El aditivo multifuncional para plásticos es bueno para los seres humanos y el planeta

Joe Darrah | 10 de agosto de 2023

Dado que la población de los Estados Unidos envejece cada vez más, no se espera que la incidencia del cáncer y otras enfermedades crónicas disminuya en el corto plazo. A su vez, ha habido una mayor demanda de productos, incluidos plásticos, metales y recubrimientos, producidos mediante métodos de bioprocesamiento que pueden ayudar a mejorar la salud de la población y al mismo tiempo proteger el medio ambiente. Según el Departamento de Agricultura de Estados Unidos, la biotecnología puede ser una herramienta importante para lograr objetivos sanitarios y sociales, como la reducción de la pobreza y la mejora de la seguridad alimentaria mundial, así como para mitigar las causas y consecuencias del cambio climático.

Sin embargo, el bioprocesamiento no está exento de consecuencias y limitaciones. De particular preocupación es la presencia de estrés oxidativo, un desequilibrio de radicales libres y antioxidantes que reduce el rendimiento de productos farmacéuticos y terapéuticos producidos mediante bioprocesamiento hasta entre un 10 y un 15%. Fenómeno causado por un desequilibrio entre la producción y acumulación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en células y tejidos y la capacidad de un sistema biológico para desintoxicar estos productos reactivos, el estrés oxidativo puede afectar varias estructuras celulares, como membranas, lípidos y proteínas. , lipoproteínas y ADN.

En Xheme Inc., una empresa de materiales especializados con sede en Newton, MA, que produce aditivos que ayudan a que los plásticos y los recubrimientos sean "más inteligentes" al resistir mejor la oxidación, los rayos ultravioleta y el crecimiento microbiano, investigadores y científicos han desarrollado lo que dicen que es un sistema programable. micropartícula nanoporosa no tóxica, el aditivo multifuncional Xheme (XMA), que reduce o elimina significativamente el daño causado por el estrés oxidativo. Al poseer también propiedades antioxidantes y antimicrobianas, el XMA se ha convertido en una clase de aditivo en sí mismo con su capacidad para aumentar el rendimiento de los tratamientos.

"Un aumento del 50% en el rendimiento de las terapias producidas utilizando aditivos XMA y biorreactores de plástico de un solo uso basados ​​en XMA puede generar ahorros significativos y salvar millones de vidas más", afirmó el Dr. SSR Kumar Challa, presidente y director científico de y cofundador de Xheme. “Reducir los costos de la biofabricación para garantizar que los medicamentos biológicos puedan llegar a más pacientes sigue siendo un desafío importante. Muchas terapias biológicas cuestan entre 10.000 y 40.000 dólares, y algunas llegan a costar 500.000 dólares al año”.

Cuando se incorporan dentro de una película o revestimiento de plástico, los aditivos protegen la superficie o el producto contenido de la oxidación, la corrosión, la radiación ultravioleta y el daño bacteriano. "A diferencia del enfoque actual para la protección de superficies, en el que se utiliza un único aditivo para una única función, el enfoque XMA utiliza un único aditivo con múltiples funciones", explica Challa. “Este enfoque reduce la cantidad de aditivos utilizados tanto en plásticos como en pinturas. Como se sabe que muchos de los aditivos actuales causan toxicidad humana y ecológica, se prevé que la reducción significativa en la cantidad de aditivos necesarios sin comprometer el rendimiento conduzca a la reducción o eliminación de la toxicidad humana y ecológica”.

Micropartículas macroestructuradas nanoporosas a base de óxido bimetálico que ofrecen un tamaño bimodal y una distribución de porosidad únicos (como se muestra esquemáticamente a continuación), durante la investigación se descubrió que los aditivos XMA también tienen la capacidad de brindar protección contra el daño de los radicales libres, los peróxidos y la contaminación bacteriana. y radiación de rayos X. Se dice que su capacidad superior se compara con las nanopartículas tradicionales de óxido metálico y las especies reactivas de oxígeno, según las pruebas realizadas por la Instalación Central de Cultivo Celular del Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas en la UMass Amherst y otros laboratorios. Pero el impacto sobre el estrés oxidativo sigue siendo primordial.

"El estrés oxidativo daña todas las macromoléculas importantes", afirma Challa. “La peroxidación de lípidos, la oxidación de proteínas y la fragmentación del ADN pueden provocar múltiples efectos de señalización celular que pueden iniciar la apoptosis. Afecta el rendimiento de los dispositivos biomédicos in vivo e in vitro mediante la perfecta integración de stents, prótesis, cicatrización de heridas, bolsas de sangre, bolsas de diálisis y bolsas de bioprocesamiento. La capacidad de controlar el estrés oxidativo con precisión espaciotemporal es clave para mejorar el rendimiento de los dispositivos biomédicos tanto in vivo como in vitro”.

Según Challa, los hallazgos de la empresa han sido especialmente relevantes para el almacenamiento en frío de los glóbulos rojos, que son inherentemente susceptibles al estrés oxidativo. "Este nuevo diseño de material redujo la hemólisis oxidativa tanto en forma de polvo libre cuando se agrega a la sangre humana en una bolsa comercial como cuando se incorpora en películas de biorreactor", dijo. “Las XMA protegieron contra el estrés oxidativo con una reducción de hasta un 60 a un 70 % en la hemólisis oxidativa experimental observada cuando las bolsas de sangre prototipo se expusieron a rayos X durante un almacenamiento de hasta ocho semanas. Esto supone una mejora del 60 % en comparación con los estándares de almacenamiento actuales”.

Entre las nuevas aplicaciones actuales de XMA se encuentra su aplicación en dos tipos de bolsas de sangre de próxima generación en las que el aditivo reemplaza al agente suavizante ftalato de di(2-etilhexilo) (DEHP), una sustancia que ha sido objeto de mayores niveles de escrutinio debido a sus diversos efectos nocivos sobre la salud. Según se informa, la Unión Europea lo prohibirá a partir de 2025.

Según Challa, el primer producto es una bolsa de PVC sin DEHP y el segundo es una bolsa sin PVC. "Actualmente estamos ampliando esta tecnología", dijo. “Reemplazar el plastificante tóxico DEHP en las actuales bolsas de PVC estándar de la industria por XMA no compromete los estándares de almacenamiento ni los métodos de fabricación actuales. Los primeros resultados de prueba de concepto muestran que las bolsas de sangre XMA-PVC reducen significativamente la hemólisis oxidativa más allá del tiempo de almacenamiento actual de 42 días para los glóbulos rojos”. Challa también dice que el uso de XMA está ayudando a abordar otros desafíos importantes en la industria del plástico: sostenibilidad, productos tóxicos y gestión complicada de la cadena de suministro. "Los actuales agentes anti-UV y anticorrosión son inestables y a menudo tóxicos", afirmó. “Las aprobaciones regulatorias para los antimicrobianos requieren mucho tiempo y son costosas. Los fabricantes de revestimientos y plásticos se encuentran constantemente en la línea entre ofrecer productos respetuosos con el medio ambiente, la sociedad y la gobernanza corporativa y productos conocidos, confiables y rentables. Como aditivos no tóxicos multifuncionales programables, los XMA resuelven los desafíos que enfrentan los plásticos, películas y recubrimientos de alto rendimiento. La industria de las bolsas de bioprocesamiento tendrá un valor de 4200 millones de dólares en 2023 y se estima que alcanzará alrededor de 10 mil millones de dólares en 2028. Las empresas prefieren cada vez más las bolsas de bioprocesamiento de un solo uso, ya que aumentan la eficiencia del proceso y reducen los costos asociados con pasos complicados como la limpieza, la esterilización y mantenimiento de sistemas de biorreactores basados ​​en acero”.

En términos más generales, la industria podrá mantener los estándares de desempeño actuales al mismo tiempo que reducirá la toxicidad humana y ecológica y disminuirá la dependencia del creciente número de aditivos de “función única” que pueden generar una mayor carga química en los cuerpos humanos y el medio ambiente. dijo Challa.

"Además, Xheme está trabajando para incorporar una mayor funcionalidad ecológica en sus aditivos que generarían una mejor reciclabilidad, biocompatibilidad y biodegradabilidad al final del ciclo de vida de los plásticos", dijo.

Los aditivos multifuncionales producidos por Xheme también están siendo probados por varias empresas de pinturas y plásticos Fortune 500. “Tenemos siete solicitudes de patente pendientes y actualmente estamos trabajando en la validación, ampliación y obtención de aprobaciones regulatorias de la tecnología”, dijo Challa. “La misión de la empresa es llevar al mercado bolsas de sangre y bolsas de bioprocesamiento completamente no tóxicas que ofrezcan el mismo o mejor rendimiento y protejan tanto a las personas como al planeta de la sobrecarga de aditivos tóxicos. Al proporcionar a las industrias aditivos que tienen múltiples capacidades, estamos trabajando para limitar el uso de aditivos de un solo uso y reducir la huella ambiental de los aditivos. Nuestra visión es ser un líder mundial en ofrecer aditivos que eliminen la toxicidad y ayuden a lograr la neutralidad de carbono sin comprometer el rendimiento”.

Más información sobre formatos de texto

Las preocupaciones ambientales sobre los plásticos son válidas, pero los políticos y las corporaciones a menudo intimidan a los activistas sin considerar que pueden ser una opción sustentable en muchas aplicaciones. Estamos siguiendo la lucha de la industria para garantizar que prevalezca el sentido común.