Studio pilota per la caratterizzazione di profili metabolici di lavoratori esposti a microplastiche mediante spettroscopia NMR

Introduzione L’esposizione a microplastiche nell’ambiente lavorativo rappresenta una crescente preoccupazione per la salute occupazionale e ambientale. Le microplastiche definite come particelle di plastica con dimensioni inferiori a 5 millimetri [Frias & Nash, 2019], si trovano in una vasta gamma di settori e processi industriali che coinvolgono materiali plastici. Studi recenti [Correia Prata, 2018, Guodong & Zongwei, 2023] hanno evidenziato potenziali rischi per la salute associati all’esposizione a microplastiche, inclusi effetti sul sistema respiratorio, sul sistema cardiovascolare, sul sistema nervoso e sul sistema endocrino. Lo scopo del nostro studio pilota è stato caratterizzare i profili metabolici di lavoratori esposti a microplastiche mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Materiali e Metodi Le urine, prelevate da ciascun lavoratore esposto, sono state preparate aggiungendo una soluzione batteriostatica a base di sodio azide e centrifugate. Successivamente, i surnatanti sono stati addizionati con il riferimento interno (trimetilsililpropionato sodico) in acqua deuterata. Gli spettri NMR sono stati acquisiti e l’identificazione è stata confermata mediante esperimenti bidimensionali. Risultati e Discussione Sono stati identificati e quantificati 46 metaboliti urinari appartenenti a differenti classi chimiche, tra cui amminoacidi, acidi organici e composti azotati; le cui concentrazioni sono state espresse come μmol/mmol di creatinina urinaria. Il profilo urinario del gruppo di lavoratori esposti è stato valutato rispetto al profilo di un gruppo di controllo non esposti (matchati per sesso ed età con i lavoratori) inclusi in un database interno. Sull’intero dataset è stata effettuata un’analisi multivariata per componenti principali non supervisionata (PCA) che ha evidenziato la presenza di due gruppi distinti, rispettivamente esposti e controlli (figura 1A). Successivamente, con lo scopo di costruire un modello predittivo dell’esposizione, che chiarisse il ruolo di ciascuna variabile nella discriminazione tra i due gruppi, è stata condotta un’analisi supervisionata di tipo Partial Least Squares-Discriminant Analysis (PLS-DA) come mostrato in figura 1B e 1C. Il modello realizzato si è dimostrato robusto a seguito di una procedura di double cross validation con valori di sensibilità e specificità di 85,5±4,1% e 89,8 ±6,1% rispettivamente per la classificazione degli esposti rispetto ai controlli. Le variabili ritenute significative per il modello sono le seguenti: piro-glutammato, furoilglicina e trigonellina che risultano più alte nei lavoratori esposti; e leucina (Leu), valina (Val), isoleucina (Ile), 3-idrossiisobutirrato (3-HIBA), treo 2,3 diidrossibutirrato (Threo 2,3 DHBA), 3-idrossi-3-metilbutirrato (3-H-3-MBA), Acetato, N-acetil glutammina (N-AcGln), Sarcosina (Sar), creatina (Crt), 4-idrossifenilacetato (4-HPAA), tirosina (Tyr), fenilacetilglicina (PAG), 4-idrossibenzoato (4-HbzA) e 1-metilnicotinato (1-MNA) che invece risultano inferiori negli esposti rispetto al gruppo di controllo. Conclusioni Da questa prima analisi è emersa una variazione nel metabolismo di amminoacidi ramificati e acidi organici a corta catena nei soggetti esposti rispetto ai controlli. Inoltre, di particolare interesse è il metabolita furoilglicina, le cui concentrazioni urinarie sono significativamente più alte negli esposti. La furoilglicina è un metabolita biosintetizzato dal fegato a partire da due precursori, che sono acido 2-furoico e la glicina. È noto che tale metabolita nelle urine derivi dal consumo di particolari alimenti quali caffè o cibi sottoposti a trattamenti ad elevate temperature [Kar S. et al. 2022]; tuttavia l’acido 2-furoico trova anche impiego come plasticizzante e nella realizzazione di resine furaniche da impiegare come cast negli impianti stampaggio di materiali plastici [Brydson et al. 1999]. Pertanto, tale metabolita potrebbe ricoprire un ruolo importante come possibile biomarcatore predittivo dell’esposizione a tali sostanze. La messa a punto di questo studio preliminare ci permette di gettare le basi per ulteriori studi in cui coinvolgere un maggior numero di soggetti per poter confermare l’individuazione di questi metaboliti come possibili biomarcatori predittivi di effetto.