Многофункциональная добавка к пластикам полезна для человека и планеты

Джо Дарра | 10 августа 2023 г.

Поскольку стареющее население Соединенных Штатов становится все старше, ожидается, что заболеваемость раком и другими хроническими заболеваниями не уменьшится в ближайшее время. В свою очередь, возрос спрос на продукцию, включая пластмассы, металлы и покрытия, произведенные с помощью методов биообработки, которые могут помочь улучшить здоровье населения, одновременно защищая окружающую среду. По данным Министерства сельского хозяйства США, биотехнология может стать важным инструментом для достижения медицинских и социальных целей, таких как сокращение бедности и повышение глобальной продовольственной безопасности, а также смягчение причин и последствий изменения климата.

Однако биопереработка не лишена своих последствий и ограничений. Особую озабоченность вызывает наличие окислительного стресса, дисбаланса свободных радикалов и антиоксидантов, который снижает выход фармацевтических и терапевтических средств, производимых посредством биопереработки, на целых 10–15%. Явление, вызванное дисбалансом между производством и накоплением активных форм кислорода (АФК) в клетках и тканях и способностью биологической системы детоксикации этих реактивных продуктов, окислительный стресс может влиять на несколько клеточных структур, таких как мембраны, липиды, белки. , липопротеины и ДНК.

В Xheme Inc., компании по производству специальных материалов, базирующейся в Ньютоне, штат Массачусетс, которая производит добавки, которые помогают сделать пластмассы и покрытия «умнее», лучше сопротивляясь окислению, ультрафиолету и росту микробов, исследователи и ученые разработали то, что они называют программируемым нетоксичная нанопористая микрочастица — многофункциональная добавка Xheme (XMA) — которая значительно уменьшает или устраняет повреждения, вызванные окислительным стрессом. Обладая также антиоксидантными и противомикробными свойствами, XMA попал в отдельный класс добавок благодаря своей способности увеличивать выход терапевтических средств.

«Увеличение выхода терапевтических средств на 50% с использованием добавок XMA и одноразовых пластиковых биореакторов на основе XMA может привести к значительной экономии и спасению миллионов жизней», — сказал доктор ССР Кумар Чалла, президент, главный научный сотрудник, и соучредитель Xheme. «Сокращение затрат на биопроизводство, чтобы обеспечить доступность биологических препаратов большему количеству пациентов, остается серьезной проблемой. Многие виды биологической терапии стоят от 10 000 до 40 000 долларов, а некоторые достигают 500 000 долларов в год».

Сообщается, что при включении в пластиковую пленку или покрытие добавки защищают поверхность или содержащийся продукт от окисления, коррозии, УФ-излучения и бактериального повреждения. «В отличие от нынешнего подхода к защите поверхности, при котором используется одна добавка для выполнения одной функции, в подходе XMA используется одна добавка с несколькими функциями», — объясняет Чалла. «Этот подход уменьшает количество добавок, используемых как в пластмассах, так и в красках. Поскольку известно, что многие из нынешних добавок вызывают как человеческую, так и экологическую токсичность, ожидается, что значительное сокращение количества необходимых добавок без ущерба для производительности приведет к снижению или устранению токсичности для человека и окружающей среды».

Нанопористые макроструктурированные микрочастицы на основе биметаллических оксидов, которые имеют уникальный бимодальный размер и распределение пористости (как схематически показано ниже). В ходе исследований было обнаружено, что добавки XMA также обладают способностью обеспечивать защиту от повреждения свободными радикалами, пероксидами и бактериальным загрязнением. и рентгеновское излучение. По данным испытаний, проведенных Центром клеточных культур Института прикладных наук о жизни в Массачусетском университете в Амхерсте и другими лабораториями, их превосходящая способность, как утверждается, сравнима с традиционными наночастицами оксидов металлов и поглощением активных форм кислорода. Но влияние на окислительный стресс остается первостепенным.

«Окислительный стресс повреждает все важные макромолекулы», — сказал Чалла. «Перекисное окисление липидов, окисление белков и фрагментация ДНК могут привести к множественным клеточным сигнальным эффектам, которые могут инициировать апоптоз. Это влияет на эффективность биомедицинских устройств in vivo и in vitro за счет бесшовной интеграции стентов, протезов, средств для заживления ран, пакетов для крови, пакетов для диализа и пакетов для биообработки. Способность контролировать окислительный стресс с пространственно-временной точностью является ключом к повышению эффективности биомедицинских устройств как in vivo, так и in vitro».