Fullerene C60 | Cos’è | Benefici e Rischi per la Salute

Che Cos’è

I fullereni sono molecole cave e chiuse (sferiche), formate da atomi di carbonio disposti in anelli esagonali e pentagonali.

Hanno dimensioni piccolissime, nell’ordine del milionesimo di millimetro.

Il fullerene C60 è il più famoso e conosciuto tra tutti i fullereni. È composto da 60 molecole di carbonio, da cui prende il nome.

Viene anche chiamato buckminsterfullerene C60. Tale appellativo deriva dal nome dell’architetto Buckminster Fuller, che inventò le cupole geodetiche che ricordano la forma della molecola.

In effetti, il C60 ha una struttura sferoidale con atomi di carbonio situati ai vertici di 12 pentagoni e 20 esagoni. Questo gli conferisce una "forma a pallone da calcio".

C60 è insolubile in acqua e solventi polari. Se lasciate in acqua, le sue molecole si aggregano; questo fa sì che il fullerene C60 perda alcune delle sue proprietà uniche e diventi anche potenzialmente tossico.

Per la solubilizzazione dei fullereni si usano solventi biocompatibili, come gli oli vegetali ¹.

La solubilità del C60 dipende dal livello di saturazione degli oli, essendo maggiore in quelli con un più alto grado di acidi grassi insaturi ².

Il fullerene C60 viene sintetizzato chimicamente, ma si può trovare in tracce anche nell’ambiente, ad esempio nella fuliggine.

A Cosa Serve

I fullereni vengono principalmente utilizzati nell’industria medica, cosmetica e nella produzione di attrezzature sportive (come racchette da tennis e mazze da golf).

Come detto, il fullerene C60 è strutturalmente composto da 60 molecole di carbonio, che lo rendono simile a una gabbia cava a forma di pallone da calcio. Questa forma conferisce alla molecola proprietà uniche, come quella di trattenere materiali all’interno.

Inoltre, grazie alla sua lipofilia, simulazioni al computer hanno dimostrato che il C60 ha la capacità di passare attraverso le membrane lipidiche, quindi di entrare nella cellula e alterarne le funzioni ³.

Grazie alle sue caratteristiche, il fullerene è già stato utilizzato in studi preliminari come veicolo per consegnare farmaci o geni ⁴. Tra le numerose sperimentazioni, la struttura cava di C60 è stata utilizzata anche come gabbia per l’HIV, rendendo il virus incapace di replicarsi ^4a.

Le nanoparticelle di fullerene hanno anche eccellenti proprietà anti-ossidanti ^{5, 6, 7}.

Questo significa che i fullereni sono in grado di eliminare i radicali liberi, comprese le specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto ^{8, 9}.

Potenziali Benefici

Negli anni, il fullerene C60 e i suoi derivati hanno mostrato diverse potenziali bioattività benefiche:

• antibatteriche ¹⁰,
• antivirali ¹¹,
• antinfiammatorie ¹²,
• neuroprotettive ¹³,
• autofagiche ¹⁴,
• antitumorali ¹⁵,
• antietà ¹⁶.

Secondo una revisione della ricerca scientifica, le prime ricerche sul fullerene C60 sono promettenti, soprattutto in termini di aumento della longevità ed effetti antiossidanti. Tuttavia, è ancora troppo presto per trarre conclusioni, a causa dei dati limitati provenienti dagli studi ¹⁷.

Longevità

In uno studio sui ratti, la somministrazione orale di C60 disciolto in olio d’oliva (0,8 mg/ml) a dosi reiterate (1,7 mg/kg di peso corporeo) non ha comportato tossicità cronica e ha qusi raddoppiato la durata della vita degli animali ¹.

In uno studio, derivati carbossilici di C60 hanno impedito la morte delle cellule nervose indotta chimicamente e hanno permesso ai topi di vivere 8 giorni in più in una vita media di 120 giorni ¹⁸.

Un altro studio sui roditori è stato effettuato con un derivato del fullerene, i carbossifullereni, che mostrano importanti differenze fisiche e chimiche rispetto al C60. I topi trattati con il carbossifullerene hanno vissuto l’11% in più rispetto ai topi di controllo e hanno avuto prestazioni cognitive migliorate ¹⁹.

Un altro studio più recente a lungo termine, ha somministrato per via orale ai topi del fullerene C60 disciolto in olio di oliva per 7 mesi. Lo studio non ha osservato peggioramenti della salute negli animali trattati con C60 rispetto ai gruppi di controllo trattati con acqua potabile.

In compenso, si è osservato un aumento della durata della vita dei topi rispetto agli animali trattati con solo olio d’oliva senza C60, mentre non si sono osservate differenze con i topi trattati con acqua ²⁰.

In uno studio, la somministrazione orale e le iniezioni peritoneali di C60 in olio d’oliva a topi femmina NON hanno aumentato la durata della vita degli animali ²¹.

Il fullerene poliidrossilato ha rallentato l’invecchiamento del nematode Caenorhabditis elegans ²². Tuttavia, le proprietà biologiche dei fullereni modificati possono essere molto diverse dalla forma C60.

Protezione Antiossidante

Il fullerene C60 si lega facilmente con un massimo di 6 elettroni e in questo modo può fungere da potente spazzino di ROS (la cui pericolosità deriva proprio dal fatto di avere un elettrone spaiato nell’orbitale più esterno) ^{23, 24}.

In base a studi preliminari, il fullerene C60 avrebbe una capacità antiossidante superiore alla maggior parte degli antiossidanti naturali, comprese le vitamine C ed E, i carotenoidi e il coenzima Q10 ²⁵.

In uno studio sui topi, l’integrazione di fullerene C60 ha agito favorevolmente come agente protettivo del fegato dal danno epatico indotto chimicamente ²⁶.

Dosi inferiori hanno avuto effetti positivi superiori rispetto ai dosaggi maggiori, risultando più efficienti in termini di protezione antiossidante e antinfiammatoria del fegato, e riduzione della fibrosi tissutale, della necrosi e dello sviluppo dei tumori epatici.

In effetti, dosaggi elevati di fullerene C60 potrebbero indurre una sua maggiore aggregazione in composti dall’effetto pro-ossidante

Come Funziona

Il fullerene C60 ha anche la capacità di acquisire carica positiva assorbendo protoni, caratteristica che consente la sua penetrazione nei mitocondri delle cellule, dove può ridurre la sintesi di specie reattive dell’ossigeno ^{29, 30, 31}.

Tuttavia, non mancano le controversie, in quanto alcuni studi hanno osservato un effetto pro-ossidante.

Inoltre, le proprietà biologiche dei fullereni modificati possono essere molto diverse dalla forma C60. Ad esempio, i carbossifullereni e altri derivati possono agire come mimetici della superossido dismutasi (un potente antiossidante endogeno) ¹⁹, ma questa proprietà non può essere attribuita a C60.

Controversie

In uno studio ad ampio spettro sui topi, l’integrazione di fullerene C60 in olio di oliva/cocco ha modificato il microbiota intestinale favorendo la crescita di batteri che migliorano l’omeostasi lipidica. In questo modo, ha prodotto una diminuzione della concentrazione sierica di trigliceridi.

Tuttavia, il fullerene C60 ha aumentato significativamente la resistenza all’insulina, l’ossidazione dell’ascorbato sierico e il livello di malondialdeide cerebrale e di prodotti proteici di ossidazione avanzata. Questo suggerisce un’azione pro-ossidante ³².

Prestazione Sportiva

In uno studio sui ratti, la somministrazione di C60 ha ridotto l’affaticamento muscolare in maniera paragonabile all’integrazione di N-Acetilcisteina o di Beta alanina ³³.

Contro il Cancro

È stato dimostrato che sotto l’influenza della luce, il fullerene agisce come un pro-ossidante, generando ossigeno singoletto, un radicale libero dannoso per le cellule dell’organismo.

Tuttavia, questa proprietà può essere utilizzata selettivamente nella terapia fotodinamica del cancro e di altre malattie ^{34, 9}.

Diversi altri studi hanno documentato notevoli effetti antitumorali dei fullereni attraverso una varietà di meccanismi che coinvolgono l’immunomodulazione, la modulazione dell’autofagia e lo stress ossidativo ^{14, 35, 36}.

Protezione UV

In uno studio in vitro su un modello di pelle umana, il fullerene C60 incorporato in liposomi costituiti da lecitina e steroli di soia, ha ridotto i danni alla pelle indotti dai raggi UVA ³⁸.

Effetti Collaterali

Attualmente, la sicurezza dell’assunzione di fullerene C60 per gli esseri umani è ancora oggetto di dibattito ^{39, 40, 41}.

La tossicità dei fullereni dipenderebbe da diversi fattori, quali ad esempio dose e tempo di somministrazione, gruppi funzionali in caso di funzionalizzazione delle molecole, solventi utilizzati, conservazione e modalità di somministrazione ⁴².

Soluzioni di C60 sciolte in olio di oliva o acqua, purché conservate al riparo dalla luce, sono risultate non tossiche per i roditori ¹.

Anche se uno studio sull’iniezione di carbossi fullerene nel cervello di topi vivi ha suggerito che potrebbe essere utile per prevenire l’ictus, il 20% dei topi a cui è stato iniettato ad alte dosi è morto ⁴³.

Sensibilità alla Luce e Tossicità

È stato riscontrato che il fullerene C60 si degrada sotto l’irradiazione UV, producendo depositi bruno-rossastri che contengono aldeidi e altri prodotti di ossidazione ⁴⁴.

Secondo uno studio, mentre il C60 incontaminato non provoca tossicità acuta nei roditori, quando viene esposto alla luce forma specie tossiche che possono causare morbilità e mortalità significative nei topi in meno di 2 settimane ²¹.

Per evitare la degradazione per effetto della luce, gli oli con fullerene C60 devono essere prodotti in ambienti molto bui, racchiusi in bottiglie di grande opacità e conservati al buio, consumati in condizioni di scarsa illuminazione e accompagnati da etichette per avvertire dei pericoli della luce.

Rischi per gli Organismi Acquatici

Nel loro insieme, la tossicità dei fullereni per gli animali acquatici è stata chiaramente dimostrata ⁴⁵.

In uno studio su pesci zebra adulti, l’esposizione subcronica a una concentrazione rilevante di nanoparticelle di C60 (1 e 2 ppm) ha causato anomalie comportamentali, con ipoattività, comportamento ansioso, ridotta aggressività/paura e disregolazione del ritmo circadiano ⁴⁶.