Revista >> Mai 2020 [Nr. 224] >> Cercetare & Invatamant superior

ICPE-CA: cercetări cu aplicabilitate în domeniul medical

Dr. chim Marius Lungulescu, ICPE-CA

28 Mai 2020

Orientat în principal către aplicații în domeniul ingineriei electrice, o serie de abordări tematice din cadrul Laboratorului de Radiochimie și Materiale Polimerice au permis, de-a lungul timpului, extinderi interesante ale activității către domeniul medico-farmaceutic. Exemplele prezentate în articolul de față, cu accent pe rezultatele de dată mai recentă, sunt o ilustrare a experienței și potențialului laboratorului în domeniul aplicațiilor bio-medicale și farmaceutice.

O denumire mai veche a laboratorului (Laboratorul de materiale procesate prin iradiere și tehnici de luminescență), în care apăreau și preocupările în domeniul fenomenelor de luminescență, sugerează diferite aplicații posibile în domeniul medical, în afara celor bine-cunoscute ale radiațiilor ionizante, cum ar fi sterilizarea radiochimică a instrumentarului medical.

Astfel, o tehnică experimentală de luminescență dezvoltată în cadrul laboratorului prin mijloace proprii, lioluminescența (adică emisia de lumină care însoțește dizolvarea unui solid iradiat), s-a dovedit foarte sensibilă în studiul cinetic al reactivității (și stabilității) radicalilor liberi organici cu structuri similare celor care se produc la stresul oxidativ al lipidelor și al zaharidelor. Studiul efectului unor captori de radicali liberi a permis dezvoltarea unei metode rapide, in vitro, de evaluare a funcției antioxidative a unor stabilizatori. Metoda, aplicabilă antioxidanților industriali, destinați stabilizării materialelor polimerice (a căror structură era simulată cu ajutorul unor radicali organici cu lanț hidrocarbonat lung, cum ar fi dilauroil peroxi) este, evident, aplicabilă și pentru evaluarea unor interacțiuni antioxidant/substrat în procesele biochimice. În literatură sunt citate exemple de aplicare a acestei tehnici pentru detecția unor doze foarte mici sau moderate, cum sunt cele implicate în dozimetria de personal sau în iradierile terapeutice.

O variantă a acestei tehnici de lioluminescență care, însă, măsoară un fenomen diferit, anume chemiluminescența (emisia de lumină care însoțește o reacție chimică), proces în care sunt implicați de asemenea radicali liberi, a fost (și este încă) intens studiată în laborator cu scopul caracterizării comportării oxidative a unor polimeri. În afara polimerilor tradițional utilizați în aplicațiile de inginerie electrică, au fost studiate și materiale destinate unor aplicații biomedicale, anume biopolimeri (cum ar fi amidonul, colagenul, acidul polilactic, celuloză ș.a..), polimeri biodegradabili umpluți și grăsimi naturale. Aceste studii au permis nu doar evaluarea eficacității antioxidante a diferitelor structuri chimice, optimizarea unor recepturi, dar și punerea la punct a unor proceduri pentru evaluarea duratei de viață a materialelor în diferite condiții de stres. Ca o continuare firească, a urmat studiul unor structuri naturale - antioxidanți naturali preparați în alte laboratoare (acid cafeic, tocoferol, vitamina C ș.a), precum și a unor extracte naturale preparate în laborator. Între acestea, pentru obținerea extractului de rozmarin, care s-a dovedit extrem de eficient ca antioxidant, s-a pus la punct o tehnologie de sinteză în laborator, care a fost transferată unui agent economic (Hofigal) în cadrul unui proiect în parteneriat. Acest extract a fost caracterizat și din punctul de vedere al eficacității sale în prevenirea și combaterea unor maladii (a cancerului) într-un parteneriat cu Spitalul Clinic Fundeni și Facultatea de Medicină.

O altă variantă a chemiluminescenței, cea în care reacția are loc la temperatura ambiantă în prezența unui agent oxidant puternic, cum ar fi apa oxigenată, se pretează direct pentru studii biochimice asupra stresului oxidativ și limitării acestuia cu diferite substanțe. Printr-o colaborare fructuoasă cu Universitatea București, s-au efectuat experimente pentru detecția și analiza cantitativă a alcoolului etilic și metilic în diferite medii printr-o reacție enzimatică în prezența alcool-oxidazei, precum și pentru detecția cisteinei sau a unor gaze toxice, cum ar fi ozonul sau NOx în aer.

O altă direcție intens studiată în diferite perioade a fost termoluminescența (TL), adică emisia de luminescență care însoțește încălzirea unui solid iradiat, cu aplicații ce includ dozimetria de personal, evaluări criminalistice sau detecția utilizării tratamentelor cu radiații la conservarea unor alimente. În vederea controlului dozelor de expunere a pacienților în timpul radioterapiei, în cadrul laboratorului au fost elaborate sisteme dozimetrice formate dintr-un echipament de măsurare a emisiei de TL și diverse materiale dozimetrice, termofosfori (cum ar fi tetraborați și ZnF2) activați cu diverși atomi (Mn, Dy, Sm, Ce, Cs).

Rezultate valoroase în sinteza radiochimică a nanoparticulelor metalice
Recent, în cadrul laboratorului, au fost dezvoltate metode de sinteză a unor nanoparticule metalice de tipul Ag, Au, Cu-Au, bazate pe utilizarea radiațiilor ionizante. Acest tip de sinteză, cunoscută și ca sinteză radiochimică, este unică la nivel național, fiind necesară existența unei infrastructuri specifice de generare a radiațiilor ionizante. Laboratorul dispune de astfel de echipamente și anume de instalații radiologice de laborator, cu activitate mare, echipate cu izotopi 60Co și 137Cs.

Nanoparticulele metalice prezintă proprietăți unice, dependente de dimensiune și formă, care le fac interesante pentru diferite aplicații medicale: sisteme de dozare controlată a medicamentului, radiosensibilizatori în terapiile cu radiații și protoni, bioimagistică, pansamente pentru vindecarea rănilor sau ca agenți antibacterieni și antifungici. Anumite studii de specialitate realizate pe nanoparticule pe bază de argint și aur, au arătat că acestea prezintă activitate antivirală ridicată la diferite tipuri de virusuri cum ar fi: HIV-1, HBV (hepatita B), HSV-1 (virus herpex simplex), virusul respirator sincițial. Acest aspect este de mare importanță în contextul actual global al pandemiei cauzate de virusul SARS-COV-2.

Nanoparticulele metalice pot fi obținute prin diferite metode chimice, fizice, biologice, tendința actuală fiind de utilizare a unor metode prietenoase mediului. În general, prin sinteză radiochimică, poate fi obținut orice tip de nanoparticule metalice, singura condiție fiind ca sarea precursor să fie solubilă în apă. Acest fapt permite abordarea a numeroase direcții de cercetare și posibile aplicații a acestor nanoparticule: obținerea de senzori, stocare de energie, surse regenerabile de energie, cataliză și multe altele, printre care și bio-medicale.