Inquinamento da plastica Le microplastiche generano radicali potenzialmente nocivi nell'acqua

I ricercatori della Columbia University e dell’Università della California, Berkeley, hanno scoperto che le microplastiche possono generare specie reattive dell’ossigeno quando interagiscono con l’acqua. Lo studio individua un meccanismo chimico che potrebbe aiutare a spiegare in che modo le particelle di plastica contribuiscono al danno biologico.

Si ritiene che la plastica sia chimicamente inerte. È per questo che vengono utilizzate così spesso per confezionare alimenti, imbottigliare acqua e realizzare giocattoli per bambini: sono sicure. Ma quando un grosso pezzo di plastica si frammenta in micro e nanoparticelle, avviene qualcosa di importante. La sua superficie aumenta drasticamente rispetto al suo volume. Una quantità molto maggiore di materiale è ora esposta all’ambiente circostante.

Un nuovo studio condotto da ricercatori della Columbia University e dell’Università della California, Berkeley, ha rilevato che questa superficie di recente creazione non è necessariamente sicura e ne ha individuato le ragioni chimiche.

La frammentazione crea superfici chimicamente attive

“Man mano che la plastica si frammenta in particelle sempre più piccole, la sua superficie aumenta enormemente. A quel punto le microplastiche alterano l’acqua che le circonda, generando radicali reattivi ad alta energia (specie reattive dell’ossigeno, ROS) che molto probabilmente contribuiscono ai danni biologici che osserviamo negli animali e, potenzialmente, anche negli esseri umani a seguito dell’esposizione alle microplastiche», ha affermato Wei Min, professore di Chimica e Ingegneria Biomedica alla Columbia University.

Lo studio mette in discussione la visione comune secondo cui le microplastiche sarebbero frammenti in gran parte passivi di materiale inerte e contribuisce a una comprensione sempre più approfondita dei motivi per cui la presenza su larga scala delle microplastiche costituisce motivo di preoccupazione. La ricerca è stata pubblicata oggi sulla rivista *Nature*.

Questo aspetto è particolarmente rilevante per la salute umana, poiché il sangue umano è costituito in gran parte da acqua. La nuova ricerca suggerisce che le microplastiche che entrano nel flusso sanguigno o nelle cellule potrebbero rimanere chimicamente attive in questo ambiente biologico ricco di acqua.

Ricerche precedenti hanno evidenziato l'entità dell'esposizione alle nanoplastiche

Il gruppo di Min alla Columbia University ha inoltre condotto uno studio nel 2024 in cui è stata sviluppata una tecnologia di microscopia basata sul laser, scoprendo che, in media, un litro di acqua in bottiglia conteneva circa 240.000 frammenti di plastica rilevabili (per lo più plastica di dimensioni nanometriche, ovvero nanoplastica) — da 10 a 100 volte più frammenti rispetto a quanto stimato in precedenza. Tale studio ha portato a una crescente consapevolezza della presenza di micro e nanoplastiche in tutto il sistema alimentare.

La ricerca condotta dal gruppo nel 2024 sulle nanoplastiche ha suscitato grande interesse da parte dei media e la lotta contro le microplastiche è diventata una priorità per la salute pubblica. Quest’anno, il governo federale degli Stati Uniti ha lanciato un programma da 144 milioni di dollari per combattere le microplastiche tossiche presenti nel corpo umano. L’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) ha inoltre recentemente aggiunto le microplastiche a un elenco federale di contaminanti che potrebbero rappresentare un rischio per l’acqua potabile: è la prima volta che le microplastiche compaiono in tale elenco.

Ricerche successive pubblicate su riviste di spicco, tra cui il *New England Journal of Medicine*, *Nature Medicine* e *Nature Health*, hanno individuato un nesso tra l’esposizione alle micro e nanoplastiche e l’infarto, l’ictus, la demenza e i tumori cerebrali. Tuttavia, data la loro presunta inertezza, il meccanismo attraverso il quale le microplastiche potrebbero contribuire all’insorgenza di queste malattie non era ancora chiaro.

Questo nuovo studio individua un meccanismo finora trascurato che potrebbe contribuire a colmare questa lacuna.

L'acqua svolge un ruolo attivo nella formazione dei radicali

“La nostra ricerca ha dimostrato che quando le microplastiche interagiscono con l’acqua, come accade quando si trovano nell’acqua in bottiglia o quando vengono assorbite nel nostro flusso sanguigno, generano spontaneamente quelle che chiamiamo specie reattive dell’ossigeno (ROS)”, ha affermato Naixin Qian, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Wei Min che ha contribuito a guidare la ricerca. «Le ROS sono esempi da manuale del tipo di molecole in grado di danneggiare i tessuti animali e umani».

“L’acqua è un attore chiave in questo processo, non un semplice spettatore. È fondamentale per rendere reattive queste microplastiche. Le molecole d’acqua diventano chimicamente attive quando entrano in contatto con la plastica, che è idrofobica. Il contatto tra l’acqua e la plastica crea un ambiente che facilita il trasferimento di elettroni e la formazione di radicali reattivi. Quando la plastica si frammenta in particelle più piccole, il loro crescente rapporto superficie-volume crea un numero maggiore di queste aree chimicamente attive», ha affermato Min.

Le simulazioni spiegano le reazioni all'interfaccia tra plastica e acqua

Il team della Columbia ha condotto gli esperimenti chimici e biologici, mentre i collaboratori del laboratorio della professoressa Teresa Head-Gordon presso l’Università della California, Berkeley, hanno elaborato calcoli teorici e simulazioni dinamiche per individuare le modalità di interazione delle microplastiche con l’acqua.

Il laboratorio di Head-Gordon ha elaborato la teoria secondo cui gli ioni idrossido che vengono trasportati negli strati d’acqua immediatamente adiacenti all’interfaccia idrofobica delle microplastiche possono perdere più facilmente il proprio elettrone, dando origine a radicali idrossilici.

I risultati potrebbero fornire spunti per apportare modifiche alla chimica della plastica

“La nostra ricerca fondamentale, secondo cui le microplastiche più idrofobiche che interagiscono con l’acqua possono innescare reazioni chimiche, potrebbe in ultima analisi portare a nuove soluzioni ingegneristiche, riprogettando la composizione chimica di queste materie plastiche di uso comune per ridurre gli effetti tossici sulla salute e sull’ambiente”, ha affermato Head-Gordon.

“Questo studio ha importanti implicazioni per l’ambiente e la salute umana”, ha affermato il coautore Beizhan Yan del Lamont-Doherty Earth Observatory. “In determinati contesti, come gli scarichi delle aziende produttrici di plastica e delle lavanderie a gettoni, possono formarsi microplastiche che finiscono negli ambienti acquatici. Questo studio indica inoltre che in acqua possono formarsi radicali sulle superfici idrofobiche della plastica, il che potrebbe influire sugli ecosistemi e sulla salute umana in seguito all’esposizione. Inoltre, vari usi e processi della nostra vita quotidiana possono generare microplastiche, tra cui il riscaldamento nel microonde e l’esposizione alla luce solare dell’acqua in bottiglia durante la conservazione. Questo lavoro fondamentale offre una potenziale via per comprendere i loro impatti sulla salute.»