Le sostanze naturali per la salute dell'uomo e
dell'ambiente "Prodotti Naturali da Piante".
Valenza
strategica ed obiettivi del progetto
Nel contesto dello
sviluppo sostenibile è sempre più impellente la necessità di
sviluppare prodotti di interesse industriale che siano al contempo
eco-compatibili, biologicamente attivi, di facile biodegradibilità e
poco o niente nocivi nei settori più diversi (agricolo, industriale,
servizi, sanità pubblica, salute, ecc.). Fonti potenzialmente
illimitate di sostanze utili allo sviluppo sostenibile sono
sicuramente le piante. Il mondo vegetale rappresenta, come è
noto, una fonte di primaria importanza di sostanze di interesse
farmacologico, a partire da tempi antichissimi. L'uso terapeutico di
piante e loro derivati (infusi, estratti etc.) costituisce infatti
un elemento caratteristico di molte "medicine tradizionali" ed ha
fornito in diversi casi elementi di riflessione per la ricerca e lo
sviluppo di nuovi prodotti per la moderna industria
farmaceutica. A prescindere da qualsiasi considerazione sul ruolo
delle conoscenze tradizionali nello sviluppo della moderna
farmacologia (dibattito che ha oggi assunto, in qualche caso, il
carattere di una vera e propria contrapposizione fra la cosiddetta
"medicina naturale" e i prodotti della ricerca e dell'industria
farmaceutica), è comunque evidente che le piante possono essere
considerate una risorsa importantissima per l'ottenimento di
sostanze da utilizzare, direttamente come principi attivi o come
base di partenza per successive modificazioni strutturali mediante
reazioni di sintesi organica, nella formulazione di prodotti di
interesse dell'industria farmaceutica , con potenzialità tuttora
sconosciute, ma indubbiamente grandissime (basti pensare che il 66%
dei prodotti farmaceutici ad attività antimicrobica messi in
commercio fra il 1981 e il 2002 e il 52% di quelli ad azione
antitumorale sono, direttamente o indirettamente, di origine
vegetale). E' però altrettanto evidente che, per valorizzare
pienamente tali potenzialità, è necessario innanzi tutto acquisire
nuove e più approfondite conoscenze sull'attività biologica e
farmacologia di molecole riconosciute come "principi attivi", ma non
ancora utilizzate a livello industriale e, parallelamente, per tutta
una serie di sostanze di origine naturale ritenute interessanti per
possibili applicazioni in campo farmacologico, nutrizionale,
agricolo etc., mettere a punto e sviluppare - in stretta
collaborazione con gli operatori industriali - sistemi innovativi di
processo/prodotto che, combinando opportunamente tutta una serie di
conoscenze e tecnologie oggi disponibili, consentano di gestire in
maniera ottimale l'intero processo produttivo, a partire dalla
materia prima per arrivare al prodotto finito, assicurando alte
rese, costi contenuti ed un elevato e costante livello di qualità in
ogni singola fase del processo in questione.
Le Linee Guida
per la Politica Scientifica e Tecnologica del PNR 2002-2004,
confermate dal PNR 2005-2007, identificano come uno degli obiettivi
prioritari su cui focalizzare le attività di R&ST il rilancio
dell'industria farmaceutica, anche attraverso la chimica fine dei
composti naturali per nuove applicazioni diagnostiche e nuovi
principi attivi. Di conseguenza la presente proposta di Progetto
riguarda in estrema sintesi l'acquisizione di nuove e più
approfondite conoscenze su tutta una serie di principi attivi di
origine naturale di potenziale interesse dell'industria farmaceutica
(inclusi i meccanismi che presiedono alla loro biosintesi), e sui
loro effetti biologici in vitro e in vivo, e lo sviluppo, per alcuni
di essi, di nuove metodologie e processi di produzione, estrazione,
purificazione e formulazione, anche a seguito di interventi mirati
di derivatizzazione per via chimica o biotecnologia. In piena
sintonia con gli indirizzi del PNR, la presente idea progettuale si
basa quindi sugli elementi strategici fondamentali di seguito
descritti: collegare su un piano funzionale "la ricerca e l'impresa"
e promuovere la "convergenza delle conoscenze e delle tecnologie" su
un'unica tematica, perseguendo l'obiettivo generale di conseguire
risultati di grande impatto sul piano culturale e conoscitivo, ma
che possano al tempo stesso esprimere, nel medio periodo, un forte
potenziale di innovazione dell'intero settore produttivo di
riferimento. Le diverse attività di R&ST previste
nell'ambito del Progetto richiedono la convergenza di competenze
scientifiche e tecnologiche di elevata specializzazione, quali
quelle derivanti dai settori della biologia molecolare, della
chimica organica e biomolecolare avanzate, delle discipline
medico-farmacologiche, delle tecnologie innovative di "downstream
processing", dell'ingegneria di processo chimico-biotecnologico,
presenti ed operanti in stretta sinergia all'interno dell'ENEA e dei
collaboratori esterni.
In particolare, per l'UTS BIOTEC
dell'ENEA, i cui compiti istituzionali prevedono attività di
RST&D per la crescita di competitività del sistema produttivo
nazionale, con specifico riferimento alle PMI, anche nel settore
dell'utilizzazione dei sistemi vegetali per l'ottenimento di
prodotti di interesse industriale, la presente iniziativa si colloca
nell'ambito del Macroobiettivo "Prodotti e Processi
Agro-Industriali", Linea di Attività "Prodotti Naturali da
Piante". La spinta ad utilizzare le fonti naturali in maniera
ecosostenibile viene anche dalla comunità scientifica mondiale che
grazie alla ricerca ha cominciato a prospettare grandi ritorni in
efficacia e sostenibilità da questa utilizzazione "naturale" delle
risorse vegetali. Grande impulso in questo settore viene dalla Cina
e dall'India che associano al moderno sviluppo la conoscenza
tradizionale della utilizzazione delle fonti naturali. Delle dieci
più importanti fonti di origine vegetale che la comunità scientifica
internazionale ha identificato come potenziali fonti di benessere
per la salute dell'uomo e dell'ambiente, due sono approfonditamente
studiate all'ENEA da oltre 15 anni. La vastità di impiego di
queste fonti vegetali ha permesso l'avvio di disparate linee di
ricerca di utilizzazione farmacologia di derivati vegetali in grado
di risolvere problemi relativi alla salvaguardia e alla protezione
della salute dell'uomo e dell'ambiente in una sorta di filiera
ecosostenibile per la salvaguardia della salute dell'uomo e
dell'ambiente stessi, linee che verranno di seguito illustrate come
esempio di attività di ricerca già in corso e in sintonia con la
presente proposta progettuale.
Articolazione del
Progetto
L'attuale grado di sviluppo dell'idea progettuale
non permette ancora una definizione puntuale degli Obiettivi
Realizzativi nei quali la stessa sarà articolata, se non in alcune
linee di ricerca del settore già in corso di seguito illustrate, ma
è possibile identificare le tematiche a cui si riferiscono le
attività che saranno sviluppate. Si riporta quindi di seguito
un'indicazione dei possibili settori di intervento, che
sono:
1. Lo studio delle vie metaboliche che portano,
all'interno di alcune delle specie vegetali di interesse, alla
biosintesi dei principi attivi, propedeutico alla progettazione e
realizzazione di interventi mirati di modificazione genetica delle
stesse allo scopo di deprimere o esaltare specifiche vie metaboliche
in modo da incrementare la produzione e l'accumulo si sostanze utili
(di particolare importanza per lo sviluppo di processi di produzione
a partire da colture di cellule vegetali).
2. Lo screening e
la valutazione di piante, autoctone o di origine esotica, e di altre
fonti naturali di interesse, come alcuni organismi marini
(microalghe, batteri termofili etc.), potenzialmente utili, anche in
vista dello sviluppo di metodi di produzione a ciclo chiuso
(bioreattore, serra a contenimento), che rivestono un'importanza
particolare nel caso di organismi che richiedono particolari
condizioni climatiche e presentino caratteristiche tali da rendere
necessaria l'adozione di accorgimenti tesi ad evitarne la diffusione
accidentale nell'ecosistema circostante (piante potenzialmente
infestanti o geneticamente modificate).
3. Lo sviluppo di
idonee tecnologie per la produzione dei principi attivi di interesse
farmaceutico da colture di cellule e/o tessuti vegetali in
bioreattore. Processi biotecnologici di questo genere sono
ovviamente più costosi e complessi della semplice coltivazione di
una pianta, ma presentano il vantaggio di assicurare una produzione
continua e una qualità costante del prodotto, e di facilitare
(specie nel caso di prodotti rilasciati direttamente nel mezzo di
coltura) gli stadi successivi di recupero e purificazione. Tali
vantaggi, dato l'elevato valore aggiunto dei prodotti finali,
compensano ampiamente i maggiori costi di processo.
4. La
progettazione, sperimentazione e messa a punto di schemi innovativi
di "downstream processing", basati sulla combinazione di tecnologie
avanzate di estrazione, recupero e purificazione delle biomolecole
oggetto della ricerca dalla matrice di origine (pianta, parti di
pianta, prodotti e sottoprodotti della filiera agroalimentare) o,
nel caso di colture cellulari, microalghe e batteri, dal mezzo di
coltura. Con specifico riguardo alle matrici solide, un particolare
interesse riveste l'impiego di metodologie di estrazione basate
sull'impiego di CO2 supercritica, in quanto tale solvente non lascia
residui e presenta una totale assenza di tossicità e una elevata
flessibilità di impiego. Presso i laboratori e le hall tecnologiche
dell'ENEA sono attualmente in funzione dispositivi e impianti di
estrazione a fluidi supercritici in grado di operare su tutti i tipi
di matrice (solida, semisolida ad elevata viscosità, liquida) ed i
possibili livelli di sperimentazione, dalla scala di reattori di
laboratorio di qualche ml agli impianti pilota e dimostrativi da 15
litri. Per quel che riguarda poi le problematiche connesse alla
purificazione degli estratti, la natura chimica delle sostanze
considerate determinerà la scelta della tecnologia, o delle
tecnologie, da utilizzare (tecnologie di membrana, tecniche
cromatografiche convenzionali o avanzate, come l'impiego di colonne
rotanti, etc.).
5. Lo sviluppo di metodi per la
trasformazione di idonei precursori, ottenuti da sistemi biologici
(ed esempio molecole ampiamente presenti nei sottoprodotti delle
lavorazioni agroindustriali, come le catechine) o per sintesi
chimica, in principi attivi di interesse farmacologico mediante
reazioni chimiche o biotecnologiche altamente selettive (reazioni
stereospecifiche di introduzione di gruppi funzionali, rottura di
legami e riarrangiamenti strutturali etc.), con la duplice finalità
di esaltarne l'attività farmacologia e/o di modificarne le
caratteristiche di solubilità nei formulati che li contengono o nei
tessuti (conferimento di un carattere lipofilo a molecole
idrosolubili etc.).
6. Lo sviluppo e la valutazione di nuovi
formulati a base di estratti vegetali (fitocomplessi) o di specifici
principi attivi, con particolare riguardo alle applicazioni in campo
farmacologico, dermatologico-cosmetico e nel settore degli
integratori alimentari (prodotti nutraceutici, immunostimolanti non
immunizzanti etc.) e dei relativi sistemi di produzione
industriale.
7. Lo studio e la valutazione "in vitro" e "in
vivo" degli effetti biologici delle singole molecole o dei
fitocomplessi considerati, con particolare riferimento alla
determinazione della loro efficacia e possibile tossicità, anche in
associazione con altri fattori di rischio, come indispensabile
attività di "screening" di principi attivi potenzialmente
interessanti, propedeutico allo sviluppo di un qualsiasi ipotesi di
futura commercializzazione.
Il traino principale del
progetto "Prodotti Naturali da Piante" vede pertanto in prima linea
lo sviluppo della filiera eco-ambientale per la salute determinata
dall'albero del Neem, da oltre 15 anni studiato all'Enea e che
promette di realizzare, non solo la crescita di competitività del
sistema produttivo nazionale, con specifico riferimento alle PMI,
anche nel settore dell'utilizzazione dei sistemi vegetali per
l'ottenimento di prodotti di interesse industriale, ma di affiancare
anche la crescita e lo sviluppo dei PVS in cui le fonti vegetali
sono più disponibili, ricavandone un ruolo di produttori
eco-compatibili ed esportatori della materia prima, altrimenti non
ottenibile (vedi dopo).
L'ALBERO DEL NEEM: OCCASIONE DI
SVILUPPO SOCIO-ECONOMICO PER I PAESI IN VIA DI SVILUPPO E DI
UTILIZZO DI PRODOTTI ECO-COMPATIBILI NEI PAESI
SVILUPPATI.
Una pianta utilizzata da millenni nella
tradizione popolare indiana (medicina Ayurvedica ed Unani) per le
sue innumerevoli proprietà, al punto da essere definita "La farmacia
del villaggio", è l'albero del Neem (Azadirachta indica (A. Juss))
appartenente alla famiglia delle Meliacee, diffusa solo nella fascia
tropicale e sub-tropicale del pianeta in quanto non sopravvive alle
temperature inferiori ai 4°C. L'albero, ed i suoi usi, sono
ampiamente descritti in un libro intitolato "Neem: a tree for
solving global problems." Report of an ad hoc panel of the Board on
Science and Technology for International Development, National
Research Council. Washington, DC, Vietmeyer, N. D. (Director) (1992)
USA,National Academy Press.
Oltre alle ormai ben note ed
applicate proprietà insetticida, l'albero del Neem presenta una così
vasta ed interessante gamma di utilizzi che la comunità scientifica
internazionale lo include nel novero delle prime dieci piante da
studiare ed utilizzare per lo sviluppo ecosostenibile del pianeta e
per la salute degli esseri viventi.
Le questioni fondamentali
da affrontare contenuti nel "Summit Draft Plan of Implementation"
sono riassunte nel acronimo "WEHAB": "Water, Energy, Health,
Agricolture, Biodiversity and Ecosystem Management". L'Enea è
impegnato dal punto di vista della ricerca in tutti i temi
fondamentali indicati dal "World Summit on Sustainable Development"
(WSSD) tenutasi a Johannesburg nel 2002. In almeno tre di questi
temi fondamentali, l'albero del Neem può avere un ruolo non
secondario. Questi, non necessariamente in ordine d'importanza,
sono:
Acqua: protezione di unità di bacino (combattendo i
fenomeni d'erosione e mantenendo l'integrità dei suoli) e lotta alla
desertificazione (frangivento, legna da ardere per popolazioni
locali prive di risorse energetiche alternative alla
legna);
Salute: utilizzo delle molteplici sostanze presenti
in diverse parti dell'albero (semi, foglie, corteccia), per il
controllo di insetti vettori di malattie infettive (Malaria, Dengue,
Chagas ecc), il controllo di ectoparassitosi (sia umane che animali
), produzione di medicinali e cosmetici tradizionali o innovativi
(nuove conoscenze scientifiche).
Agricoltura: biopesticidi,
di basso impatto ambientale e facile biodegradibilità, estratti dai
semi dell'albero per il controllo di numerosi insetti fitofagi delle
colture locali (Integrated Pest Management (IPM)) o per agricoltura
biologica sia in PVS che nel mondo sviluppato.
Tab 1: Gli
usi (Fonte: Status report on global Neem usage. (GTZ
(2000)) Parte della pianta o Materia prima Potenziali usi
Semi Estrazione dell'olio, materia prima per la produzione di
biopesticidi commerciali, di prodotti dermatologici e cosmetici, per
la protezione delle colture, delle derrate e dei prodotti tessili
stoccati , per la produzione di medicine per la salute degli animali
e dell'uomo (tradizionali ed innovative). Olio Produzione di
sapone, materia prima per la produzione di biopesticidi commerciali
e prodotti di cosmesi, protezione delle colture, delle derrate e di
prodotti tessili stoccati, medicine, cura degli animali,
raffinazione a olio commestibile, lubrificante per motori, candele,
lampade ad olio Press Cake Protezione delle colture, materia
prima per la produzione di biopesticidi, additivo per il suolo,
fertilizzante, foraggio e igiene Frutto Estrazione dell'Olio,
frutta, medicine Foglie Medicine, cosmesi, mulching material,
protezione delle colture e delle derrate stoccate, cura degli
animali, foraggio, verdura Rammetti Igiene dentale (grassroot
application) Legno Legna da ardere, materiale di costruzione e
mobili Corteccia Dentifricio e igiene dentale, cosmesi
Radici Medicina Albero intero Protezione del suolo, lotta
alla desertificazione, riforestazione e sviluppo di agricoltura
sostenibile in aree difficili, sviluppo ecosostenibile in PVS,
produzione di materie prime direttamente utilizzabili in campo
agricolo, sanitario, medicinale e cosmetico, esportazione di
estratti base per applicazioni a più alto contenuto tecnologico nei
Paesi sviluppati negli stessi settori ambientali e di salute.
Per quanto riguarda le problematiche inerenti alla
desertificazione le proprietà possedute dall'albero del Neem sono
riassunte nella tabella 2.
Tabella 2: Proprietà dell'albero
del Neem utili per la lotta alla desertificazione Proprietà
Applicazione Frangivento Costruzione di frangivento per
proteggere le colture e combattere l'erosione Legna da ardere
Albero altamente resiliente. Sopporta bene continue mutilazioni
dovute a raccolta della legna Fertilizzante Foglie fertilizzano
il terreno sottostante, favorisce la nitrificazione Foraggio
Foglie utili come foraggio per capre ed altri animali Pesticidi
Possibilità di produrre biopesticidi con tecnologie semplici
Medicinali Possibilità di produrre fitoterapici con tecnologia
semplice Controllo vettori Possibilità di effettuare controllo
vettori con tecnologie semplici Protezione di bacino Resiliente
e di crescità rapida Carbon Credits Creazione di reddito locale
Visto l'uso millenario del Neem nella tradizione della
cultura indiana, esistono già molteplici tecnologie di semplici
esecuzione (grassroot applications) e, sotto l'impulso di diversi
NGO, al fine di rendere fruibili i diversi prodotti per le diverse
applicazioni ottenibili dal Neem, se ne sviluppano sempre di più,
specie nei paesi in via di sviluppo dove il Neem può crescere e
avviare la filiera virtuosa che da esso deriva. Chiaramente i
prodotti ottenuti attraverso "grassroot applications" non hanno la
qualità e la riproducibilità dell'attività biologica dei
corrispettivi prodotti ottenuti attraverso tecnologie più avanzate e
moderne. Non di meno, queste tecnologie semplici vengono
quotidianamente adottate, con soddisfacente efficacia, nei Paesi
dove la conoscenza del Neem è profondamente radicata. Sviluppando
la ricerca e adottando tecnologie più sofisticate ed efficienti,
quali quelle disponibili nei paesi sviluppati è possibile ottenere
in settori cruciali delle attività umane (medicina, pesticidi,
cosmesi ecc.) dei derivati del Neem con caratteristiche di qualità
adeguate agli standard occidentali e quindi utilizzabili e vendibili
in detti paesi a maggiore valore aggiunto per un reciproco beneficio
dei paesi sviluppati (diminuzione dell'utilizzazione di prodotti di
sintesi in agricoltura e medicina, sviluppo di prodotti innovativi)
e di quelli in via di sviluppo (arresto della desertificazione,
creazione di sviluppo ed occupazione, produzione di materia prima
pregiata per uso locale e per esportazione).
Tra i numerosi
metaboliti secondari del Neem, le cui proprietà non sono ancora
completamente indagate, la famiglia dei limonoidi risulta fino ad
oggi la più interessante per le riconosciute attività biologiche.E'
stato accertato, infatti, che i derivati del Neem possono essere
impiegati sia come pesticidi sia come biocidi naturali in
agricoltura grazie alle loro proprietà fagorepellente, di inibitori
della crescita e della capacità riproduttiva su circa 400 specie di
insetti nocivi, appartenenti ai più diversi ordini. Nello stesso
momento queste sostanze sono altamente biodegradabili e non dannose
per la salute umana. Infatti l'azadiractina viene classificata fra
le molecole che si possono usare in agricoltura biologica (Normativa
CEE) ed appartiene alla classe IV (non tossico). Anche l'EPA ha
autorizzato l'utilizzo di derivati del Neem in agricoltura (food and
non-food) e classificandoli come non tossici. Anche l'olio del Neem
trova molteplici usi sia in campo cosmetico, medicinale e agricolo,
alcuni dei quali frutto della ricerca e dell'innovazione realizzate
all'Enea. Per il momento il rifornimento di estratti del Neem
proviene o da semi cresciuti in paesi tropicali o subtropicali.
Attualmente il maggiore fornitore di derivati del Neem è l'India,
anche se la stessa India ha mantenuto basso il profilo della ricerca
nei confronti dei derivati del Neem preferendo il suo uso
tradizionale poco o niente tecnologico. Recentemente, tuttavia, ha
cominciato a guardare con interesse più tecnologico e innovativo i
derivati del Neem creando e ricercando contatti con le comunità
scientifiche internazionali tra le quali quella interna all'Enea
attraverso alcune delle più importanti industrie che ruotano intorno
ai derivati del Neem . In molti paesi africani esistono
numerosissimi esemplari di alberi del Neem, trapiantati dagli
indiani al seguito degli inglesi nei periodi di colonizzazione che,
però, non facendo parte del bagaglio culturale locale, non sono
sfruttati ed utilizzati in modo adeguato, se non per l'ombra che
creano, e dunque non creano ricchezza. Questo aspetto schiude un
potenziale campo di interesse di ricerca e innovazione per l'Enea in
quanto l'Ente è perfettamente in grado di fornire la competenza dei
ricercatori da anni impegnati sui vari temi del ?Summit Draft Plan
of Implementation?: ?WEHAB?, attivando con le ONG, che già lavorano
nei PVS, un volano di sviluppo per la diffusione della coltivazione
del Neem e della sua utilizzazione e fornendo ai paesi sviluppati
materia prima per lo sviluppo di prodotti più tecnologici.
La
Cina sta pianificando di piantare nel proprio territorio almeno otto
milioni di alberi per combattere i fenomeni di erosione e
desertificazione creati dallo sviluppo impetuoso degli ultimi anni.
Data l'esuberante necessità di sviluppo ecosostenibile anche la Cina
non tarderà ad accorgersi delle enormi possibilità di sviluppo che
questo albero offre. E' necessario, pertanto che si ponga la giusta
attenzione alle potenzialità offerte dalle linee di ricerca e ai
risultati già ottenuti intorno ai derivati del Neem in tutti i suoi
aspetti applicativi in vista, anche, di offrire alla Cina elevata
competenza e conoscenza dell'argomento. Il prossimo novembre si
terrà in Cina la ?International Neem Conference? durante la quale un
ricercatore Enea (dr. Andrew van der Esch), in qualità di invited
speaker esporrà le attività di ricerca in corso all'Enea.
In
sintesi l'albero del Neem è veramente "a tree for solving global
problems". Lo sviluppo di una filiera Neem nei paesi in cui l'albero
può crescere (raccolta, stoccaggio, impianto di industrie leggere
per l'estrazione dei derivati del Neem) può realmente stimolare
sviluppo locale creando ricchezza e occupazione in maniera
eco-compatibile. Fornirebbe agli agricoltori locali un pesticida
naturale che gli consentirebbe di interrompere il processo di
dipendenza dalle importazioni di pesticidi sintetici e, in secondo
luogo, permetterebbe loro di diventare tra i più importanti
produttori delle materie prime (olio ed estratti,) da destinare ai
paesi sviluppati per la formulazione di pesticidi, biocidi,
medicinali, cosmetici, antifertili alternativi, ecc. non dannosi per
l'ambiente, rispettosi della salute dell'uomo e del benessere
animale) creando sviluppo e occupazione anche nei paesi
sviluppati. E' necessario, comunque, che in Europa si diffonda
l'educazione e la cultura alla utilizzazione dei derivati del Neem,
non solo per arginare i problemi di inquinamento dei paesi
sviluppati, ma anche per creare un rapporto sinergico con i paesi in
via di sviluppo.. L'enorme gamma di utilizzo di questo magnifico
albero giustifica l'interesse e l'impegno della vasta rete di
ricercatori che si è creata da una quindicina di anni a partire
dall'ENEA coinvolgendo Università ed imprese, nazionali ed
internazionali e che vede nei ricercatori interni all'Ente le punte
più all'avanguardia nello sviluppo innovativo delle sue
applicazioni, non solo a livello Europeo ma anche a livello
mondiale.
Partners del Progetto
La partnership del
progetto è ancora in corso di definizione ma, al momento attuale,
hanno mostrato interesse alla partecipazione o stanno già
partecipando alla ricerca, i seguenti soggetti pubblici e
privati:
· ENEA - UTS BIOTEC; · Università della
Tuscia · Università di Camerino · Università di Roma "La
Sapienza" · Università di Pisa · Università di Firenze ·
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Siena · Università di Sassari · Istituto Superiore di
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