I membri del gruppo sono coinvolti nelle seguenti principali linee di ricerca:

1. Caratterizzazione del rischio associato alle biotossine algali e sviluppo di nuovi metodi per il loro rilevamento negli alimenti di origine marina, negli organismi produttori e/o nell’acqua marina, comprendenti: (a) studi in vivo/in vitro sugli effetti tossici di tossine algali e sul loro meccanismo d’azione; (b) sviluppo di nuovi metodi per il rilevamento e la quantificazione di alcune tossine (saggi strutturali per il rilevamento nei prodotti ittici, nel fitoplancton e/o nell’acqua marina; saggi funzionali, basati sui meccanismi d’azione delle tossine) e di biosensori per aumentare la sensibilità di tali metodi. Parallelamente, le tossine algali vengono studiate per i loro effetti sul crostaceo marino Artemia franciscana, una specie di rilievo nella catena alimentare ed organismo modello per gli studi ecotossicologici.

2. Studi farmacologici e tossicologici su prodotti di origine vegetale per un loro impiego in fitoterapia e quali possibili fonti di nuovi farmaci, che comprendono: (a) studi farmacologici in vitro ed in vivo su preparati di origine vegetale (verifica dell’attività farmacologica o della loro tossicità, identificazione dei principi attivi mediante la tecnica del frazionamento guidato dal saggio biologico); (b) studi in vitro sui meccanismi d’azione dei principi attivi o tossici.

3. Studi tossicologici sul grafene e su nanomateriali derivati dal grafene. Il grafene ed i materiali derivati del grafene sono studiati per verificare e caratterizzare le loro potenziali proprietà irritanti e/o sensibilizzanti dopo esposizione cutanea, utilizzando modelli in vitro su cheratinociti HaCaT ed epidermide ricostituita di origine umana, nonché su modelli in vivo. Inoltre, i nanomateriali sono studiati anchedal punto di vista ecotossicologico, valutando gli effetti sul crostaceo marino Artemia franciscana, quale organismo modello per gli studi ecotossicologici sulle nanoparticelle, avente un ruolo importante anche nella catena alimentare.

1) Sviluppo di metodi rapidi di screening per il rilevamento di tossine algali

Le tossine di alghe marine costituiscono un problema sanitario ed economico in tutto il mondo, essendo responsabili di intossicazioni nell’umano conseguenti al consumo di prodotti ittici contaminati o di effetti avversi dopo esposizione inalatoria all’aerosol marino e/o il contatto diretto con acqua di mare. Negli ultimi decenni, i composti ad elevato grado di tossicità denominati palitossine (PLTX, soprattutto l’analogo ovatoxina-a) sono state frequentemente rilevate nel Mar Mediterraneo in concomitanza di proliferazioni di Ostreopsis cf. ovata.

Pertanto, il progetto è volto a sviluppare nuovi metodi, di facile esecuzione, rapidi e sensibili, per il rilevamento delle palitossine nei prodotti ittici e direttamente nelle microalghe. È stato così sviluppato un nuovo saggio immunoenzimatico (cell-based ELISA) per la quantificazione delle palitossine nei mitili.

Questo saggio permetterà di sottoporre i prodotti ittici ad uno screening rapido per verificare la presenza di queste tossine, utile ai fini di un autocontrollo da parte dei produttori e quale test preliminare nell’ambito di programmi di monitoraggio istituzionali, prima delle analisi chimiche di conferma da eseguire solo sui campioni risultati positivi. Il saggio sarà utile anche nei programmi di monitoraggio per individuare la presenza precoce di microalghe produttrici di PLTX, permettendo di prevedere la contaminazione dei molluschi dopo la comparsa di Ostreopsis: infatti, analogamente ad altri dinoflagellati, le cellule di Ostreopsis non sempre producono tossine oppure non producono sempre la stessa quantità. Pertanto, il rilevamento di PLTX nelle microalghe può rappresentare un allarme precoce che può consentire di ridurre i problemi sanitari per i consumatori dei molluschi ma anche inutili perdite economiche per i produttori.

Analogamente, il saggio permetterà di evitare eventuali effetti avversi nei soggetti che potrebbero essere esposti alle tossine algali durante le attività ricreative o lavorative in aree costiere, in concomitanza alle proliferazioni di Ostreopsis. Inoltre, sarà possibile attenuare l’impatto negativo sull’economia del turismo causato dalla presenza di Ostreopsis nell’acqua marina, come quello verificatosi in Provenza (Francia) per la cancellazione delle prenotazioni alberghiere con la prima comparsa di cellule di Ostreopsis nel mare.

Parte della ricerca riguarda anche gli studi condotti nell'ambito del progetto "EMERTOX", finanziato attraverso le azioni “Marie Skodowska-Curie Research and Innovation Exchange” (RISE) del programma quadro Horizon 2020, volto a mappare la situazione delle tossine marine emergenti e degli organismi produttori, sviluppare nuovi approcci per determinare la loro presenza e prevedere possibili sviluppi, considerando i cambiamenti climatici globali.

2) Studi di tossicità sulle tossine algali

Gli studi tossicologici in vitro ed in vivo sulle tossine algali sono in parte rivolti all’ovatossina-a, il principale analogo della palitossina rilavato nell’area mediterranea, con lo scopo di identificarne e caratterizzarne il pericolo, necessari per la valutazione del rischio rappresentato da questo composto quale contaminante di alimenti di origine marina.

Parallelamente, in collaborazione con la Food and Drug Administration (FDA, USA), viene studiata la tossicità dell’azaspiracido59 (AZA59), un composto polietereo di origine algale che può accumularsi nei molluschi eduli, il cui consumo può provocare gravi sintomi gastrointestinali.

Inoltre, nell’ambito di un progetto finanziato dall’US National Ocean Service (NOS)-National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)-National Centers for Coastal Ocean Science (NCCOS) - ECOHAB program, si studiano gli effetti tossici in vivo ed in vitro della  diidro-dinophysistossina-1, un nuovo analogo strutturale delle tossine diarroiche appartenenti al gruppo dell’acido okadaico.

3) Principi antiinfiammatori di origine vegetale

Il regno vegetale è una fonte di un'ampia varietà di composti bioattivi, anche se un numero limitato di prodotti di origine vegetale sono usati come farmaci o come composti per lo sviluppo di nuovi farmaci. D'altra parte, molte specie vegetali sono utilizzate nella medicina tradizionale di diverse aree geografiche, ma spesso sono necessari studi sperimentali per confermare le loro proprietà farmacologiche e per individuare i principi attivi. Il progetto ha quindi lo scopo di individuare piante medicinali ed alimentari quali fonti di principi antinfiammatori per il trattamento di malattie a base flogistica.

In particolare, l'attività antinfiammatoria dei costituenti volatili, semi-volatili e non volatili di piante, selezionate mediante parametri etnobotanici e fitochimici, è studiata seguendo l’approccio del frazionamento guidato dal saggio biologico, volto ad individuare i principi attivi. Questi sono quindi studiati per caratterizzare i loro meccanismi d'azione e verificare la capacità di indurre eventuali effetti tossici, in vista di un uso terapeutico.

4) Tossicità dei nanomateriali a base di grafene

Negli ultimi anni, i nanomateriali a base di grafene (GBN) hanno attratto l’interesse accademico ed industriale per le loro straordinarie proprietà fisico-chimiche che li rendono delle promettenti piattaforme per diverse applicazioni nel campo della nanotecnologia e della biomedicina. Tuttavia, sono poco noti gli eventuali effetti negativi sulla salute umana. In particolare, la tossicità cutanea dei GBN rimane tuttora poco studiata, anche se il contatto cutaneo rappresenta una delle principali vie di esposizione ai GBN durante la loro produzione e l’utilizzo. Pertanto, nell'ambito del progetto "GRAPHENE FLAGSHIP", finanziato attraverso il programma Horizon 2020, WP4 "Salute e ambiente", vengono studiati gli effetti tossici del grafene e dei suoi derivati dopo esposizione cutanea: sia mediante studi in vitro su cheratinociti cutanei HaCaT e su epidermide ricostituita di origine umana, sia utilizzando modelli in vivo, vengono valutate le proprietà citotossiche, sensibilizzanti e/o irritanti. I modelli cellulari in vitro, inoltre, permettono di individuare e caratterizzare i meccanismi alla base degli effetti tossici.

Nanomateriali a base di graphene: (a) grafene a pochi strati; (b) nano-foglietti di grafene; (c) grafene ossido; (d) grafene ridotto (Jastrzebska et al. - J Nanopart Res 14: 1320-41, 2012).

5) Effetti dei nanomateriali a base di graphene e di tossine algali su Artemia franciscana

I nanomateriali a base di grafene e le tossine algali sono studiati anche dal punto di vista ecotossicologico, valutando i loro effetti sul crostaceo marino Artemia franciscana, che rappresenta un importante elemento nella catena alimentare, ed un organismo modello per gli studi ecotossicologici. In particolare, sono condotti studi di tossicità anche a lungo termine, valutando diversi endpoints nelle artemie esposte a varie concentrazioni delle tossine o dei nanomateriali, con l’obiettivo di valutare il loro impatto ecotossicologico.