e di imaging in prodotti sanitari, farmaceutici e diagnostici (anche veterinari). Negli ultimi anni, le nanoparticelle metalliche sono diventate oggetto di attenzione per le loro proprietà fisico-chimiche e nella medicina veterinaria sono usate come agenti diagnostici, nanocarrier, terapeutici e di imaging. L’applicazione della nanotecnologia nella produzione animale è ancora nelle sue fasi iniziali; tuttavia, molte aree, compresi gli studi sulla nutrizione, sui biocidi, sui rimedi e sulla riproduzione, sono giustificate. La sicurezza delle produzioni alimentari prodotte da animali trattati con nanomateriali è oggetto di studio. Un’inclusione regolare di nano-integratori per migliorare l’alimentazione del bestiame è possibile nel prossimo futuro, anche se ci vorrà tempo perchè le nanoparticelle sostituiscano completamente gli antibiotici nei mangimi, poiché molti candidati biocidi devono ancora essere testati in vivo prima di essere sottoposti a studi clinici e test di sicurezza alimentare in conformità con le normative governative. Usi esterni con nanoparticelle sono già impiegati nella produzione animale, ad esempio medicazioni antisettiche per ferite, e altri seguiranno. L’uso della nanotecnologia nella produzione animale è agli inizi, ma i risultati incoraggianti degli studi sulla nutrizione, sui biocidi, sui rimedi e sulla riproduzione stanno guidando ulteriori indagini.
Riferimenti bibliografici
Amr El-Sayed & Mohamed Kamel – Advanced applications of nanotechnology in veterinary medicine – Environmental Science and Pollution Research, 27, 19073–19086, 2020.
A. Codignola – Il registro dei nanomateriali secondo l’Anses: urgono modifiche per un vero tracciamento della filiera – Il Fatto Alimentare, 9 dicembre 2020.
Ding-Ping Bai, Xin-Yu Lin, Yi-Fan Huang, Xi-Feng Zhang – Theranostics Aspects of Various Nanoparticles in Veterinary Medicine – Int J. Mol. Sci., 19 (11), 3299, 2018.
Emily K. Hill1, Julang Li – Current and future prospects for nanotechnology in animal production – J Anim Sci Biotechnol., 8, 26, 2017.
Giovanni Ballarini, dal 1953 al 2003 è stato professore dell’Università degli Studi di Parma, nella quale è Professore Emerito. Dottor Honoris Causa dell’Università d’Atene (1996), Medaglia d’oro ai Benemeriti della Scuola, della Cultura e dell’Arte del Ministero della Pubblica Istruzione della Repubblica Italiana, è stato insignito dell’Orde du Mérite Agricole della Repubblica Francese. Premio Scanno – Università di Teramo per l’Alimentazione nel 2005, Premio Giovanni Rebora 2014, Premio Baldassarre Molossi Bancarella della Cucina 2014, Grand Prix de la Culture Gastronomique 2016 dell’Académie Internationale de la Gastronomie.
Da solo ed in collaborazione con numerosi allievi, diversi dei quali ricoprono cattedre universitarie, ha svolto un’intensa ricerca scientifica in numerosi campi, raggiungendo importanti ed originali risultati, documentati da oltre novecento pubblicazioni e diversi libri.
Da trenta anni la sua ricerca è indirizzata alla storia, antropologia ed in particolare all’antropologia alimentare e danche con lo pseudonimo di John B. Dancer, ha pubblicato oltre quattrocento articoli e 50 libri, svolgendo un’intensa attività di divulgazione, collaborando con riviste italiane, quotidiani nazionali e partecipando a trasmissioni televisive. Socio di numerose Accademie Scientifiche è Presidente Onorario dell’Accademia Italiana della Cucina e già Vicepresidente della Académie Internationale de la Gastronomie.
