Aditivo multifuncional para plásticos é bom para os humanos e para o planeta

Joe Darrah | 10 de agosto de 2023

Com o envelhecimento da população nos Estados Unidos a envelhecer cada vez mais, não se espera que a incidência de cancro e outras doenças crónicas diminua tão cedo. Por sua vez, tem havido um aumento na procura de produtos, incluindo plásticos, metais e revestimentos, produzidos através de métodos de bioprocessamento que podem ajudar a melhorar a saúde da população e, ao mesmo tempo, proteger o ambiente. De acordo com o Departamento de Agricultura dos EUA, a biotecnologia pode ser uma ferramenta importante para alcançar os objectivos sociais e de saúde, como a redução da pobreza e a melhoria da segurança alimentar global, bem como para mitigar as causas e consequências das alterações climáticas.

No entanto, o bioprocessamento tem suas próprias consequências e limitações. Particularmente preocupante é a presença de estresse oxidativo, um desequilíbrio de radicais livres e antioxidantes que reduz o rendimento de produtos farmacêuticos e terapêuticos produzidos através de bioprocessamento em até 10 a 15%. Fenômeno causado por um desequilíbrio entre a produção e acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ROS) nas células e tecidos e a capacidade de um sistema biológico desintoxicar esses produtos reativos, o estresse oxidativo pode afetar diversas estruturas celulares, como membranas, lipídios, proteínas , lipoproteínas e DNA.

Na Xheme Inc., uma empresa de materiais especializados com sede em Newton, MA, que produz aditivos que ajudam a tornar plásticos e revestimentos “mais inteligentes”, resistindo melhor à oxidação, aos raios ultravioleta e ao crescimento microbiano, pesquisadores e cientistas desenvolveram o que dizem ser um programa programável. micropartícula nanoporosa não tóxica — o Aditivo Multifuncional Xheme (XMA) — que reduz ou elimina significativamente os danos causados ​​pelo estresse oxidativo. Também possuindo propriedades antioxidantes e antimicrobianas, o XMA se tornou uma classe de aditivos próprios com sua capacidade de aumentar o rendimento da terapêutica.

“Um aumento de 50% no rendimento dos produtos terapêuticos produzidos usando os aditivos XMA e biorreatores plásticos de uso único baseados em XMA pode resultar em economias significativas e salvar milhões de vidas a mais”, disse o Dr. SSR Kumar Challa, presidente e diretor científico, e cofundador da Xheme. “Reduzir os custos da biofabricação para garantir que os medicamentos biológicos possam chegar a mais pacientes continua a ser um grande desafio. Muitas terapias biológicas custam entre US$ 10.000 e US$ 40.000, e algumas chegam a custar US$ 500.000 por ano.”

Quando incorporados em um filme plástico ou revestimento, os aditivos supostamente protegem a superfície ou o produto contido contra oxidação, corrosão, radiação UV e danos bacterianos. “Ao contrário da abordagem atual para proteção de superfícies, em que é utilizado um único aditivo para uma única função, a abordagem XMA utiliza um único aditivo com múltiplas funções”, explica Challa. “Essa abordagem reduz o número de aditivos utilizados tanto em plásticos quanto em tintas. Como muitos dos aditivos atuais são conhecidos por causar toxicidade humana e ecológica, prevê-se que a redução significativa no número de aditivos necessários sem comprometer o desempenho leve à redução ou eliminação da toxicidade humana e ecológica.”

Micropartículas macroestruturadas nanoporosas à base de óxido bimetálico que oferecem um tamanho bimodal exclusivo e distribuição de porosidade (conforme mostrado esquematicamente abaixo). Durante a pesquisa, descobriu-se que os aditivos XMA também têm a capacidade de fornecer proteção contra danos de radicais livres, peróxidos e contaminação bacteriana. e radiação de raios X. Diz-se que sua capacidade superior é comparada às nanopartículas tradicionais de óxido metálico e elimina espécies reativas de oxigênio, de acordo com testes conduzidos pelo Centro de Cultura Celular do Instituto de Ciências da Vida Aplicadas na UMass Amherst e outros laboratórios. Mas o impacto sobre o stress oxidativo continua a ser fundamental.

“O estresse oxidativo danifica todas as macromoléculas importantes”, disse Challa. “A peroxidação lipídica, a oxidação de proteínas e a fragmentação do DNA podem levar a múltiplos efeitos de sinalização celular que podem iniciar a apoptose. Afeta o desempenho de dispositivos biomédicos in vivo e in vitro através da integração perfeita de stents, próteses, cicatrização de feridas, bolsas de sangue, bolsas de diálise e bolsas de bioprocessamento. A capacidade de controlar o estresse oxidativo com precisão espaço-temporal é fundamental para melhorar o desempenho de dispositivos biomédicos in vivo e in vitro.”