DIAGONAL: Desarrollo e implementación de herramientas de diseño seguro y guías para nanomateriales multicomponentes y de alto ratio de aspecto

El proyecto DIAGONAL tiene como objetivo principal establecer nuevas relaciones estructura-propiedad-función (SPF) y estructura-propiedad-peligro (SPH) mediante actividades de caracterización (peligrosidad y exposición) y modelización, permitiendo la adaptación del trabajo de evaluación, gestión y gobernanza del riesgo que se está desarrollando, poniéndolo a disposición de la industria y guiando el diseño de nanomateriales multicomponente y de los de alta relación de aspecto para que sean más seguros.

Contexto

Actualmente existe un importante vacío científico en la comprensión sobre cómo la estructura y las interacciones que se dan en nanomateriales multicomponente (MCNMs) y en los de alta relación de aspecto (High Aspect Ratio Nanomaterials, por sus siglas en inglés HARNs) pueden afectar a las propiedades de estos, incrementando su peligro.

Para abordar este reto científico de información, el proyecto DIAGONAL pretende desarrollar nuevas metodologías que garanticen la nanoseguridad a largo plazo y contribuyan a aumentar el conocimiento en aspectos relacionados con la evaluación, la gestión y la gobernanza del riesgo. Con ese fin, se recurrirá a la investigación experimental (in vitro) y predictiva (in silico) para dilucidar cuáles son las interacciones entre componentes de los nanomateriales (NMs), su transformación en productos y entre NMs y medio ambiente, promoviendo una mejor comprensión de sus potenciales efectos en la salud humana y la biota. El conocimiento generado se compilará en forma de guías para la gestión del riesgo, las cuales incluirán herramientas de diseño seguro (Safe-by-Design, SbD) y de sostenibilidad en el ciclo de vida (SusbD).

Resumen y objetivos

El principal objetivo de DIAGONAL es aumentar la comprensión del comportamiento de los MCNMs y los HARNs y establecer nuevas relaciones estructura-propiedad-función (SPF) y estructura-propiedad-peligro (SPH) mediante actividades de caracterización (peligrosidad y exposición) y modelización, permitiendo la adaptación del trabajo de evaluación, gestión y gobernanza del riesgo que se está desarrollando (estrategias, recomendaciones e instrumentos normativos y de regulación), poniéndolo simultáneamente a disposición de la industria y guiando el diseño de MCNMs y HARNs con el fin de que sean más seguros.

Dentro del proyecto se desarrollarán una serie de objetivos secundarios:

1. Conocer las propiedades fisicoquímicas de los MCNMs/HARNs a lo largo de su ciclo de vida.

2. Obtener conocimientos sobre la toxicología de los MCNMs y HARNs, así como de sus productos de transformación y degradación.

3. Entender el destino, comportamiento y exposición ambiental de las MCNMs y HARNs dependiendo de los ambientes de la vida real.

4. Entender las implicaciones de la exposición a las MCNMs y HARNs para la seguridad humana.

5. Desarrollar y validar herramientas de modelado a múltiples escalas capaces de predecir y caracterizar las propiedades nanoespecíficas, el peligro, AOP (Adverse Outcome Pathway- Vía de Resultados Adversos, un modelo que identifica la secuencia de eventos moleculares y celulares necesarios para producir un efecto tóxico cuando un organismo está expuesto a una sustancia) y la exposición ambiental de las MCNMs y los HARNs, incluyendo el entorno de la vida real y el comportamiento de sus componentes individuales.

6. Desarrollar conocimiento y poner a prueba herramientas para el diseño seguro (SbD) en siete casos industriales, facilitando el rediseño de los procesos de diseño y fabricación de nanomateriales y NEPs  (Nanoenabled products -productos con nanopartículas-).

7. Añadir la dimensión de la sostenibilidad al SbD y demostrar su aplicación en dos casos industriales.

8. Adaptar las normas y directrices de gestión de riesgos a las propiedades únicas de estos NM y los NEP, facilitando su uso por la industria.

9. Contribuir a la labor de gestión de riesgos emprendida por la Agencia Europea de Sustancias y Mezclas Químicas (a través del Reglamento de registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias químicas –REACH-) y otros organismos, por ejemplo, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE).

10. Integrar la utilización de los enfoques SbD en las pymes.

11. Explorar las percepciones de la sociedad con respecto a las MCNMs y las HARNs.

Consorcio

El consorcio DIAGONAL reúne a 22 socios de 13 países europeos entre los que se encuentran 9 centros de investigación, 10 pymes, 1 gran empresa y 2 universidades.

1. UNIVERSIDAD DE BURGOS (Coordinador) – España.

2. CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) -Francia.

3. CENTRO TECNOLÓGICO ITENE – España.

4. WAGENINGEN UNIVERSITY – Países Bajos.

5. IDRYMA TECHNOLOGIAS KAI EREVNAS – Grecia.

6. INSTITUTO DE SOLDADURA E QUALIDADE – Portugal.

7. NOVAMECHANICS LIMITED – Chipre.

8. QSAR LAB SPOLKA Z OGRANICZONA ODPOWIEDZIALNOSCIA – Portugal.

9. BIONANONET FORSCHUNGSGESELLSCHAFT MBH – Austria.

10. RINA CONSULTING – CENTRO SVILUPPO MATERIALI SPA – Italia.

11. LUXEMBOURG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY -Luxemburgo.

12. BRIMATECH SERVICES GMBH – Austria.

13. IZES GGMBH – Alemania.

14.  NEOVILI SA – Suiza.

15. VIREO ADVISORS LLC – Estados Unidos.

16.  PHORNANO HOLDING GMBH- Austria.

17. IRIS SRL- Italia.

18. MONOLITHOS KATALITES KE ANAKIKLOSI ETAIREIA PERIORISMENIS EVTHINIS- Grecia.

19. CREATIVE NANO PC- Grecia.

20. OCSiAl Europe S.a r.L- Luxemburgo.

21. TEKNOLOGISK INSTITUT- Dinamarca.

22. GRAPHENE-XT SRL- Italia.

El papel de ITENE en DIAGONAL

El proyecto DIAGONAL está organizado en 7 paquetes de trabajo (WP). ITENE participa en los WP 3, 4, 5 y lidera el paquete 6 sobre la gestión de riesgos y gobernanza. El papel de ITENE en este proyecto es el de:

1. Desarrollar modelos matemáticos para la predicción de la potencial exposición ocupacional a MCNMs y HARNs. Uno de los modelos se centrará en estimar la concentración ambiental prevista (Predicted Environmental Concentration –PEC-) en diferentes matrices ambientales (aire, ambiente acuático, suelo sedimento). Otro modelo trabajará en estimar la exposición ocupacional por las tres rutas de entrada principales (inhalatoria, dérmica y ocular), para lo que se considerarán aspectos como tamaño de partícula, tamaño de distribución, comportamiento, agregación, deposición, etc. Los niveles de exposición calculados con los modelos se integrarán en un Índice de Riesgo Ocupacional.

2. Definición de diferentes protocolos armonizados: i) procedimientos de medida de la calidad del aire en el puesto de trabajo, así como en el aire ambiente indoor y outdoor; ii) protocolos para garantizar la calidad del aire; iii) métodos para la evaluación de los resultados.

3. Participación en el desarrollo de estudios de caracterización para diferentes MCNMs y HARNs seleccionados, del perfil toxicológico, considerando diferentes rutas de entrada en el organismo, y del perfil ecotoxicológico en diferentes organismos de relevancia ambiental.

4. Desarrollo de estrategias de diseño seguro (Safe-by-Design, SbD) para la reducción de la toxicidad y mejor control del riesgo, las cuales aplicarán enfoques de diseño seguro desde materiales a procesos, considerando en estas estrategias la sostenibilidad en el diseño.

5. Definición y caracterización de enfoques para la gestión del riesgo de MCNMs y HARNs basados en los datos ecotoxicológicos y fisicoquímicos extraídos del proyecto, así como medidas de control y mitigación en el puesto de trabajo considerando la cadena de valor de los nanomateriales y los productos que los contienen.

Resultados

• Dentro del WP3, se han desarrollado  modelos computacionales predictivos para:
• • Evaluar el destino ambiental de nanomateriales liberados al medio.
  • Exposición ocupacional.
• Como parte del WP4, se ha realizado la caracterización del perfil (eco)toxicológico de un conjunto de nanomateriales complejos (MCNMs y HARNs) utilizados en 7 demostradores diferentes. Comparativa del perfil toxicológico antes y después de aplicar estrategias para reducir la toxicidad.
• En el WP5 ITENE ha desarrollado:
  • Estrategias enfocadas a diseñar nanomateriales más seguros.
  • Estrategias enfocadas a modificar el proceso de diseño y desarrollo de estos nanomateriales para incrementar la seguridad durante estas etapas.
  • Estrategias enfocadas a mejorar la sostenibilidad de los nanomateriales, con un enfoque de ciclo de vida, que permitan desarrollar nanomateriales con un menor impacto ambiental.
• En el WP6, liderado por ITENE, se ha conseguido desarrollar dos herramientas clave:
  • Risk Management Tool: herramienta que permite evaluar la exposición del trabajador a los nanomateriales durante su manejo, y sugiere acciones para mitigar este riesgo con el objetivo de mejorar su seguridad.
  • DST: Decision Support Tool: herramienta que permite a las empresas que sintetizan o manipulan nanomateriales a mejorar la seguridad y sostenibilidad, tanto de sus productos como de sus procesos, mediante la recomendación de diferentes estrategias. Para ello, la herramienta permite realizar al usuario un análisis, en términos de seguridad, sobre la peligrosidad del material y los riesgos asociados a los procesos en las diferentes fases del ciclo de vida, desde el diseño hasta la aplicación, así como sobre su sostenibilidad.