L’additif plastique multifonctionnel est bon pour les humains et la planète

Joe Darrah | 10 août 2023

Avec le vieillissement de la population aux États-Unis, l’incidence du cancer et d’autres maladies chroniques ne devrait pas diminuer de si tôt. À son tour, il y a eu une demande accrue pour des produits, notamment des plastiques, des métaux et des revêtements, produits par des méthodes de biotraitement qui peuvent contribuer à améliorer la santé de la population tout en protégeant l'environnement. Selon le ministère américain de l’Agriculture, la biotechnologie peut être un outil important pour atteindre les objectifs sanitaires et sociétaux, tels que la réduction de la pauvreté et l’amélioration de la sécurité alimentaire mondiale, ainsi que pour atténuer les causes et les conséquences du changement climatique.

Les bioprocédés ne sont cependant pas sans conséquences et limites. La présence de stress oxydatif, un déséquilibre des radicaux libres et des antioxydants qui réduit de 10 à 15 % le rendement des produits pharmaceutiques et thérapeutiques produits par bioprocédés, est particulièrement préoccupante. Phénomène provoqué par un déséquilibre entre la production et l'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans les cellules et les tissus et la capacité d'un système biologique à détoxifier ces produits réactifs, le stress oxydatif peut affecter plusieurs structures cellulaires, comme les membranes, les lipides, les protéines. , les lipoprotéines et l'ADN.

Chez Xheme Inc., une entreprise de matériaux spécialisés basée à Newton, dans le Massachusetts, qui produit des additifs qui contribuent à rendre les plastiques et les revêtements « plus intelligents » en résistant mieux à l'oxydation, aux ultraviolets et à la croissance microbienne, les chercheurs et les scientifiques ont développé ce qu'ils disent être un système programmable. microparticule nanoporeuse non toxique – l’additif multifonctionnel Xheme (XMA) – qui réduit ou élimine considérablement les dommages causés par le stress oxydatif. Possédant également des propriétés antioxydantes et antimicrobiennes, le XMA a atterri dans une classe d'additifs à part entière grâce à sa capacité à augmenter le rendement des produits thérapeutiques.

« Une augmentation de 50 % du rendement des produits thérapeutiques produits à l'aide des additifs XMA et des bioréacteurs en plastique à usage unique basés sur XMA peut entraîner des économies significatives et sauver des millions de vies supplémentaires », a déclaré le Dr SSR Kumar Challa, président et directeur scientifique de et co-fondateur de Xheme. « Réduire les coûts de biofabrication pour garantir que les médicaments biologiques puissent atteindre davantage de patients reste un défi majeur. De nombreuses thérapies biologiques coûtent entre 10 000 et 40 000 dollars, et certaines peuvent atteindre 500 000 dollars par an.

Lorsqu'ils sont incorporés dans un film ou un revêtement plastique, les additifs protègent la surface ou le produit contenu de l'oxydation, de la corrosion, des rayons UV et des dommages bactériens. "Contrairement à l'approche actuelle de la protection des surfaces, dans laquelle un seul additif pour une seule fonction est utilisé, l'approche XMA utilise un seul additif avec plusieurs fonctions", explique Challa. « Cette approche réduit le nombre d'additifs utilisés dans les plastiques et les peintures. Comme de nombreux additifs actuels sont connus pour provoquer une toxicité humaine et écologique, la réduction significative du nombre d’additifs requis sans compromettre les performances devrait conduire à la réduction ou à l’élimination de la toxicité humaine et écologique.

Microparticules macrostructurées nanoporeuses à base d'oxyde bimétallique qui offrent une distribution bimodale unique de taille et de porosité (comme illustré schématiquement ci-dessous). Au cours de la recherche, il a été découvert que les additifs XMA ont également la capacité de fournir une protection contre les dommages causés par les radicaux libres, les peroxydes et la contamination bactérienne. et les rayons X. Leur capacité supérieure serait comparée aux nanoparticules d'oxyde métallique traditionnelles et à la récupération des espèces réactives de l'oxygène, selon des tests menés par l'Institut des sciences de la vie appliquées de l'UMass Amherst et d'autres laboratoires. Mais l’impact sur le stress oxydatif reste primordial.

"Le stress oxydatif endommage toutes les macromolécules importantes", a déclaré Challa. « La peroxydation lipidique, l’oxydation des protéines et la fragmentation de l’ADN peuvent entraîner de multiples effets de signalisation cellulaire pouvant déclencher l’apoptose. Cela affecte les performances des dispositifs biomédicaux in vivo et in vitro grâce à l'intégration transparente des stents, des prothèses, de la cicatrisation des plaies, des poches de sang, des poches de dialyse et des poches de biotraitement. La capacité de contrôler le stress oxydatif avec une précision spatio-temporelle est essentielle pour améliorer les performances des dispositifs biomédicaux in vivo et in vitro.