Identification and analysis of allergenic substances in atmospheric particulate matter acting as a carrier of toxic-harmful compounds into human respiratory tract

Il bioaerosol è presente sia in ambienti indoor che outdoor e può avere diverse sorgenti e, di conseguenza, diversa composizione, concentrazione e distribuzione nelle diverse frazioni granulometriche del particolato. Identificare quali agenti allergenici specifici, responsabili degli effetti negativi sulla salute umana, siano presenti nel bioaerosol è essenziale per stabilire strumenti di valutazione dell'esposizione. Pertanto, scopo del presente progetto è stato di mettere a punto o rendere più affidabili dei metodi di estrazione ed analisi di composti utili per dare informazioni sull’allergenicità dell’atmosfera nel materiale particolato (PM) a diverse granulometrie. In particolare è stata migliorata l’affidabilità del metodo per l’analisi di ergosterolo mannitolo e arabitolo quali bioindicatori delle spore fungine. Sono stati inoltre sviluppati un procedimento analitico per la determinazione nelle PM delle micotossine quali metaboliti secondari dei funghi e un metodo per l’estrazione e l’analisi di amminoacidi liberi e materiale proteico totale quali bioindicatori più generici del bioaerosol. Gli amminoacidi liberi vengono emessi in atmosfera da piante ed animali e provengono dalla degradazione di peptidi e proteine in atmosfera per reazioni enzimatiche e fotocatalitiche. Peptidi e proteine provengono da batteri, funghi, acari della polvere, pollini, peli di animali e muffe. Al fine di studiare la presenza delle spore fungine aerodisperse, abbiamo analizzato il contenuto di ergosterolo, arabitolo, e mannitolo, quali biomarcatori, nel particolato atmosferico a diverse granulometrie. Dopo aver effettuato lo studio dell’effetto matrice ad opera di eventuali interferenti presenti in polvere urbana sugli analiti di nostro interesse, le particelle campionate sui filtri sono state estratte purificate e analizzate per i due polioli e per lo sterolo. Tuttavia i tre marcatori hanno mostrato di essere diversamente distribuiti nelle frazioni granulometriche dell’aerosol, provando di avere sorgenti diverse. L’ergosterolo ha dimostrato di essere l'unico tracciante affidabile alle nostre latitudini, probabilmente a causa della bassa concentrazione di spore fungine che rende significativa la presenza delle altre fonti locali di mannitolo e arabitolo, quali la combustione di biomassa, spruzzi di mare ed emissioni da piante. Inoltre, al fine di sostenere la combustione della biomassa come ulteriore sorgente di arabitolo e mannitolo nel bioaerosol, le loro concentrazioni sono state confrontate con i contenuti di xilitolo e levoglucosano nelle stesse frazioni di particolato, avvalorando tale ipotesi. 2 Le concentrazioni di spore fungine sono state perciò calcolate utilizzando il solo ergosterolo come biomarcatore, attraverso un fattore di conversione che lo correla ad esse, in due siti di campionamento, uno suburbano/rurale e uno urbano, dove il materiale particolato è stato collezionato in diversi periodi stagionali. Lo studio ha mostrato che le spore fungine sono mediamente distribuite nelle sole frazioni granulometriche con diametro aerodinamico 0,65 μm. Le concentrazioni trovate sono rispettivamente inversamente e direttamente proporzionale alla temperatura atmosferica e all’umidità relativa e sono più abbondanti in autunno presso il sito suburbano/rurale e in inverno presso il sito urbano. A seconda del sito di campionamento e della stagione, tra lo 0,1 e lo 0,8 % di PM10 e tra lo 0,3 e il 2,4 % di OC è costituito da spore fungine. In condizioni favorevoli di pH, umidità, temperatura, presenza di substrati, funghi filamentosi possono produrre micotossine, come metaboliti secondari. Pertanto, un metodo analitico finalizzato alla determinazione di micotossine in tracce, nei campioni di particolato atmosferico, è stato sviluppato e applicato a campioni raccolti in ambienti interni ed esterni, sui quali era stata verificata la presenza di spore fungine. Per questo studio, sono state prese in considerazione cinque micotossine: l'aflatossina B1, l’ocratossina A, la tossina T-2, lo zearalenone e la fumonisina B1, scelte, a seguito dell’esame della letteratura, sulla base di studi effettuati in precedenza in altre matrici reali. Per esse è stato sviluppato un metodo analitico per la loro determinazione simultanea, utilizzando l’HPLC-MS/MS. A questo scopo, si è proceduto con lo studio della frammentazione in spettrometria di massa e della separazione cromatografica; è anche stata ottimizzata la procedura di estrazione e la purificazione su cartucce SPE. Sono stati calcolati i recuperi dell’intero metodo analitico (tra il 40 e l’80%), e i LOD che hanno mostrato di essere sufficientemente bassi per tutte le micotossine. Il metodo sviluppato è stato applicato a campioni di particolato sia outdoor che indoor. La presenza di micotossine non è stata rivelata in nessuno dei campioni analizzati. Infine, sono stati presi in considerazione gli amminoacidi liberi e combinati presenti nel materiale particolato atmosferico. Le proteine sono una delle classi più abbondanti di allergeni cui il sistema immunitario può rispondere. La loro presenza in atmosfera, così come quella di amminoacidi liberi, può essere un indice sia del materiale biologico disperso, sia dell’allergenicità dell'atmosfera sotto studio. Pertanto, nell’ambito di questo progetto di dottorato, è stato proposto un metodo per la rivelazione di amminoacidi non derivatizzati mediante cromatografia liquida ad alta risoluzione accoppiata a spettrometria di massa tandem (HPLC-MS/MS) in modalità Multiple Reaction 3 Monitoring (MRM). In particolare, lo studio si è focalizzato sull'applicazione di questo metodo per la determinazione di tali composti in particelle di dimensioni diverse, tra cui la frazione ultrafine. Poiché non vi sono materiali di riferimento standard (SRM) con valori certificati per gli amminoacidi, la loro estrazione, purificazione ed analisi è stata ottimizzata con la polvere urbana SRM 1649a del National Institute of Standards and Technology, sebbene gli amminoacidi non siano presenti nel certificato di analisi. Dopo estrazione ad alta pressione e temperatura con H2O/MeOH 80:20, è stata eseguita una purificazione con due cartucce SPE in serie, per garantire l'analisi in tracce di tali composti in una matrice particolarmente complessa come il particolato atmosferico. Grazie alle fasi di purificazione e all'analisi in HPLC/MS-MS in modalità MRM, è stato possibile ottenere una determinazione senza interferenze ed un aumento del rapporto segnale-rumore (S/N) degli amminoacidi non derivatizzati. Il presente metodo, adatto alla polvere urbana SRM 1649a, è stato applicato a campioni collezionati in atmosfera reale. Le concentrazioni di amminoacidi liberi nelle particelle atmosferiche sospese ultrafine, fine e coarse, sono rispettivamente 12,05, 21,18 e 7,64 ng m-3 con una concentrazione totale nel PM10 di 40,9 ng m-3. Serina, alanina, glutammina, treonina e glicina sono i più abbondanti amminoacidi in atmosfera. In particolare la serina è la più abbondante, pari al 28% del totale di amminoacidi liberi. Il contenuto percentuale p/p degli amminoacidi liberi nelle tre frazioni ultrafine, fine e coarse del particolato risultano rispettivamente 0,67, 0,22 e 0,04 %, e rappresentano circa lo 0,2 % in peso di materiale particolato PM10 urbano. Gli amminoacidi collezionati con diversi tempi di campionamento, con l’impattore multistadio e con il campionatore di PM10 sono del tutto comparabili. Questo dimostra l’assenza di eventuali enzimi nel materiale particolato campionato che potrebbero degradare le proteine e i peptidi a causa della durata del campionamento. Sono state anche studiate le proteine su campioni di polvere urbana a diversa granulometria, per avere informazioni, in particolare, sulle particelle ultrafine. Il metodo di estrazione di amminoacidi combinati in campioni di particolato nell'aria ha previsto tre soluzioni in serie: A) soluzione acquosa di NaCl 0,02 M; B) 20% (v/v) propanolo, ditiotreitolo (DTT) 1 mM, 1% (v/v) soluzione acquosa di acido acetico; C) tampone Tris-HCl pH = 8, sodio dodecil solfato (SDS) 0,005%, DTT 1 mM. I diversi valori di pH e forza ionica, l'impiego di tensioattivi e di agenti redox garantisce l'estrazione di amminoacidi combinati con differenti caratteristiche di solubilità. 4 Il metodo di analisi ha previsto l’utilizzo di un kit di quantificazione con reagente NanoOrange, che, interagendo con le proteine, forma un complesso fluorescente che emette a 570 nm a seguito di eccitazione a 470 nm. La concentrazione proteica atmosferica è risultata di 1,6 mg m-3, che rappresenta il 6% p/p del PM10. Il contenuto percentuale p/p di amminoacidi combinati è pari al 21% nella frazione ultrafine, 7 % nella frazione fine e del 3 % nella frazione coarse. La distribuzione dimensionale degli amminoacidi liberi e combinati dimostra una maggiore percentuale p/p nella frazione ultrafine delle particelle. Pertanto amminoacidi e proteine sono in grado di raggiungere le regioni alveolari di scambio e di penetrare nel sistema cardiovascolare, causando eventuali effetti negativi sulla salute umana. In conclusione, nella frazione ultrafine del materiale particolato le spore fungine non vengono rivelate, mentre gli amminoacidi liberi e combinati costituiscono circa il 22% della quantità totale atmosferica. Poiché tali particelle in gran parte sfuggono la sorveglianza dei macrofagi alveolari ed è così loro garantito l'accesso agli interstizi polmonari, esse e le componenti di cui sono costituite possono raggiungere, tramite il sangue, il sistema cardiovascolare, la milza, il fegato, il cervello, dove possono causare reazioni chimiche avverse ed esplicare perciò la loro nocività. Pertanto, il campionamento e l'analisi della composizione chimica e lo studio delle particelle ultrafine sono da considerarsi essenziali per comprendere i danni potenziali nell'ambiente e il loro impatto sulla salute umana, anche al fine di migliorare la corrente legislazione

Chemical markers for the characterization of bioaerosol

Bioaerosol is commonly defined as aerosolized particles, with a biological origin, spread into the air by a variety of abiotic and biotic mechanisms. The size of bioaerosol can range from several nanometers to a few hundred micrometres in aerodynamic diameter. Examples of bioaerosols include fungal and bacterial spores/cells, fungal hyphae, pollen, viruses and amoebae, algae, lichen, archaea, aggregates of these particles, and fragments of larger organisms including leaf litter, skin scales, animal and plant debris. Metabolites and excreta are also included in this topic. In these last years the knowledge about indoor and occupational bioaerosol exposure and related diseases has significantly increased. Biological particles have been linked to mucous membrane irritation, allergy, asthma, inflammatory lung diseases, hypersensitivity pneumonitis and so on . The use of biomarkers as a tool for the determination of bioaerosol has often been suggested. The basis of this approach is that bioaerosol components contain chemical compounds that can be used as markers of larger and/or bioactive structures. The main objective of our research is the identification and quantitation of dipicolinic and muramic acids, ergosterol, poliols, amino acids and proteins as markers of bacterial, fungal spores/cells and generic bioaerosol, in both indoor and outdoor airborne particulate matter. To achieve this purpose, methods of extraction and analysis by chromatographic techniques coupled to mass spectrometry of different classes of compounds from particulate matter of different size (ultrafine, fine and coarse), collected in proper sampling campaigns, have been developed

A liquid chromatography tandem mass spectrometry method for simultaneous analysis of 46 atmospheric particulate-phase persistent organic pollutants and comparison with gas chromatography/mass spectrometry,

A novel multi-analyte method for the simultaneous determination of 46 compounds of environmental concern, most of them belonging to the category of persistent organic pollutants, was developed using high-performance liquid chromatography and the results were compared to those obtained by gas chromatography. This study was performed in perspective of a cumulative exposure assessment of substances of health concern in environments where high levels, relatively to airborne particulate matter, can be found. The target compounds included polychlorinated biphenyls, brominated flame-retardants and derivatives of polycyclic aromatic hydrocarbons. The multi-analyte method was evaluated in air particulate matter in terms of reproducibility, linearity, recovery, limits of detection and quantification and matrix effect. The recovery was above 70% for all the analytes, whereas limits of quantification ranged between 23 and 390 pg.m(-3) in liquid chromatography and less than ten times in gas chromatography-mass spectrometry. Matrix effect was generally negligible for both the techniques, except the case of the detection of oxygenated derivatives of polycyclic aromatic hydrocarbons by gas chromatography

Liquid chromatography tandem mass spectrometry analysis of synthetic coccidiostats in eggs

Coccidiostats are synthetic drugs administered to animals, especially to poultry, to cure coccidiosis. In this paper, we present a selective liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method to analyze residues of five synthetic coccidiostats in eggs: clazuril, diclazuril, robenidine, nicarbazin, toltrazuril and its two metabolites. The extraction efficiency was evaluated by testing several solvents, pH, different volumes and time of extraction. The clean-up procedures were optimized using different solid phase extraction cartridges and different eluants. The chromatographic separation was achieved in reversed phase using a gradient of 0.1% formic acid in water and acetonitrile, whereas the MS detection was performed in negative electrospray ionization (ESI) for all the analytes, except for the robenidine. The developed method has been validated according to Commission Decision 2002/657/CE. The validation parameters, as linearity, precision, recovery, specificity, decision limit (CC alpha), detection capability (CC beta), and robustness have been determined. The proposed method resulted simple, fast, and suitable for screening and confirmation purposes

Determination of pesticides in the respirable fraction of airborne particulate matter by high-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry

Potential harmful effects of pesticides include risks to human health of workers involved in the wet spray application in cultivated areas. Inhalation exposure depends on several factors including pesticide concentrations in the respirable fraction of airborne particulate matter (PM4). To ensure a high level of protection, the use of tractors with cabins provides protection against dust, aerosols, and vapors. Since tractors not providing maximum protection are still in use, PM4 was sampled during spreading operations in agricultural fields inside and outside tractor cabins. Sample preparation technique based on accelerated solvent extraction and solid-phase extraction cleanup was optimized before analysis of nine pesticides in PM4. Meptyldinocap, deltamethrin, myclobutanil, fluopyram, methoxyfenozide, dimethomorph, fluopicolide, cyflufenamid, and metrafenone were simultaneously determined by high-performance liquid chromatography–electrospray ionization–tandem mass spectrometry (HPLC–ESI–MS–MS). The results demonstrated the efficacy of the tractor cabs used in the sampling sites. © 2017 Taylor & Francis

Determination of Sugar Content in Commercial Fruit Juices by Refractometric, Volumetric and Chromatographic Methods

In this paper several approaches are discussed for the direct analysis of the main sugars in different fruit juices. Refractometry, thin layer chromatography, volumetric analysis and high performance liquid chromatography with refractive index detector were tested and the results compared, discussing the advantages and disadvantages of each of them. Whereas the first method gives generically indications on the whole content of sugar and it doesn't require any prior manipulation of the sample, thin layer chromatography is useful only for qualitative purpose, on the other hand the third method, after removal of interferences, makes possible the determination of the reducing and not reducing sugar, and the last one allows the qualitative and quantitative determination of the saccharides singularly. It's very important to have not only knowledge about the chemical analysis of carbohydrates and their physicochemical properties, but especially how the methods can be used in product development for benefit of the public. In the wide range of options for the determination of the mono and disaccharides in beverages, the approach selected must be robust, accurate, powerful and reproducible

EATING DISORDERS: THE ROLE OF CHILDHOOD TRAUMA AND THE EMOTION DYSREGULATION

Background: The present retrospective case-control study is aimed at evaluating the presence of childhood traumatic factors and the difficulty in regulating emotions, within a sample of patients with eating disorders compared to the group of healthy controls. Subjects and methods: We included 65 people assessed for eating disorders, 40 patients and 25 healthy controls, who were given two tests: the Childhood Trauma Questionnaire-Short Form (CTQ-SF) to investigate the presence of traumatic events and the Difficulties in Emotion Regulation Scale (DERS) to assess the emotional regulation. Results: People with eating disorders showed higher average scores, and therefore greater severity than the control group, in all the domains explored, both considering traumatic experiences and emotional dysregulation. The domain emotional neglect showed the closest correlation with eating disorders (average scoring 15.9 vs 9.9 of healthy controls), followed by emotional abuse (12.2 vs 7.8), physical neglect (8.2 vs 6.6), physical abuse (8.3 vs 6.6) and sexual abuse (7.2 vs 5.6). In the same way, the emotional dysregulation was greater among people with eating disorder than healty controls, concerning every items explored by DERS, as clarity (average scoring 14.8 vs 11.4), awareness (17.1 vs 11.7), goals (16.3 vs 12.9), strategy (22.0 vs 14.7), non acceptance (17.4 vs 12.1) and impulse (16.5 vs 11.4). Conclusions: Childhood traumatic experiences and emotional dysregulation result significantly higher in people with eating disorders than healthy controls

Toxic organic contaminants in airborne particles: levels, potential sources and risk assessment

In the last years, many studies have focused on risk assessment of exposure of workers to airborne particulate matter (PM). Several studies indicate a strong correlation between PM and adverse health outcomes, as a function of particle size. In the last years, the study of atmospheric particulate matter has focused more on particles less than 10 m or 2.5 m in diameter; however, recent studies identify in particles less than 0.1 m the main responsibility for negative cardiovascular effects. The present paper deals with the determination of 66 organic compounds belonging to six different classes of persistent organic pollutants (POPs) in the ultrafine, fine and coarse fractions of PM (PM < 0.1 m; 0.1 < PM < 2.5 mand 2.5 < PM < 10 m) collected in three outdoor workplaces and in an urban outdoor area. Data obtained were analyzed with principal component analysis (PCA), in order to underline possible correlation between sites and classes of pollutants and characteristic emission sources. Emission source studies are, in fact, a valuable tool for both identifying the type of emission source and estimating the strength of each contamination source, as useful indicator of environment healthiness. Moreover, both carcinogenic and non-carcinogenic risks were determined in order to estimate human health risk associated to study sites. Risk analysis was carried out evaluating the contribution of pollutant distribution in PM size fractions for all the sites. The results highlighted significant differences between the sites and specific sources of pollutants related to work activities were identified. In all the sites and for all the size fractions of PM both carcinogenic and non-carcinogenic risk values were below acceptable and safe levels of risks recommended by the regulatory agencies

EATING DISORDERS: THE ROLE OF CHILDHOOD TRAUMA AND THE EMOTION DYSREGULATION

Background: The present retrospective case-control study is aimed at evaluating the presence of childhood traumatic factors and the difficulty in regulating emotions, within a sample of patients with eating disorders compared to the group of healthy controls. Subjects and methods: We included 65 people assessed for eating disorders, 40 patients and 25 healthy controls, who were given two tests: the Childhood Trauma Questionnaire-Short Form (CTQ-SF) to investigate the presence of traumatic events and the Difficulties in Emotion Regulation Scale (DERS) to assess the emotional regulation. Results: People with eating disorders showed higher average scores, and therefore greater severity than the control group, in all the domains explored, both considering traumatic experiences and emotional dysregulation. The domain emotional neglect showed the closest correlation with eating disorders (average scoring 15.9 vs 9.9 of healthy controls), followed by emotional abuse (12.2 vs 7.8), physical neglect (8.2 vs 6.6), physical abuse (8.3 vs 6.6) and sexual abuse (7.2 vs 5.6). In the same way, the emotional dysregulation was greater among people with eating disorder than healty controls, concerning every items explored by DERS, as clarity (average scoring 14.8 vs 11.4), awareness (17.1 vs 11.7), goals (16.3 vs 12.9), strategy (22.0 vs 14.7), non acceptance (17.4 vs 12.1) and impulse (16.5 vs 11.4). Conclusions: Childhood traumatic experiences and emotional dysregulation result significantly higher in people with eating disorders than healthy controls

A new induction schedule of epoetin alfa 40.000 IU in anemic patients with advanced lung cancer

Background: Non-small cell lung cancer (NSCLC) treatment with new drugs in combination with platinum salts induce anemia G1/2 and G3/4 WHO in about 35 and 10-20% of patients, respectively, with a chemotherapy (CT) dose intensity decrease in 20% of cases. Epoetin alfa, administered at standard dosages has been shown to significantly increase hemoglobin (Hb) levels, decrease transfusion requirements, and improve quality-of-life parameters in patients undergoing chemotherapy. Objective: This open-label, non-randomized study was conducted to evaluate the efficacy and safety of an induction dose of epoetin alfa 40.000 IU in lung cancer patients with moderate or severe anemia who were receiving CT. Patients and methods: Twenty-four patients (8 SCLC and 16 NSCLC) were enrolled in the study to receive single subcutaneous (s.c.) injections of epoetin alfa 40.000 IU on days 1, 4, 7, 10, and 13, followed by standard treatment (10.000 IU t.i.w.) for the further 2 weeks. Nine patients had been previously treated with epoetin alfa 10.000 IU t.i.w. Twenty-two patients were receiving first-tine CT and two patients were receiving docetaxel as second-line CT. Results: After 15 days of treatment, in 21 evaluable patients, Hb was 10.5 +/- 1.3 g/dL (mean +/- S.D.), with a mean increase from baseline of 2.0 g/dL (95% CI: 1.3-2.7). Hb increase was greater than or equal to2 g/dL in 11 patients, 1-1.9 g/dL in 5 patients, and <1 g/dL in 5 patients. After 30 days of treatment, Hb was 11.5 +/- 0.8 g/dL (mean S.D.), with a mean increase from baseline of 2.9 g/dL (95% CI: 2.4-3.4) in 20 evaluable patients. No adverse events possibly related to epoetin alfa treatment were observed. Conclusion: An induction therapy with epoetin alfa. 40.000 IU for 2 weeks followed by standard treatment allows an Hb increase of 2.9 g/dL even in advanced lung cancer patients with a moderate/severe anemia, without RBC transfusion requirements. A randomized study of the proposed induction dose of epoetin alfa 40.000 IU is actually ongoing. (C) 2004 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved