L’additivo multifunzionale per la plastica fa bene agli esseri umani e al pianeta

Joe Darrah | 10 agosto 2023

Con la popolazione che invecchia negli Stati Uniti che invecchia sempre di più, non si prevede che l’incidenza del cancro e di altre condizioni croniche diminuisca presto. A sua volta, c’è stata una maggiore domanda di prodotti, tra cui plastica, metalli e rivestimenti, realizzati attraverso metodi di biotrattamento che possono contribuire a migliorare la salute della popolazione proteggendo al tempo stesso l’ambiente. Secondo il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti, la biotecnologia può essere uno strumento importante per raggiungere obiettivi sanitari e sociali, come la riduzione della povertà e il miglioramento della sicurezza alimentare globale, nonché per mitigare le cause e le conseguenze del cambiamento climatico.

Tuttavia, il biotrattamento non è privo di conseguenze e limiti. Di particolare preoccupazione è la presenza di stress ossidativo, uno squilibrio di radicali liberi e antiossidanti che riduce la resa di prodotti farmaceutici e terapeutici prodotti tramite bioprocessing fino al 10-15%. Fenomeno causato da uno squilibrio tra la produzione e l'accumulo di specie reattive dell'ossigeno (ROS) nelle cellule e nei tessuti e la capacità di un sistema biologico di disintossicare questi prodotti reattivi, lo stress ossidativo può colpire diverse strutture cellulari, come membrane, lipidi, proteine , lipoproteine ​​e DNA.

Alla Xheme Inc., un'azienda di materiali speciali con sede a Newton, MA, che produce additivi che aiutano a rendere la plastica e i rivestimenti "più intelligenti" resistendo meglio all'ossidazione, ai raggi ultravioletti e alla crescita microbica, ricercatori e scienziati hanno sviluppato quello che dicono sia un sistema programmabile microparticelle nanoporose non tossiche - l'additivo multifunzionale Xheme (XMA) - che riduce o elimina significativamente i danni causati dallo stress ossidativo. Possedendo anche proprietà antiossidanti e antimicrobiche, l'XMA è entrato a far parte di una classe di additivi a sé stante con la sua capacità di aumentare la resa delle sostanze terapeutiche.

"Un aumento del 50% nella resa delle sostanze terapeutiche prodotte utilizzando gli additivi XMA e i bioreattori in plastica monouso basati su XMA può comportare risparmi significativi e salvare milioni di vite in più", ha affermato il dottor SSR Kumar Challa, presidente, direttore scientifico, e co-fondatore di Xheme. “Ridurre i costi della bioproduzione per garantire che i farmaci biologici possano raggiungere un maggior numero di pazienti rimane una sfida importante. Molte terapie biologiche costano tra i 10.000 e i 40.000 dollari, e alcune arrivano fino a 500.000 dollari all’anno”.

Quando incorporati in una pellicola o rivestimento plastico, gli additivi proteggono la superficie o il prodotto contenuto da ossidazione, corrosione, radiazioni UV e danni batterici. “A differenza dell’approccio attuale alla protezione superficiale, in cui viene utilizzato un singolo additivo per una singola funzione, l’approccio XMA utilizza un singolo additivo con molteplici funzioni”, spiega Challa. “Questo approccio riduce il numero di additivi utilizzati sia nella plastica che nelle vernici. Poiché è noto che molti degli attuali additivi causano tossicità sia per l’uomo che per l’ecotossicità, si prevede che la significativa riduzione del numero di additivi richiesti senza compromettere le prestazioni porterà alla riduzione o all’eliminazione della tossicità per l’uomo e dell’ecotossicità”.

Microparticelle macrostrutturate nanoporose a base di ossido bimetallico che offrono una dimensione bimodale e una distribuzione della porosità uniche (come mostrato schematicamente di seguito), durante la ricerca è stato scoperto che gli additivi XMA hanno anche la capacità di fornire protezione dai danni dei radicali liberi, dai perossidi e dalla contaminazione batterica e radiazioni a raggi X. Si dice che la loro capacità superiore sia paragonata alle tradizionali nanoparticelle di ossido di metallo e all'eliminazione delle specie reattive dell'ossigeno, secondo i test condotti dal Cell Culture Core Facility dell'Institute for Applied Life Sciences presso l'UMass Amherst e altri laboratori. Ma l’impatto sullo stress ossidativo rimane fondamentale.

"Lo stress ossidativo danneggia tutte le macromolecole importanti", ha detto Challa. “La perossidazione lipidica, l’ossidazione delle proteine ​​e la frammentazione del DNA possono portare a molteplici effetti di segnalazione cellulare che possono avviare l’apoptosi. Influisce sulle prestazioni dei dispositivi biomedici in vivo e in vitro attraverso la perfetta integrazione di stent, protesi, dispositivi per la guarigione delle ferite, sacche per sangue, sacche per dialisi e sacche per bioprocessi. La capacità di controllare lo stress ossidativo con precisione spaziotemporale è fondamentale per migliorare le prestazioni dei dispositivi biomedici sia in vivo che in vitro”.