L’aria di Fiumicino sotto la lente di Enea: progetto Oasis

Garantire la salubrità dell’aria che respiriamo ogni giorno nei grandi spazi affollati non è più solo una sfida ambientale, ma una priorità per la salute pubblica: con questo obiettivo nasce il progetto Oasis (Optimizing Air Safety in Indoor Spaces), un programma d’avanguardia finalizzato a monitorare e analizzare la qualità dell’aria all’interno dell’aeroporto di Roma-Fiumicino. L’iniziativa, volta a tutelare passeggeri e lavoratori, vede la collaborazione strategica tra Enea, Aeroporti di Roma, la Direzione Generale della Prevenzione Sanitaria del Ministero della Salute e altri partners. Il cuore tecnologico della sperimentazione unisce la ricerca biologica alle più avanzate soluzioni digitali. Dalla rete di sensori IoT, capaci di rilevare in tempo reale polveri sottili, composti organici volatili, parametri microclimatici e flussi di persone, alla tecnologia sperimentale di biotagging per tracciare con precisione millimetrica i percorsi delle correnti d’aria e individuare le aree di accumulo dei contaminanti.

Parallelamente, sono in campo modelli di intelligenza artificiale capaci di analizzare uno storico di circa sette anni di dati atmosferici outdoor: questi algoritmi sono in grado di prevedere l’evoluzione dell’inquinamento esterno con un anticipo di 6 giorni per il particolato e di 6 ore per i gas. Ma l’autentica rivoluzione di Oasis risiede nella sua componente biologica: lo studio genetico dell’impatto degli inquinanti direttamente sulle cellule delle nostre vie respiratorie.

Per capire come funziona questo approccio e quali risposte sta già fornendo la sperimentazione, abbiamo intervistato Massimo Santoro, ricercatore del Laboratorio Biotecnologie Red e referente Enea del progetto.

L’uso di cellule bronchiali umane esposte direttamente all’aria campionata è uno degli aspetti più d’avanguardia di Oasis. Ma l’aria di un aeroporto è un cocktail complesso: in che modo riuscite a isolare il nesso di causalità tra una specifica componente chimica, o dimensione del particolato, e la specifica risposta genica?

Uno degli aspetti più innovativi del progetto Oasis è l’integrazione tra esposizione biologica realistica e caratterizzazione chimico-fisica avanzata del particolato atmosferico. L’aria aeroportuale viene analizzata simultaneamente sotto diversi aspetti: distribuzione dimensionale delle particelle, composizione chimica, presenza di metalli, black carbon (BC) e composti organici volatili (VOC). Parallelamente, utilizziamo un sistema avanzato di esposizione cellulare basato sull’interfaccia aria-liquido (ALI), in cui cellule bronchiali umane vengono mantenute in condizioni controllate che riproducono in modo realistico l’ambiente polmonare: esposte direttamente all’aria da un lato e a un terreno nutritivo dall’altro, simulando l’interazione con il flusso sanguigno.

Per individuare i possibili nessi tra specifiche componenti dell’aerosol e risposta biologica adottiamo un approccio integrato multi-layer. Le campagne di misura vengono effettuate durante tutto l’anno, così da includere condizioni ambientali differenti — variazioni del traffico aeroportuale, condizioni meteorologiche e contributi outdoor — che modificano naturalmente la composizione dell’aerosol. I dati chimico-fisici vengono quindi integrati con quelli di espressione genica ottenuti dalle cellule bronchiali mediante modelli statistici e algoritmi di machine learning, capaci di identificare associazioni robuste tra specifici pattern di esposizione e pathway molecolari attivati.

L’obiettivo non è attribuire una risposta biologica a una singola sostanza isolata — un approccio difficilmente applicabile in ambienti reali complessi — ma identificare vere e proprie firme di esposizione: combinazioni caratteristiche di dimensione e composizione del particolato associate a specifici pathway, come stress ossidativo, infiammazione o alterazioni metaboliche.

I dati preliminari indicano che la risposta cellulare varia in base a dimensione e composizione del particolato dopo 24 ore di esposizione. Tuttavia, passeggeri e lavoratori hanno tempi di permanenza e frequenze di esposizione radicalmente diversi. Come si traduce, a livello di modellistica e di valutazione del rischio, una variazione nell’espressione dell’RNA osservata in un arco di 24 ore, in una stima di impatto sulla salute a lungo termine per i lavoratori aeroportuali?

Le esposizioni sperimentali di 24 ore rappresentano una finestra controllata scelta sulla base di diverse campagne espositive condotte negli anni precedenti. Questi studi hanno mostrato che tempi di esposizione più brevi non erano sufficienti a indurre una risposta tossicologica cellulare stabile e misurabile a livello di espressione genica. Le 24 ore costituiscono quindi un compromesso sperimentalmente validato, capace di evidenziare i meccanismi biologici precoci attivati dall’aerosol atmosferico.

La campagna espositiva viene condotta all’interno degli uffici della sanità aerea dell’aeroporto, una struttura operativa attiva 24 ore su 24 e costantemente presidiata dal personale, ma non aperta al transito dei passeggeri. Questo consente di effettuare esposizioni continue in un ambiente reale aeroportuale, mantenendo al tempo stesso condizioni logistiche e operative controllate.

Dal punto di vista della valutazione del rischio, il dato più rilevante non è il singolo cambiamento di espressione genica osservato, ma la possibilità che tali alterazioni si ripetano e persistano nel tempo. Nel progetto Oasis, le variazioni di espressione genica vengono infatti interpretate come biomarcatori molecolari precoci di processi biologici che, se mantenuti cronici, possono contribuire allo sviluppo di diverse patologie. Per i lavoratori aeroportuali, esposti in modo ripetuto e prolungato agli aerosol atmosferici, questi segnali molecolari possono rappresentare indicatori precoci di rischio cumulativo. Per questo integriamo i dati biologici con la caratterizzazione chimico-fisica dell’aerosol raccolta in diversi periodi dell’anno, così da sviluppare modelli predittivi in grado di correlare specifici pattern di esposizione all’attivazione di pathway biologici associati a effetti sanitari cronici, in un’ottica di early warning e prevenzione.

Il progetto integra l’analisi dell’aria indoor con i flussi di persone e un imponente storico di dati outdoor. Quanto la qualità dell’aria interna dello scalo di Fiumicino è specchio dell’inquinamento atmosferico esterno e quanto, invece, è determinata in modo preponderante dalle dinamiche interne, come il movimento delle persone o le emissioni degli impianti?

Uno degli aspetti più interessanti emersi dal progetto è che l’ambiente indoor aeroportuale non può essere considerato semplicemente una versione attenuata dell’aria esterna. Le misure del progetto Oasis vengono effettuate negli uffici della sanità aerea di Fiumicino situati a circa 200 metri dalle piste di atterraggio. Pur non essendo direttamente all’interno delle aree di transito dei passeggeri, questa posizione consente di monitorare un ambiente fortemente influenzato dalle attività aeroportuali e dall’inquinamento outdoor associato al traffico aereo e veicolare.

I dati raccolti mostrano che la qualità dell’aria indoor riflette in parte il contributo esterno — soprattutto per il particolato fine e ultrafine — ma viene anche modulata da fattori interni, come ventilazione, condizionatori d’aria, attività operative e presenza continua del personale. Rispetto ai terminal passeggeri, il contributo diretto dei flussi di persone è meno rilevante, mentre assumono maggiore importanza i processi di infiltrazione dell’aerosol outdoor e le dinamiche microclimatiche dell’edificio.

La forza del progetto Oasis sta proprio nell’integrare dati indoor, outdoor e microclimatici in un’unica piattaforma analitica, permettendo di distinguere quanto l’ambiente interno sia guidato dalle emissioni esterne e quanto da processi specifici dell’edificio. I risultati preliminari suggeriscono che il rapporto indoor-outdoor non è statico, ma varia nel tempo in funzione delle condizioni operative aeroportuali e meteorologiche.

L’orizzonte finale del progetto menziona un’applicazione mobile per operatori di edifici pubblici, scuole e ospedali. È evidente che non si potranno installare laboratori di biotagging o sistemi di esposizione di cellule umane in ogni scuola o ufficio postale. In che modo, quindi, i modelli di intelligenza artificiale riusciranno a tradurre la complessità dei dati biologici e genomici ottenuti a Fiumicino in indicatori digitali, accessibili e azionabili per un tecnico non scienziato tramite una semplice app?

L’obiettivo finale è quello di utilizzare i dati raccolti a Fiumicino per addestrare modelli predittivi basati sull’intelligenza artificiale. Il progetto Oasis, infatti, porta per la prima volta strumentazione avanzata e sistemi di esposizione cellulare direttamente all’interno di un edificio operativo reale, ottenendo misure molto più rappresentative rispetto ai tradizionali esperimenti di laboratorio controllato oltre al fatto di capire quali combinazioni di parametri ambientali siano associati a specifiche risposte cellulari. Una volta identificati questi legami, l’intelligenza artificiale può apprendere correlazioni tra parametri facilmente misurabili — come particolato ultrafine,  i composti organici volatili, temperatura, umidità o ventilazione — e il potenziale impatto biologico osservato nelle cellule.

È chiaro che ogni contesto indoor presenta dinamiche diverse: un aeroporto non è una scuola, un ospedale o un ufficio. Proprio per questo i dati raccolti a Fiumicino rappresentano il primo passo per addestrare modelli predittivi che dovranno poi essere estesi e validati anche in altri scenari reali. Più ambienti verranno studiati, più l’intelligenza artificiale sarà in grado di riconoscere pattern di rischio in modo accurato e generalizzabile.

L’applicazione mobile non mostrerà quindi dati complessi, ma indicatori sintetici e facilmente interpretabili, accompagnati da suggerimenti operativi concreti — ad esempio migliorare la ventilazione o modificare il ricambio d’aria — trasformando dati scientifici altamente complessi in strumenti pratici di prevenzione e gestione della qualità dell’aria indoor.

Leggi anche Qualità dell’aria in Italia: miglioramenti costanti, ma il traguardo del 2030 resta una sfida