Microplastiche Nascoste: A Caccia delle Particelle di Pneumatici negli Organismi Viventi

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un argomento che sta diventando sempre più caldo nel mondo della ricerca ambientale: le microplastiche. Ma non quelle “classiche” che magari vi vengono in mente, come frammenti di bottiglie o fibre sintetiche. No, oggi ci addentriamo in un territorio un po’ più specifico e, se vogliamo, insidioso: le particelle derivanti dall’usura di pneumatici e asfalto, che in gergo tecnico chiamiamo TRWP (Tire and Road Wear Particles).

Vi siete mai chiesti dove finisce quella gomma che i nostri pneumatici perdono chilometro dopo chilometro? Ecco, si trasforma in minuscole particelle che, insieme a pezzettini di asfalto e altri detriti stradali, formano le TRWP. Queste particelle non sono tecnicamente plastica nel senso stretto del termine (sono più che altro elastomeri, gomme vulcanizzate), ma visto il loro impatto potenziale, abbiamo deciso di includerle a pieno titolo negli studi sulle microplastiche ambientali. È una sfida bella grossa, perché queste particelle sono complesse: un mix di gomma, agenti chimici usati per produrle (come zolfo e zinco) e “incrostazioni” minerali raccolte dalla strada (silice, calcio, alluminio…). Insomma, un bel grattacapo da identificare e quantificare!

La Sfida: Trovare l’Ago nel Pagliaio (Biologico)

Il vero problema è: come facciamo a trovare e studiare queste TRWP una volta che finiscono nell’ambiente, magari trasportate dalla pioggia nei fiumi o depositate sul terreno? E soprattutto, cosa succede se vengono ingerite dagli organismi viventi? Entrano nella catena alimentare? Si accumulano? Per rispondere a queste domande, servono metodi di analisi super affidabili, capaci di scovare queste particelle specifiche in matrici complesse come i tessuti biologici.

Negli ultimi anni, noi ricercatori abbiamo fatto passi da gigante. Abbiamo usato tecniche come la pirolisi-gas cromatografia-spettrometria di massa (Py-GC-MS) per quantificare la *massa* di TRWP in aria, suolo, acqua dolce e sedimenti. Utile, certo, ma questa tecnica non ci dice nulla sulle *dimensioni* delle particelle, un’informazione cruciale per capirne il comportamento e l’impatto. Altri studi hanno provato con l’identificazione visiva o tattile, ma capite bene che distinguere una TRWP da un granello di qualcos’altro solo guardandola o toccandola è difficile e soggetto a errori.

Ci sono stati tentativi di cercare TRWP direttamente negli animali. Ad esempio, uno studio sui delfini e sui pesci della Florida ha cercato particelle nere, gommose e cilindriche. Ne hanno trovate alcune sospette nei pesci, ma senza analisi chimiche approfondite, rimane il dubbio. Un altro studio sui pesci dell’Atlantico ha trovato pochissime particelle sospette e solo una è stata analizzata con FTIR (una tecnica spettroscopica), che ha indicato la presenza di nerofumo (comune nei pneumatici, ma non esclusivo). Insomma, c’era bisogno di qualcosa di più robusto.

Il Nostro Approccio: Detective delle Microparticelle

Ed è qui che entriamo in gioco noi! Recentemente abbiamo messo a punto e affinato un metodo di analisi “particella per particella” che combina diverse tecniche potenti. Immaginate di avere un campione biologico, ad esempio un lombrico o una cozza, che sospettate abbia ingerito TRWP. Come facciamo?

1. Digestione Soft: Per prima cosa, dobbiamo “sciogliere” il tessuto biologico senza danneggiare le particelle che ci interessano. Usiamo una miscela chimica (KOH:NaClO) che è efficace nel digerire le proteine ma gentile con le TRWP e altre microplastiche.
2. Separazione per Densità: Le TRWP hanno una densità specifica, generalmente tra 1.5 e 2.2 grammi per centimetro cubo. Usando soluzioni saline speciali (sodio politungstato) e una centrifuga, possiamo separare le particelle in questa “fascia di densità” da quelle più leggere (come molti materiali biologici) e quelle più pesanti (come certi minerali). È come un setaccio super tecnologico basato sul peso specifico!
3. Occhio Clinico (Microscopia Ottica): Osserviamo le particelle isolate al microscopio ottico. Cerchiamo quelle scure (nere/grigie/opache), con forme tipiche (spesso arrotondate o allungate, a volte con incrostazioni).
4. Carta d’Identità Chimica (SEM/EDX): Il passo cruciale! Usiamo la Microscopia Elettronica a Scansione (SEM) accoppiata alla Spettroscopia a Raggi X a Dispersione di Energia (EDX). La SEM ci dà immagini ad altissima risoluzione della forma e della superficie delle particelle. L’EDX, invece, ci dice di cosa sono fatte, analizzando gli elementi chimici presenti. Per le TRWP, cerchiamo la firma caratteristica: zolfo (S) e zinco/sodio (Na/Zn), spesso accompagnati da silicio (Si), potassio (K), magnesio (Mg), calcio (Ca) e alluminio (Al) provenienti dalle incrostazioni stradali.

Questo approccio “a più prove” (weight of evidence), che combina aspetto fisico e composizione chimica, ci dà una confidenza molto maggiore nell’identificare correttamente una particella come TRWP.

Mettere alla Prova il Metodo: Lombrichi e Cozze Sotto la Lente

Per vedere se il nostro metodo funzionava davvero “sul campo” (o quasi), abbiamo fatto due esperimenti chiave.

Esperimento 1: Lombrichi da Laboratorio
Abbiamo preso dei lombrichi (Eisenia andrei, un modello classico per gli studi sul suolo) e li abbiamo allevati per quattro settimane in un terreno “arricchito” con una polvere di pneumatici preparata in laboratorio (CMTT – Cryogenically Milled Tire Tread, ottenuta macinando pneumatici a bassissime temperature). Questa polvere ha caratteristiche simili alle TRWP ma è più “pulita” e controllata. Dopo le quattro settimane, abbiamo recuperato i lombrichi, li abbiamo liofilizzati, polverizzati e applicato il nostro protocollo di digestione e analisi. Risultato? Bingo! Abbiamo identificato chiaramente le particelle di CMTT all’interno dei campioni di lombrico, riconoscendole dalla loro forma spigolosa (tipica della macinazione criogenica) e dalla loro firma chimica (S + Na/Zn, più altri elementi). Questo ci ha dimostrato che il metodo era in grado di recuperare e identificare le particelle target anche dopo l’esposizione e la digestione del tessuto biologico.

Esperimento 2: Cozze della Senna (con un piccolo aiuto)
Siamo passati poi a un campione ambientale reale: delle cozze (Mytilus edulis) raccolte vicino alla foce del fiume Senna, in Francia. Abbiamo analizzato il loro tessuto molle con il nostro metodo, ma… sorpresa! Non abbiamo trovato TRWP rilevabili (su oltre 600 particelle analizzate). Questo poteva significare che in quel punto specifico l’esposizione era bassa, o che le cozze non le accumulavano facilmente.

Per testare comunque la robustezza del metodo su una matrice biologica “vera” e più complessa, abbiamo deciso di “dopare” un campione di tessuto di cozza non digerito. Abbiamo aggiunto una quantità nota di polvere stradale (raccolta da una spazzatrice stradale a Lipsia, Germania) che sapevamo contenere circa l’1.4% di TRWP. L’abbiamo aggiunta in modo da ottenere una concentrazione finale di TRWP nello 0.14% circa nel campione di cozza. Poi, abbiamo applicato l’intero protocollo: digestione, doppia separazione per densità (prima >1.5 g/cm³, poi <2.2 g/cm³) e analisi SEM/EDX. Questa volta, le TRWP le abbiamo trovate eccome! Su 568 particelle totali analizzate in 20 campi visivi al microscopio, ne abbiamo identificate 65 come TRWP. Avevano l'aspetto giusto (nere/grigie, da tonde a allungate, con incrostazioni minerali) e la composizione chimica corretta (S + Zn/Na ± Si, K, Mg, Ca, Al).

Dimensioni e Confronti: La Prova del Nove

Ma la cosa più interessante è stata analizzare le dimensioni di queste TRWP recuperate dalle cozze “dopate”. La dimensione media (diametro massimo) era di 126 micrometri (µm) calcolata sul numero di particelle, e 220 µm calcolata sul volume (le particelle più grandi pesano di più sul volume totale). Il range andava da 9 µm (davvero piccole!) fino a 572 µm (quasi mezzo millimetro).

E qui arriva la prova del nove: abbiamo confrontato questa distribuzione delle dimensioni con quella che avevamo misurato in precedenza sulla polvere stradale originale (non mischiata alle cozze) e su un campione di sedimento artificiale “dopato” con la stessa polvere stradale. Le distribuzioni erano incredibilmente simili! La dimensione media per numero (126 µm) era vicinissima a quella della polvere originale (158 µm), e quella per volume (220 µm) era praticamente identica (224 µm).

Questo risultato è fondamentale: ci dice che il nostro intero processo (digestione del tessuto, separazione per densità, analisi) non altera significativamente le dimensioni delle particelle TRWP. Possiamo quindi fidarci delle misure che otteniamo applicando questo metodo a campioni biologici reali. È un passo avanti enorme per poter studiare l’effettiva esposizione degli organismi a queste particelle nell’ambiente.

Perché Tutto Questo è Importante?

Capire come identificare e misurare le TRWP negli organismi viventi è cruciale. Ci permette di:

• Valutare l’esposizione reale della fauna (e potenzialmente dell’uomo attraverso la catena alimentare).
• Studiare se e come queste particelle vengono assorbite, trasportate all’interno degli organismi (bioaccumulo) o espulse.
• Comprendere meglio il destino ambientale delle TRWP e il loro potenziale impatto ecologico.

Certo, il nostro metodo attuale è ancora piuttosto “manuale” e richiede tempo per analizzare particella per particella. La prossima sfida sarà automatizzare parte del processo, magari usando algoritmi di machine learning per aiutare nell’identificazione e nella misurazione, rendendo le analisi più veloci e standardizzate.

In conclusione, con questo lavoro abbiamo dimostrato che è assolutamente fattibile applicare tecniche di analisi avanzate come la SEM/EDX, combinate con un’adeguata preparazione del campione (digestione e separazione per densità), per caratterizzare le particelle di usura di pneumatici e strade all’interno di campioni biologici. Abbiamo aperto una nuova finestra per studiare l’interazione tra questa forma specifica di micro-inquinamento e gli ecosistemi. È solo l’inizio, ma siamo sulla strada giusta per capire meglio questo aspetto nascosto, ma potenzialmente rilevante, dell’impatto ambientale dei trasporti.

Fonte: Springer