L’unità operativa svolge attività clinica e di ricerca (epidemiologica, clinica e sperimentale) nel campo della tossicologia medica. Il Centro Antiveleni (CAV) è l’unico operante in un IRCCS ed è di riferimento nazionale e regionale, con funzioni speciali per alcune Amministrazioni dello Stato (Presidenza del Consiglio dei Ministri, Ministero della Salute e Istituto Superiore di Sanità), e convenzionato con l’Università di Pavia, di Milano e Modena – Reggio Emilia per l’insegnamento nei corsi di laurea e in tre scuole di specializzazione per medici. Settori di ricerca principali sono:
• tossicologia clinica ed epidemiologia delle intossicazioni (in tutte le fasce di età), con particolare riferimento alle patologie da nuove sostanze d’abuso, da intossicazioni alimentari e ambientali, da farmaci, da prodotti per uso domestico, da metalli. Attività di ricerca specifiche riguardano gli antidoti e la diagnostica analitico-tossicologica, specie in relazione agli aspetti organizzativo-gestionali applicabili nel sistema sanitario nazionale (SSN), nonché i sistemi di tossicovigilanza e di allerta (in ambito istituzionale e industriale);
• tossicologia sperimentale e traslazionale, comprendente tossicologia in vitro, tossicologia cellulare, studio di indicatori precoci di effetti tossici, sviluppo di nuovi test molecolari applicabili alla diagnosi delle intossicazioni acute e croniche e delle nuove sostanze d’abuso.
• tossicologia analitica-clinica, per la messa a punto metodi specifici, a supporto dell’attività di ricerca clinica, nonché per la diagnosi delle intossicazioni acute e croniche da sostanze d’abuso, farmaci, pesticidi, metalli, tossine naturali, inquinanti ambientali da attività produttive: i test analitici vengono effettuati presso laboratori accreditati. Il 60% delle richieste di esami clinici proviene da strutture extra-regionali.
Elenco delle attività di ricerca
Ricerca clinica
Le attività di ricerca clinica ed epidemiologica vengono svolte in relazione alle attività di ricovero/ambulatoriali per intossicazioni acute rare e alle attività del Centro Antiveleni, osservatorio privilegiato per le patologie da causa tossica che consente di raccogliere casistiche (studi retrospettivi e prospettici) su tutto il territorio nazionale.
Nuove sostanze d’abuso psicoattive e tossiche: in relazione alla funzione specifica affidata dal Dipartimento Politiche Antidroga-Presidenza del Consiglio dei Ministri e dall’Istituto Superiore di Sanità, il CAV è il riferimento nazionale per gli aspetti clinico-tossicologici del Sistema Nazionale di Allerta Precoce per le droghe (SNAP ISS). In relazione a ciò è stata sviluppata importante attività di ricerca clinico-epidemiologica relativa alla valutazione diagnostica, alle necessità di monitoraggio, ai trattamenti farmacologici d’urgenza e agli aspetti gestionali delle intossicazioni da nuove sostanze d’abuso. In ottemperanza alle normative europee e nazionali, i dati raccolti attraverso tale attività vengono utilizzati per scopi di salute pubblica e regolatori (es. controllo legislativo delle nuove sostanze d’abuso per le quali vengono documentate intossicazioni gravi o letali), sia a livello nazionale che europeo.
Intossicazioni da farmaci, alimenti, prodotti per uso domestico, tossici ambientali, tossine naturali, metalli: vengono raccolti e valutati i casi di intossicazione da specifiche sostanze appartenenti alle varie categorie di agenti tossici al fine di identificare biomarcatori di effetto/tossicità predittivi delle manifestazioni cliniche e di valutare nuovi approcci terapeutici.
Vigilanza delle intossicazioni, sistemi di allerta e di gestione delle emergenze tossicologiche: sulla base di collaborazioni a progetti nazionali vengono sperimentalmente raccolti, analizzati e valutati i trend delle intossicazioni (di qualsivoglia origine e tipo) che afferiscono al SSN di tutto il Paese al fine di evidenziare situazioni di rischio clinico. Tale attività di ricerca ha un particolare settore applicativo per il ruolo del CAV nella sorveglianza, vigilanza e allerta per eventi tossicologici di natura convenzionale o non convenzionale (collaborazione con il Ministero della Salute).
Antidoti e analisi clinico-tossicologiche: in base a programmi nazionali di attività e di ricerca, il CAV svolge studi per valutare e monitorare la disponibilità di antidoti e di indagini diagnostiche (di tipo analitico-tossicologico) sul territorio nazionale.
Ricerca sperimentale
Tossicologia in vitro: sviluppo, validazione e applicazione di metodi alternativi all’animale, in ottemperanza alle più recenti normative europee, per lo screening e la caratterizzazione della tossicità d’organo. Il laboratorio applica tecniche innovative per la caratterizzazione della tossicità molecolare di agenti attivi sul sistema nervoso, sul sistema ematopoietico, sull’apparato respiratorio e sulla cute. In particolare, il Laboratorio dispone di un’ampia batteria di test in vitro, molti dei quali già validati dalla Comunità Europea, utilizzabili per la caratterizzazione tossicologica di sostanze e prodotti, ai sensi del Regolamento comunitario 1907/2006 REACH (Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals). Vengono utilizzati test di citotossicità generale e di tossicità organo-specifica con l’impiego di modelli cellulari (linee stabilizzate, colture primarie di cellule, cellule isolate) rappresentativi di organi e sistemi che sono bersaglio di tossicità. Test in vitro speciali sono inoltre usati per valutare permeabilità e integrità della barriera ematoencefalica e biocompatibilità ed effetti da contatto di nanomateriali. Sono stati altresì allestiti modelli di: (i) co-coltura cellulare, di derivazione umana, quali modelli più realistici di barriera alveolare e tessuto cerebrale che mimano più strettamente le condizioni fisiologiche del polmone e del SNC, e (ii) colture cellulari tridimensionali (3D) quale approccio alternativo e/o parallelo al 2D, che rappresentano il punto di legame tra la coltura cellulare tradizionale e i modelli in vivo. Recentemente gli studi si sono focalizzati anche sull’isolamento e la caratterizzazione di cellule staminali mesenchimali umane (hMSC) derivate da cordone ombelicale per lo sviluppo di nuovi modelli cellulari in vitro volti alla valutazione della tossicità di inquinanti emergenti.
Indicatori biologici di danno cellulare: utilizzando matrici biologiche periferiche (sangue, urine), vengono studiati biomarcatori di effetto predittivi di manifestazioni cliniche precoci di malattie da causa tossica. In questo campo, il laboratorio ha partecipato a programmi di ricerca nazionali ed internazionali.
Nanotossicologia: il Laboratorio svolge studi per la caratterizzazione tossicologica di nanomateriali nel quadro di vari programmi italiani e internazionali. Gli studi riguardano le caratteristiche di biocompatibilità di nanovettori di interesse medico e ambientale (nanoparticelle di cadmio, silicio, argento, titanio e ferro). Alcune delle ricerche si svolgono nel quadro di collaborazioni con l’Università di Pavia, altri atenei italiani, altri IRCCS e il Joint Research Centre (UE, Ispra). Attualmente gli studi in corso prevedono l’uso di hMSC per lo sviluppo di una batteria di test di screening per definire la tossicità dei nanomateriali sia in termini di tossicità generale che di comprensione meccanicistica delle risposte cellulari (studi condotti in collaborazione con la "Unità operativa complessa di ostetricia e ginecologia" e il "Laboratorio di immunologia e trapianto - Onco-ematologia pediatrica" "della Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo, Pavia).
Ricerca analitica-clinica applicata e traslazionale
Nuovi indicatori biologici: test di neurotossicità basati sulla misurazione di MAO-B piastrinica e dei recettori colinergici muscarinici linfocitari si applicano nello studio di pazienti con patologie psichiatriche, disturbi dell’alimentazione e patologie da nuove sostanze d’abuso. Tali attività vengono svolte in collaborazione con diversi Enti come la divisione di Neuropsichiatria Infantile dell’Università di Pavia, l’IRCCS Fondazione C Mondino, e il Dipartimento Politiche Antidroga della Presidenza del Consiglio dei Ministri e altri laboratori di ricerca di ICSM. Nell’ambito di collaborazioni inter dipartimentali dell’Istituto di Pavia i marcatori periferici della neurotrasmissione, unitamente a test cognitivi-comportamentali e di neuroimaging funzionale, vengono anche applicati in studi volti alla caratterizzazione di soggetti ludopatici. Un’altra area di studio riguarda lo sviluppo (i) di nuovi marker di stress ossidativo e di infiammazione sistemica applicabili nel percorso riabilitativo di pazienti con patologie cardio-respiratorie (programma multicentrico condotto in collaborazione con altri Dipartimenti dell’Istituto Scientifico ICSM di Pavia e di altri istituti di FSM); (ii) di un ampio pannello di nuovi biomarcatori misurabili in matrici biologiche, quale contributo importante alla diagnosi differenziale precoce della dipendenza e/o abuso di alcol, e monitoraggio di eventuali terapie farmacologiche impiegate per la disassuefazione, volto ad un approccio di medicina personalizzata (progetto intra centri ICSM in collaborazione con il Dipartimento RRF e Servizio Psicologia dell’Istituto ICSM di Nervi).
Test diagnostici: il Laboratorio di Tossicologia utilizza speciali metodi biochimici a fini diagnostici per valutare: (i) la presenza di precoci alterazioni neurologiche di origine tossica (es. attività di secondi messaggeri nei linfociti), (ii) alterazioni d’organo sub-cliniche collegate all’abuso di alcol, (iii) l’intossicazione da funghi (Amanita phalloides) con diagnosi in urgenza anche nella fase pre-sintomatica (alfa-amanitina urinaria ed ematica), (iv) i parametri di esposizione a sostanze psicotrope/stupefacenti e/o ai loro metaboliti, (v) marker sistemici di infiammazione e di stress ossidativo (citochine, fattori di crescita, SOD1, GPx1, F2-isoprostani, malondialdeide, ecc.), (vi) determinazione di 40 elementi metallici in matrici biologiche.
Monitoraggio biologico e ambientale dell’esposizione a metalli per la valutazione del rischio legato a condizioni fisiopatologiche particolari. Tali ricerche vengono svolte in collaborazione con diversi Enti di Ricerca e Università.
Ricerche in corso
Tossicità in vivo di nanoparticelle d’argento
Cellule staminali umane derivate da cordone ombelicale quale nuovi modelli cellulari in vitro per valutare la tossicità di materiali nanostrutturati
Effetti di nanoparticelle di ossidi di metallo (eg, Biossido di Titanio e Ossido di Ferro) sul SNC
Sviluppo di nuovi metodi alternativi in vitro per la valutazione della tossicità di inquinanti emergenti.
Renal molecular effects of cadmium-doped silica nanoparticles after intratracheal instillation in rats
Marker sistemici di stress ossidativo e infiammazione delle vie respiratorie: valutazione in soggetti con patologie polmonari esposti ad inquinanti atmosferici
Diagnosi e monitoraggio della disassuefazione in pazienti con dipendenza e/o abuso di alcol: applicazione e predittività di nuovi biomarcatori molecolari (progetto intra-Centri ICSM: Laboratorio di Tossicologia Clinica e Sperimentale dell’Istituto di Pavia e il Dipartimento RRF e Servizio Psicologia dell’Istituto ICSM di Nervi).
Marker cellulari della neurotrasmissione applicati in pazienti alcolisti e ludopatici (progetto in collaborazione con il Laboratorio Traslazionale di Cardioimaging e Neuroimaging Funzionale, Riabilitazione alcologica, servizio di Psicologia e Casa del Giovane-Pavia)
Prevalenza delle intossicazioni acute da nuove sostanze psicoattive nei servizi d’urgenza del territorio nazionale
Valutazione dell’efficacia della terapia con N-acetilcisteina, in aggiunta alla terapia convenzionale con diuresi forzata e dialisi gastrointestinale, nelle intossicazioni acute da alfa-amanitina
Sorveglianza epidemiologica in aree interessate da inquinamento ambientale da arsenico di origine naturale o antropica (Progetto finalizzato SEpiAS 2010 - CCM Ministero della Salute)
Realizzazione della docufiction “Sliding drugs” in colllaborazione con la Civica Scuola del Cinema di Milano per sperimentare nuove modalità di preventive sui ragazzi (età 16-18)
Cannabinoidi sintetici e catinoni nei pazienti intossicati ricoverati nei serizi d’urgenza del SSN: validazione dei test di screening ELISA e comparazione con test di conferma in LC-MS
Studio multidisciplinare degli effetti farmaco-tossicologici e fisiopatologici di nuove sostanze psicoattive (NSP) di derivazione sintetica e/o naturale, per comprendere possibili strategie terapeutiche di emergenza
Sviluppo di un metodo analitico per la determinazione di biomarcatori di esposizione ad arsenico nella popolazione generale mediante HPLC e DRC-ICP-MS
Livelli di mercurio in condizioni fisiopatologiche particolari
Sviluppo di un metodo analitico per la determinazione di Boro, Cadmio e Molibdeno in cellule tiroidee di ratto, mediante l’utilizzo della spettrometria di massa a plasma induttivo (DRC-ICP-MS)
Tossicità da monossido di carbonio in età pediatrica
Farmacovigilanza attraverso il Centro Antiveleni
Meccanismi molecolari di neurotossicità indotti da ciguatossina in modelli cellulari del sistema nervoso umano
Glicazione e sviluppo di malattie cronico degenerative e invecchiamento non favorevole: studio dei meccanismi di neurotossicità indotti dal metilgliossale
Determinazione di paraquat in fluidi biologici mediante UPLC-TUV e UPLC-MS.
Disponibilità di antidoti ed esami tossicologici nei servizi d’urgenza del Sistema Sanitario Nazionale
Sindrome maligna da neurolettici e ipertermia maligna: identificazione di biomarcatori di suscettibilità (miRNA)
Ricerche in programmazione
Predittività di markers periferici della neurotrasmissione nella diagnosi e monitoraggio farmacologico di pazienti intossicati (e.g. metalli e tossine) o affetti da disordini del sistema colinergico e dopaminergico
Correlazione tra livelli ematici di metformina ed effetti clinici dell’accumulo o del sovradosaggio del farmaco
Farmacocinetica della lidocaina in infusione continua nel trattamento del dolore post-operatorio
Intossicazioni croniche da metalli per rilascio da dispositivi protesici
Avvelenamento da morso di vipera: gravità e necessità di trattamento antidotico
Errori terapeutici come causa di ricovero nei servizi d’urgenza del SSN
Pavia Tox network study for clinical and experimental evaluation of inflammatory and neurodegenerative effects caused by New Psychoactive and Toxic Susbstances
Biomarcatori coinvolti nei pathway molecolari implicati nella patogenesi dei danni multi organo: (Progetto inter-Centri: Istituto Scientifico di Pavia e di Nervi)
Modelli alternativi per la valutazione del rischio tossicologico dell’esposizione a materiali nanostrutturati
Progetto EU (H2020): European network of security practitioners in the Agro-Food Defence (Agrofoodef)
Incontri per l’informazione scientifica sui rischi delle Nuove Sostanze Psicoattive (NPS) nelle scuole superiori di Pavia e Provincia
Metodi analitici messi a punto
Sostanze d’abuso. Sono stati messi a punto metodi per la determinazione di ‘nuove sostanze psicoattive’ su urine e/o sangue, nei casi di agente ignoto/non noto, che comprendono:
cannabinoidi sintetici (urina) mediante Biochip Array Technology e recenti metodi in ELISA con i quali è possibile individuare oltre 200 molecole appartenenti a questa categoria (inclusi 100 molecole della serie JWH/AM, 19 della serie UR144/XLR11, 13 della serie JWH250/RCS8);
catinoni sintetici (urine) mediante Biochip Array Technology e recenti metodi in ELISA con i quali è possibile individuare diverse molecole appartenenti al gruppo dei Mefedroni/Metcatinoni (20 molecole), e MDPV/MDPBP (12 molecole);
propossifene e fenciclidine (urine);
benzilpiperazine, fenilpiperazine, mescalina, salvinorina (urine);
LSD (urina);
GHB (sangue e urina);
Ketamina (urina).Questi metodi sono stati messi a punto e utilizzati nell’ambito delle attività istituzionali svolte dal Servizio di Tossicologia quale Centro di coordinamento nazionale per gli aspetti clinico-tossicologici per il Dipartimento Politiche Antidroga-Presidenza del Consiglio dei Ministri.
Questi metodi sono stati messi a punto e utilizzati nell'ambito delle attività istituzionali di ricerca clinica svolte dal Servizio di Tossicologia quale Centro di coordinamento nazionale per gli aspetti clinico-tossicologici per il Dipartimento Politiche Antidroga-PResidenza del Consiglio dei Minisitri.
Farmaci e altre sostanze chimiche in matrici biologiche (sangue e urine). Sono stati messo a punto i seguenti test per la diagnosi delle intossicazioni acute e il monitoraggio in pazienti in terapia:
Metformina (quantitativo sangue);
Lidocaina e i suoi metaboliti GX e MEGX (quantitativo sangue);
Paracetamolo (quantitativo sangue);
Metanolo (quantitativo urine e sangue);
Acido formico (quantitativo urine e sangue);
Metilxantine, test quantitativo su sangue (caffeina, teofillina, teobromina),
Barbiturici, benzodiazepine e antidepressivi triciclici (test qualitativo urinario);
Barbiturici, Antiepilettici, antidepressivi triciclici, benzodiazepine (quantitativi sangue).;
Anticoagulanti di nuova generazione (quantitativo su sangue);
Neurolettici (quantitativo su sangue).
Citochine sieriche dosate mediante tecnologia Biochip Array (Randox Evidence Investigator). La tecnologia permette di valutare simultaneamente e in maniera quantitativa da un unico campione le seguenti chemochine e fattori di crescita: interleukina-1alpha (IL-1α), interleukina-1beta (IL-1α), interleukina-2 (IL-2), interleukina-4 (IL-4), interleukina-6 (IL-6), interleukina-8 (IL-8), interleukina-10 (IL-10), tumor necrosis factor beta (TNF-beta), Interferon-gamma (IFN-), vascular endotelial growth factor (VEGF), epidermal growth factor (EGF), e monocyte chemotactic protein-1 (MCP-1). Tali citochine e fattori di crescita vengono altresì essere quantificati con metodo ad alta sensibilità (High Sensitivity Array) in matrici ematiche e non (es. esalato condensato) che ne contengono livelli bassi (pg/ml).
Marker di stress ossidativo: vengono misurati su campioni ematici la superossido dismutasi (SOD1), la glutatione perossidasi (GPx1) e la malondialdeide (MDA). Tali indicatori trovano applicazione anche nell’ambito di studi di patologie respiratorie croniche in rapporto al loro aggravamento indotto da inquinanti atmosferici.
Porfirine: nell’ambito della diagnosi delle intossicazioni da piombo e da altri metalli sono stati messi a punto i seguenti test:
Porfirine urinarie differenziate (metodo HPLC);
Protoporfirina IX eritrocitaria (metodo HPLC);
Zincoprotoporfirina eritrocitaria (metodo HPLC);
ALA dei rasi eritrocitaria, porfobilinogeno urinario e acido 5-delta-aminolevulinico urinario.
Metalli in matrici biologiche: in aggiunta alle metodiche per la determinazione nelle matrici biologiche di 40 elementi in traccia è stato messo a punto il metodo per la speciazione delle forme organiche e inorganiche dell’arsenico (As3, As5, MMA5, DMA5).
Data-base clinici per attività clinico-tossicologica e di ricerca
Tutti e quattro i data-base realizzati (e sottoriportati) vengono continuamente implementati e consentono di effettuare attività di ricerca mirata nel SSN (i) sulla disponibilità di antidoti e di (ii) esami diagnostici, (iii) sulla prevalenza delle intossicazioni da nuove sostanze d’abuso, e (iv) sulla prevalenza e frequenza delle intossicazioni (dati generali e specifici) (ITc). I dati così aggiornati permettono di ricavare dati utili per attività di sanità pubblica.
Intossicazioni e Tossicovigilanza clinica (ITc). La banca dati raccoglie i dati clinici e diagnostico-terapeutici relativi a tutti i casi di intossicazione da qualunque agente (farmaci/alimenti/prodotti commerciale e industriali, ecc.) identificati dal CAV in tutto il territorio nazionale. Consente di ottenere dati unici dal punto di vista epidemiologico e per attività di vigilanza, allerta e prevenzione.
Attività Educazionale
Presso il CAV e i Laboratori si svolgono attività di formazione e internati per lo svolgimento di tesi sperimentali dei corsi di laurea in Medicina, Biologia, Farmacia e Chimica e Tecnologie Farmaceutiche. Il personale della UO effettua inoltre attività formativa per operatori sanitari (medici, biologi, farmacisti, CTF, tecnici) e studenti dei corsi di laurea e delle scuole di specializzazione delle discipline sanitarie. Il CAV di Pavia è l’unico in Italia presso il quale i futuri medici hanno l’opportunità di conoscere l’attività specialistica del tossicologoc clinico: 230 studenti del 5° anno e altrettanti del 6° anno della Facoltà di Medicina di Pavia frequentano ogni anno il CAV (per un breve periodo) per approcciare la tossicologia clinica d’urgenza. Presso il CAV si specializzano i tossicologi clinici delle Università di Pavia e di Milano.
Insegnamenti (quali professori a contratto) vengono tenuti da personale dell’UO in corsi di laurea, scuole di specializzazione e master di I II livello in diverse Università.
Attività educazionale extra-universitaria viene inoltre svolta su tutto il territorio. Nel 2017 sono state effettuate 70 giornate di formazione per un totale di più di 400 ore. In tale ambito
circa 6.000 sono i medici, infermieri, farmacisti, biologi e studenti che hanno ricevuto formazione dal CAV Pavia nel 2017;
relazioni su invito (n. 25) sono state tenute a congressi nazionali e internazionali;
corsi e congressi sono stati effettuati per le società scientifiche (SITOX - Società Italiana di Tossicologia; SIMEU - Società Italiana di Medicina d’Emergenza-Urgenza; AcEMC - Academy of Emergency Medicine and Care) per le quali il CAV di Pavia è riferimento nazionale per la tossicologia clinica.
Pubblicazioni
