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Plasma medicine

Con il termine “plasma medicine” si indica un nuovo settore di ricerca, che studia i possibili utilizzi di un plasma, ossia un gas parzialmente ionizzato tramite l’applicazione di un campo elettrico, a bassa temperatura e a pressione atmosferica, per scopi terapeutici.

Emilio Martines, responsabile del gruppo di plasma medicine del Consorzio RFX

Una decina di anni fa al Consorzio RFX si è iniziato a sviluppare il filone di ricerca sulla plasma medicine.

Evoluzione temporale dei PAPS (Pulsed Atmospheric-pressure Plasma Streams) osservati con tecnica di fast imaging

All’interno del plasma avvengono reazioni chimiche che coinvolgono gli atomi in esso presenti. Questo dà luogo alla formazione di specie chimiche particolari, che possono interagire con le cellule del corpo umano o con i patogeni (batteri, funghi, …) che sono all’origine di alcune malattie.

L’interazione con i patogeni porta alla loro morte, rendendo il plasma interessante per le sue proprietà disinfettanti. Ma può anche “indurre” le cellule ad assumere determinati comportamenti, che vanno dalla proliferazione alla migrazione al “suicidio” (apoptosi).

Le proprietà disinfettanti del plasma risultano utili in diversi ambiti. La prima applicazione che è stata sviluppata dal gruppo di Padova è l’utilizzo del plasma per la cura delle infezioni della superficie oculare (cheratiti). Ma sono allo studio anche altre applicazioni come l’accelerazione della guarigione di ferite e piaghe o il trattamento in ambito oncologico per l’uccisione delle cellule cancerose.  Su sottili strati di cellule in laboratorio ci sono stati i primi risultati positivi di uccisione selettiva delle cellule tumorali..

Specie chimiche reattive prodotte dal plasma freddo:

O, OH, F, N2+,…,  ecc………………..

Come funziona l’effetto disinfettante:

Le cellule batteriche e virali hanno una resistenza più bassa delle cellule eucariotiche, quelle che compongono il nostro corpo, alle specie chimiche reattive, ROS, prodotte dalle sorgenti di plasma di bassa temperatura operanti a pressione atmosferica. Di conseguenza le cellule batteriche moriranno dopo una breve esposizione ai gas prodotti dalla sorgente, al contrario delle cellule del corpo umano che rimarranno illese, avendo così l’effetto disinfettante. Avere metodi alternativi di disinfezione può essere molto importante soprattutto nei casi di resistenza agli antibiotici o anche solo come alternativa a una cura topica di tipo antibiotico per evitarne un eccessivo impiego.

L’effetto antitumorale:

Le cellule tumorali sono soggette a una crescita molto veloce, questo contribuisce a renderle più sensibili alle specie reattive prodotte dalle sorgenti di plasmi freddi. Allo stesso modo dei batteri, quindi, andranno incontro ad una morte cellulare, dopo esposizione ai gas delle sorgenti di plasma, delle cellule eucariotiche non oncogeniche. Questa tecnologia in via di sviluppo consentirebbe quindi di andare a colpire in modo selettivo le cellule malate lasciando indenni quelle sane. Attualmente gli esperimenti in tal senso sono però stati effettuati unicamente in laboratorio su linee cellulari, cioè su uno strato singolo di cellule coltivate in laboratorio.

I Brevetti:

Questa linea di attività ha portato alla produzione di due brevetti:

  • Una sorgente per la cura delle infezioni della superficie oculare: questa licenza è stata acquisita da un’azienda del settore che sta sviluppando un prodotto commerciale.
  • Un secondo brevetto è stato presentato nel 2019 per una sorgente di plasma con proprietà di accelerare la coagulazione del sangue. Quest’ultimo brevetto è stato sviluppato con l’Università di Catanzaro e con l’AIST di Tsukuba (Giappone).

Bibliografia

  • E. Martines, M. Zuin, R. Cavazzana, E. Gazza, G. Serianni, S. Spagnolo, M. Spolaore, A. Leonardi, V. Deligianni, P. Brun, M. Aragona, .I Castagliuolo, P. Brun, (2009) A novel plasma source for sterilization of living tissues. New Journal of Physics Vol.11, 115014. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/11/115014
  • P. Brun, S. Pathak, I. Castagliuolo, G. Palù, P. Brun, M. Zuin, R. Cavazzana, E. Martines, (2014) Helium Generated Cold Plasma Finely Regulates Activation of Human Fibroblast-Like Primary Cells. PLOS ONE Vol.9, 104397. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104397
  • L. Cordaro, G. De Masi, A. Fassina, D. Mancini, R. Cavazzana, D. Desideri, P. Sonato, M. Zuin, B. Zaniol, E. Martines, (2019) On the Electrical and Optical Features of the Plasma Coagulation Controller Low Temperature Atmospheric Plasma Jet. Plasma Vol. 2, Pag.156 – 167.  https://doi.org/10.3390/plasma2020012