Littérature scientifique sur le sujet « Trattamenti a plasma »

I trattamenti aferetici sono oggi rappresentati da un'ampia gamma di trattamenti extracorporei che possono avere indicazione in diverse patologie, che vanno dalle malattie immunologiche alla sepsi e dall'insufficienza epatica alla patologia tossicologica. In larga parte affidati ai Servizi Trasfusionali, perché programmabili e da ripetere a cadenze definite, questi trattamenti devono, però, essere eseguiti anche dai Centri Nefrologici, che devono garantirne la fattibilità in urgenza/emergenza, in condizioni che, in alcuni casi, sono con prognosi quoad vitam e, pertanto, in area intensivologica. D'altra parte, i Nefrologi hanno tutto il know how che consente loro di poter eseguire trattamenti di aferesi anche direttamente in area critica, dove è più facile che possano essere ricoverati pazienti che, a seguito della patologia di base (intossicazione, avvelenamento, epatite acuta, ecc.), sono in condizioni estremamente critiche e richiedono assistenza intensivologica per il supporto alle funzioni vitali (polmonare, cardiaca, ecc.). La plasmaferesi urgente è definibile come un trattamento aferetico che deve essere iniziato il prima possibile e comunque non oltre le 24–36 ore dopo la diagnosi, quando la vita del paziente è in pericolo e non esistono valide alternative terapeutiche. Oggi le apparecchiature per il trattamento extracorporeo dell'insufficienza renale acuta sono utilizzabili anche per eseguire trattamenti di plasma exchange classici. La grande dimestichezza tecnologica e la preparazione culturale di medici nefrologi e infermieri assicurano che i trattamenti aferetici siano eseguiti con grande competenza. Oggi, inoltre, il progresso tecnologico ha portato alla disponibilità di strumentazioni complesse che consen-tono di non sostituire più il plasma del paziente, bensì di trattarlo con apposite resine: tali modalità sono oggi applicate soprattutto nel campo della sepsi e dell'insufficienza epatica e dovrebbero, pertanto, essere nel ba-gaglio formativo del personale nefrologico di supporto all'area critica.

L'iperbilirubinemia severa si associa spesso al danno renale acuto (AKI), soprattutto in pazienti con livelli di bilirubinemia pari a 20–25 mg/dL. Considerando la potenziale tossicità renale della bilirubina, è possibile che la rimozione di tale sostanza dal plasma rappresenti un modo per migliorare la funzione renale nei pazienti con AKI associato a iperbilirubinemia. Qui presentiamo il caso di un uomo di 47 anni, ricoverato per ittero ingravescente e ascite. All'anamnesi il paziente presentava una mielofibrosi idiopatica, associata a epatopatia con valori di bilirubina stabili intorno ai 4 mg/dL. Al momento del ricovero, la bilirubinemia era pari a 45 mg/dL, con valori di creatininemia di 2.1 mg (valore precedente 0.7 mg/dL). La biopsia epatica mostrava un quadro di severa colangite linfogranulocitaria. Per il peggioramento del quadro ematochimico (bilirubinemia 59.7 mg/dL e creatininemia 4 mg/dL), una volta escluse cause funzionali di insufficienza renale e la sindrome epato-renale, sospettando un danno renale da iperbilirubinemia, abbiamo iniziato il trattamento con plasma adsorbimento/perfusione (PAP). Tale metodica si basa sulla rimozione selettiva della bilirubina dal plasma mediante una specifica resina adsorbente. Dopo il trattamento, si assisteva a una riduzione dei livelli di bilirubina sierica fino a 24 mg/dL, associata a un significativo miglioramento della funzione renale. Tuttavia, circa dieci giorni dopo l'inizio della PAP, il paziente decedeva per shock settico. Questo caso rappresenta un'ulteriore prova della potenziale nefrotossicità della bilirubina, suggerendo che la PAP potrebbe essere una valida opzione terapeutica nei pazienti con danno renale acuto secondario a iperbilirubinemia.

Nel 1914, Abel, insieme a Rowentree e Turner, ha introdotto il termine “plasmaferesi”, il cui significato letterale è “sottrazione”. La prima “plasmaferesi terapeutica” risale al 1952 in un paziente affetto da mieloma multiplo, ma, nel 1963, iniziarono le prime applicazioni cliniche per ridurre l'iperviscosità del sangue in pazienti affetti da paraproteinemia, ad opera di Salomon e Fahey. Nel tempo sono state introdotte tecniche sempre più specifiche e selettive, ampliando notevolmente le indicazioni cliniche (plasma-exchange, crioaferesi, leucoaferesi, trombocitoaferesi, linfocitoaferesi LDL aferesi). Le attuali indicazioni alla plasmaferesi vengono definite e periodicamente ristabilite da due associazioni scientifiche americane, l'American Association of Blood Banks (AABB) e l'American Society of Apheresis (ASFA), sulla base delle prove di efficacia del trattamento nelle malattie specifiche. Nel 1993 è stato costituito, nell'ambito della Società Italiana di Nefrologia, il gruppo di studio dell'aferesi terapeutica che ha il compito di sviluppare Linee Guida di riferimento per il trattamento con plasmaferesi. Il fine ultimo della terapia aferetica sarebbe quello di poter rimuovere dal circolo solo le sostanze patogene, ma l'utilizzo di tecniche di rimozione selettiva si accompagna in realtà non tanto a una maggiore capacità di estrazione della sostanza, bensì a una minore rimozione di componenti non patologiche, riducendo il rischio di infezioni, emorragie e reazioni allergiche. Tuttavia, la plasmaferesi potrebbe anche agire modulando il sistema immunitario oltre che rimuovendo le sostanze patogene. L'aferesi terapeutica è indicata in immunologia, dermatologia, ematologia, oncologia e nelle malattie dismetaboliche, neurologiche e renali ed è utilizzata anche nelle emergenze come tecnica di detossificazione sia endogena che esogena, in cui è necessaria la rimozione della sostanza patogena prima che si verifichi un danno d'organo irreversibile. La plasmaferesi terapeutica ha subito negli anni un cambiamento notevole conseguente allo sviluppo tecnologico delle apparecchiature e a un'espansione delle indicazioni. Infatti, l'innovazione tecnologica ha introdotto metodiche che permettono un trattamento più tollerabile e meno invasivo. Hemofenix utilizza la filtrazione mediante membrana attraverso un sistema di nanofiltrazione, il filtro ROSA. Hemofenix, permettendo di eseguire il trattamento con un singolo e piccolo ago e con un volume extracorporeo ridotto, circa 70 mL, potrebbe ridurre i rischi per il paziente, anche pediatrico. Ulteriori vantaggi potrebbero essere rappresentati dalla breve durata del trattamento e dalla mancata necessità di utilizzare il plasma come fluido di sostituzione, riducendo il rischio di infezioni e reazioni allergiche. Sicuramente, oltre alla sicurezza, dovrà essere valutata la reale efficacia in trial clinici randomizzati, confrontando questa metodica con le terapie aferetiche classiche.

La frattura della mandibola rappresenta solitamente l'evento finale nei pazienti che presentano una progressione della necrosi ossea derivante dall'impiego dei difosfonati. Si tratta di una grave complicanza molto dolorosa che impedisce ai pazienti di alimentarsi correttamente, essendo pertanto un fattore che peggiora notevolmente la loro qualità di vita. L'obiettivo del trattamento dei pazienti che presentano la necrosi ossea legata ai difosfonati (BRONJ) dovrebbe essere rallentare la progressione della malattia. Presentiamo una soluzione tecnica per il trattamento dei pazienti che presentano necrosi mandibolare in stadio 3 ad alto rischio di sviluppare una frattura, avendo un'altezza mandibolare residua di osso sano inferiore a 6 mm. Il trattamento consiste nel posizionamento di una placca ricostruttiva mandibolare per via extra-orale in un piano superficiale al muscolo platisma per tenere i mezzi di sintesi separati dal sito infettivo e non farli contaminare con conseguente necessità di doverli rimuovere, seguito dal courettage per via endorale della necrosi mandibolare. Il rispetto della vascolarizzazione mandibolare e l'assenza di contatto diretto tra il sito di osteonecrosi e la placca ricostruttiva rappresentano alcuni dei vantaggi di questa metodica. La placca ricostruttiva rinforza la mandibola e consente di aggredire energicamente l'area di necrosi mandibolare, senza esporre il paziente a rischio di frattura iatrogena. Questo garantisce al paziente un rallentamento della progressione della malattia e impedisce la frattura patologica della mandibola, inevitabile epilogo delle necrosi ossee mandibolari.

Le alterazioni ormonali e metaboliche della donna in menopausa sono alla base della comparsa dei principali fattori di rischio cardiovascolari (FRC), della formazione delle placche ateromasiche e di un aumento degli eventi cardiovascolari maggiori ad essa associate. L’insulino-resistenza correlata all’obesità centrale potenzia lo stato infiammatorio e di ipercoagulabilità, già presenti per la variazione del quadro ormonale. Il processo aterosclerotico nei vasi compare nella donna soprattutto dopo la menopausa e si associa ad un aumento di eventi ischemici cardiovascolari, anche acuti dovuti ad aterotrombosi. La formazione della placca nella donna, protetta fino ad allora dagli estrogeni, sembra subire una accelerazione in questa fase, eguagliando in pochi anni gli eventi cardiovascolari degli uomini, e diventando la principale causa di mortalità dopo i 75 anni. Questa rassegna mostra in che modo le alterazioni ormonali e l’insulino-resistenza portano all’insorgenza dei maggiori FRC come il diabete, l’ipertensione e la dislipidemia. Inoltre, evidenzia come l’aumento dello stato infiammatorio in menopausa associato ai FRC determina non solo la formazione della placca ateromasica, ma anche i fenomeni aterotrombotici e gli eventi cardiovascolari maggiori. La comparsa della placca ateromasica e la sua destabilizzazione legata allo stato infiammatorio diventano, quindi, la principale causa di morbilità e mortalità nella donna in menopausa. Pertanto, è importante limitare lo stato infiammatorio controllando l’insorgenza dell’obesità centrale e dell’insulino-resistenza principalmente con la dieta e l’esercizio fisico. Inoltre, è necessario istruire le donne in menopausa a riconoscere i sintomi associati ad eventi cardiovascolari. L’aumento della mortalità, soprattutto per cardiopatia ischemica (CPI) nella donna dipende spesso da un ritardo del trattamento anche per eventi acuti; pertanto, è necessario ricorrere più velocemente al trattamento per migliorare la prognosi.

L'aferesi (AT) è una procedura terapeutica usata per trattare diverse patologie, mediante la rimozione in toto o in maniera selettiva del plasma o di alcune frazioni plasmatiche. In letteratura, l'uso dell'AT è spesso criticato per la qualità generalmente bassa dell'evidenza. Una revisione sistematica della letteratura permette di osservare un generale incremento delle pubblicazioni riguardanti l'AT, ma con un inadeguato incremento dei trial clinici randomizzati e controllati (RCT). In ambito nefrologico, i RCT in corso hanno sempre una numerosità piuttosto ridotta, mettendo, quindi, in discussione la loro reale capacità di determinare l'efficacia dell'AT come opzione terapeutica. È stata effettuata una ricerca sul database ClinicalTrials.gov che ha permesso di documentare gli studi RCT in corso nel 2012 in ambito nefrologico, che sono principalmente orientati al trattamento di 1) glomerulopatie, 2) trapianto renale e 3) nefropatie secondarie e alla valutazione di singole tecniche di AT.

Prodotti di IV gamma a base di frutta e verdura minimamente trattati o pronti all'uso non possono essere considerati sicuri da un punto di vista microbiologico e sono stati spesso associati a casi di tossinfezione. Per tali episodi è stato evidenziato che la qualità dell'acqua utilizzata per il lavaggio è una fase critica. D'altra parte è noto che la disinfezione è una delle fasi di lavorazione più importanti per i prodotti minimamente trattati in quanto ha effetti diretti sulla qualità dei prodotti finiti, sulla sicurezza e la loro shelf-life. Tradizionalmente, l'industria di IV gamma ha impiegato i composti derivati del cloro per la fase di disinfezione in virtù della loro efficacia, semplicità d'uso e basso costo. Tuttavia vi è una diffusa tendenza ad eliminare i prodotti a base di cloro a causa soprattutto della preoccupazione in relazione ai rischi ambientali e sanitari per il consumatore associati alla formazione di sottoprodotti alogenati cancerogeni. Tra le varie tecnologie emergenti, proposte come alternative al cloro, il plasma ha presentato buone potenzialità in virtù delle specie chimiche che lo compongono, principalmente specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto, che sembrano essere responsabili di stress ossidativo alle cellule microbiche, con conseguenti danni per DNA, proteine e lipidi. L’obiettivo generale di questo elaborato finale è stato quello di valutare la possibilità di utilizzare la tecnologia del plasma per la decontaminazione superficiale di carote julienne. In particolare si sono presi in considerazione trattamenti diretti in cui il vegetale è stato esposto al plasma per differenti tempi compresi tra 5 e 40 minuti. Inoltre, si è utilizzo il plasma per il trattamento di acqua che è stata successivamente impiegata per il lavaggio delle carote julienne. L'efficacia di entrambe le modalità di trattamento è stata verificata nei confronti sia della microflora naturalmente contaminante le carote, sia di alcuni microrganismi patogeni che possono essere associati a tale vegetale: Listeria monocytogenes, Salmonella Enteritidis ed Escherichia coli.

Da parte dei consumatori si sta assistendo ad un aumento della domanda relativa agli alimenti minimamente trasformati ed alla produzione di alimenti sicuri e di alta qualità. Di conseguenza, le tecnologie di trasformazione non termica possono essere dei metodi alternativi per la conservazione di alimenti e per ridurre gli aspetti negativi sul profilo nutrizionale. Tra queste, l’ozono e il plasma freddo sono classificate tecnologie non termiche in via di sviluppo. Essendo tecnologie non termiche non si basano sulle alte temperature, di conseguenza non portano alterazioni significative sulla qualità del prodotto e non portano alla creazione di sostanze dannose per la salute umana; si ottiene un giusto compromesso tra qualità e sicurezza microbica. Inoltre, rispetto agli altri metodi tradizionali non lasciano residui nell’ambiente e per tanto non causano inquinamento; per questo motivo possono andare a sostituire i normali disinfettanti. Secondo gli studi presenti in letteratura, la loro applicazione si può estendere su tutti i tipi di prodotti e le loro azioni antimicrobiche sono efficaci sulla maggior parte dei microrganismi patogeni dell’alimentazione. Il loro effetto antimicrobico si basa sull’ossidazione, quindi non hanno bisogno di reagenti specifici ma è bene ricordare che se il trattamento non viene eseguito in maniera adeguata, esso può portare danni al prodotto abbassando qualità. Entrambe sono classificate come tecnologie ad ostacoli, infatti sono numerosi gli studi in cui l’ozono e il plasma freddo vengono combinati con altre tecniche per aumentare l’efficacia antimicrobica mantenendo inalterata la qualità dell’alimento. Dall’esame della letteratura aggiornata possiamo affermare che entrambe le tecnologie si sono dimostrate ottime soluzioni alternative per la decontaminazione microbica e possono rappresentare una valida alternativa ai metodi tradizionali per soddisfare la domanda globale di apporto nutrizionale e della richiesta di alimenti di alta qualità.

I prodotti di IV gamma, frutta e verdura minimamente processati o pronti all’uso, possono essere facilmente contaminati da agenti patogeni e hanno una limitata shelf-life. Questi aspetti hanno stimolato la ricerca di metodi innovativi per la sanificazione di prodotti ortofrutticoli, che andrebbero quindi ad influire positivamente anche sulla durata della loro conservazione. A questo proposito è sempre maggiore la tendenza a sostituire prodotti a base di cloro a causa della possibile formazione di composti cancerogeni, rischiosi sia a livello ambientale che sanitario per il consumatore. Tra le possibili tecnologie emergenti, il gas plasma ha presentato numerosi vantaggi, sia in relazione ai livelli di inattivazione microbica con tempi di trattamento brevi, sia per le specie chimiche reattive che lo compongono che sembrano causare danni irreversibili alle cellule microbiche. L’obiettivo di questi elaborato finale è stato quello di valutare la possibilità di utilizzare la tecnologia del gas plasma per decontaminare germogli di fagiolo mungo da microorganismi patogeni deliberatamente inoculati e dalla flora naturalmente presente, inducendo quindi un miglioramento della shelf-life. Nello specifico, sono stati effettuati trattamenti diretti in cui il vegetale è stato esposto al plasma per tempi della durata di 5, 10, 20 e 40 minuti. Inoltre, si sono analizzati gli stessi campioni posti a temperatura di refrigerazione per un totale di 8 giorni, simulando una tradizionale conservazione del prodotto. L’efficacia di tale decontaminazione è stata poi verificata tramite analisi microbiologiche e chimiche su germogli tal quali e germogli inoculati con Escherichia coli, Listeria monocytogenes e Salmonella Enteritidis.

Numerosi studi in ambito biomedicale riportano che il cancro rappresenta una delle patologie più mortali per l’uomo; le terapie attualmente impiegate in ambito clinico (radioterapia, chemioterapia, chirurgia) possiedono infatti una efficacia limitata nell’eliminare selettivamente le cellule tumorali, riducendo al minimo i danni verso i tessuti sani. L’obiettivo che la ricerca si pone è quindi quello di individuare terapie che possano porsi come valide alternative ai trattamenti convenzionali e riescano a superare i limiti che questi possiedono. Tra queste rientrano i trattamenti a base di plasmi freddi a pressione atmosferica (CAP), che sono in grado di indurre selettivamente una morte apoptotica nelle cellule tumorali, preservando le cellule sane. Le attività di tesi condotte hanno avuto come obiettivo quello di realizzare una sorgente corona multiwire per la produzione di PAM (Plasma Activated Medium) utilizzato per il trattamento indiretto di un linea di carcinoma ovarico epiteliale commericiale (OV-90) e tre linee di fibroblasti primari non tumorali, in maniera da valutare sia l’efficacia nella riduzione della proliferazione cellulare del tumore, sia la selettività del trattamento.

Al giorno d’oggi l’adesione tra i materiali di rinforzo tessili e la gomma nello pneumatico è garantita da un trattamento chimico che prevede l’impiego di molecole il cui utilizzo potrebbe essere limitato a causa della loro tossicità, per questa ragione si è resa necessaria la ricerca di trattamenti adesivi alternativi. Nella tesi è scelto come trattamento alternativo una Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition (in vuoto) con la 2-isoprepenil-2-ossazzolina (2-iox) come monomero, il risultato di questo trattamento è la deposizione di un film sottile sulla superficie del materiale trattato. I trattamenti a plasma hanno poco impatto ambientale, per la bassa quantità di reagenti utilizzati e il non impiego di solventi. Test specifici di adesione hanno dimostrato che il trattamento proposto in tesi, applicato su un monofilo di PET, garantisce le stesse prestazioni dell’adesivo RFL utilizzato industrialmente (brevetto depositato nel 06/2020). Durante il primo anno di dottorato il lavoro è stato focalizzato sullo studio e sulle caratterizzazioni delle fibre polimeriche come materiali di rinforzo; sono state portate a termine caratterizzazioni alternative con la definizione di una nuova specifica Pirelli (calcolo dei nodi) e lo studio dell’isteresi di filati ibridi di nylon. Parallelamente all’attività di caratterizzazione, svolta presso i laboratori Pirelli, è stato portato a termine uno studio bibliografico sull’applicazione della tecnologia a plasma sulle fibre di rinforzo dello pneumatico. Il lavoro di analisi e lettura di brevetti e articoli ha permesso la definizione della “strategia” e del trattamento a plasma da applicare sul materiale: PE-CVD. Durante il secondo anno il trattamento è stato messo a punto depositando coatings, con Potenza e Duty Cycle variabili, su lastrine di PET al fine di cercare il plasma polymer più stabile. La caratterizzazione superficiale è stata portata a termine grazie all’utilizzo di diversi strumenti di analisi: angolo di contatto, profilometro, ATR-IR e XPS. La valutazione del coating è stata fata tramite un Peel test effettuato con un dinamometro. All’inizio del terzo anno i parametri ideali del trattamento sono stati definiti e la PE-CVD è stata effettuata sul “materiale finale”: il monofilamento di PET. L’adesione è stata valutata col CRA test, eseguito con dinamometro, e la valutazione del coverage con microscopia ottica. Immagini più dettagliate sono state raccolte con la microscopia elettronica (TEM). L’ultimo anno ho avuto la possibilità di svolgere un periodo di ricerca all’estero (UC3M de Madrid), durante questo periodo ho applicato la tecnologia a plasma (APPT e LPP) a fibre naturali e sintetiche, al fine di migliorare l’adesione tra queste e differenti matrici polimeriche. La valutazione dell’adesione è stata fatta con la misura dell’angolo di contatto e test di trazione e flessione con dinamometro. Il trattamento APPT ha permesso di aumentare l’adesione tra fibre di lino e PBS, il trattamento LPP, pur avendo aumentato l’energia superficiale di fibre di carbonio, non è stato sufficiente per aumentare la bagnabilità della PA sulle fibre sintetiche. L’esperienza si è dovuta interrompere anzitempo a causa dell’emergenza COVID-19.
Nowadays the adhesion, between the textile reinforcing materials and the rubber in a tyre, is guaranteed by chemical treatment which includes Resorcinol and the Formaldehyde, the use of these molecules could be restricted due to their toxicity. For this reason, is necessary to find an alternative treatment to promote the adhesion between the two phases. Plasma treatment was chosen as environmentally friendly alternative treatment, a Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (in vacuum) of 2-isopropenyl-2-oxazoline resulted in a deposition of a plasma polymer on the surface of the sample. Specific adhesion tests demonstrated that the treatment, proposed in the thesis, has better performances in comperasion to the chemical treatment on PET monofilament cord (patent field on 06/2020). During the first year, the work was focused on the study and on the characterizations of polymeric fibers used as reinforcement; alternative characterizations on innovative yarns and cords construction were done: a new Pirelli proceeding for the measurement of the interlace was defined and the study of the hysteresis of cords of nylon was completed. A bibliography research on the plasma application to improve the adhesion of cords was completed and permitted to define the strategy: PE-CVD of 2.iox. During the second-year different plasma polymers, which differed for power and duty cycle, were deposited on PET sheets to find the most stable coating. The evaluation of the film composition was performed by different techniques: contact angle, profilometer, ATR-IR and XPS. On the sheets the adhesion was tested by the Peeling test which allowed to find the best plasma treatment to apply on the PET monofilament. At the beginning of the third year the coating, with the optimized plasma parameters, was deposited on the surface and a plasma pre-activation was added to improve the stability of the organic film with the fiber. The adhesion was measured by the evaluation of the coverage degree after a CRA test, the environmentally friendly plasma treatment promotes the adhesion, between PET mono and rubber, better than the chemical treatment. Detailed images of the coatings were taken by electric microscopy (TEM). During the last year I had the possibility to spend a period in Madrid (at UC3M), the studies were focused on the application of the plasma treatment (APPT and LPP) to improve the adhesion, of natural and inorganic fibers, with thermoplastic matrices for the preparation of composite materials. The effects of plasma treatments were evaluated by the contact angle and the measure of the surface energy, the adhesion of flax fibers and PBS matrix was improve by a APPT; the LPP on the carbon fibers improve the surface energy but does not promote the adhesion with a PA matrix. The experience terminated prematurely because of COVID-19 emergency.

Con lo sviluppo di sorgenti capaci di sostenere scariche di non equilibrio a pressione atmosferica è nato un notevole interesse per le applicazioni biomediche del plasma, data la generazione nella scarica di una varietà di agenti efficaci in più ambiti. I plasmi di questo tipo, caratterizzati principalmente da una temperatura macroscopica vicina a quella ambiente, sono infatti già utilizzati, ad esempio, per la sterilizzazione, per il trattamento di polimeri per migliorarne la biocompatibilità, e per l’accelerazione del processo di coagulazione del sangue. In questo lavoro verrà presentata un’altra possibilità applicativa, sempre nel settore della plasma medicine, ovvero l’utilizzo dei plasmi per il trattamento di cellule cancerose, che sta avendo un particolare successo a causa dei risultati ottenuti dai vari gruppi di ricerca che sottintendono un suo possibile futuro nel trattamento di neoplasie. Verrà presentata una breve introduzione alla fisica del plasma, mostrando alcuni parametri che caratterizzano questo stato della materia, concentrandosi in particolare sui plasmi non termici o di non equilibrio, per poi passare al processo di ionizzazione del gas. Nel secondo capitolo sono approfondite due sorgenti per la generazione di plasmi non termici, la scarica a barriera dielettrica e il plasma jet. Il terzo capitolo fornisce una preliminare spiegazione degli agenti generati nella scarica e il rapporto che hanno con la materia con cui interagiscono. L’ultimo capitolo è il fulcro della ricerca, e comprende risultati ottenuti negli ultimi anni da vari gruppi di ricerca di molte nazionalità, e una breve parte riguardante la sperimentazione originale svolta anche in mia presenza dal gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”, rappresentato principalmente dal professor Carlo Angelo Borghi e dal professor Gabriele Neretti.

Il plasma freddo è una tecnologia non termica emergente che ha mostrato interessanti risultati nel settore alimentare riguardo all’inattivazione microbica, sia di specie degradative che di patogeni, di virus ed enzimi degradativi. La sua applicazione, tuttavia, non è stata ancora approvata in Europa per l’utilizzo sugli alimenti, mentre viene applicata a livello industriale sui materiali di imballaggio alimentare. Tra i vari aspetti che necessitano di ulteriori approfondimenti è importante considerare l’effetto sulle caratteristiche qualitative e nutrizionali dei prodotti alimentari. La presente sperimentazione, scaturita dalle attività del progetto europeo PASS, finanziato da EIT-Food, ha lo scopo di investigare l’utilizzo del plasma freddo come tecnologia per la decontaminazione di alimenti ed imballaggi alimentari da virus SARS-CoV-2. Due regimi di generazione del plasma, caratterizzati da diverse concentrazioni di ozono, sono stati utilizzati per trattare 4 tipologie di alimenti (foglie di rucola, mirtilli, fette di salmone e formaggio) per 5, 10 e 20 min di esposizione. Le principali caratteristiche qualitative sono state valutate in seguito al trattamento. Dai risultati ottenuti è emerso che l’effetto risultava variabile in base alle caratteristiche intrinseche del prodotto. Per rucola e mirtilli le variazioni sono risultate infatti minime, mentre per salmone e formaggio un aumento dell’ossidazione lipidica è stato riscontrato in relazione al tempo di esposizione. In conclusione, particolare attenzione deve essere rivolta ai prodotti contenenti lipidi, in quanto, come noto da letteratura, risultano articolamene suscettibili al potere ossidante delle specie reattive del plasma. Per tali prodotti, risulta ancora più importante la modulazione dei parametri di processo, al fine di espletare l’azione sanificante senza modificare la qualità chimico-fisica e sensoriale del prodotto.

In questi ultimi anni la ricerca oncologica ha intrapreso un percorso di frontiera che si basa sul plasma di non equilibrio a pressione atmosferica per produrre un blend di specie chimiche sfruttabili per lo sviluppo di nuove terapie. Nel presente lavoro di tesi sperimentale sono stati analizzati gli effetti antineoplastici di un trattamento plasma assistito indiretto su una linea cellulare di carcinoma epiteliale ovarico (SKOV-3) mediante un mezzo di coltura attivato tramite una sorgente Dielectric Barrier Discharge (DBD) e una sorgente corona multipin micropulsata, realizzata ex novo con l’obiettivo di uno scale up di trattamento. La valutazione degli effetti indotti sulle cellule tumorali dal PAM prodotto mediante le sorgenti DBD e Corona multipin è stata effettuata attraverso test di vitalità (AlamarBlue Assay e Live and Dead), di capacità migratoria delle cellule (Scratch test) e analisi morfologica. I tempi di contatto tra il liquido di trattamento e i campioni di cellule sono stati di 2 e 24 ore. I risultati ottenuti tramite questi trattamenti in vitro dimostrano come le specie reattive presenti nel liquido inducano le cellule alla morte apoptotica, ne riducano la capacità migratoria e rappresentino una base conoscitiva per le future sperimentazioni e le possibili applicazioni del PAM a livello clinico per il trattamento di tumori ovarici.

Il plasma freddo è una tecnologia emergente di sanificazione, che negli ultimi anni è stata implementata per estendere la durata di conservazione degli alimenti. I prodotti ittici sono tra i principali costituenti delle diete alimentari, importanti per il loro contenuto in vitamine, proteine e altri costituenti essenziali come gli acidi grassi polinsaturi. La principale problematica legata a questa matrice è la rapida perdita di freschezza e di qualità. Lo scopo di questo studio è valutare l’applicazione del plasma freddo (CP) come tecnologia non termica di conservazione, per prolungare la shelf life di filetti orata confezionati in atmosfera modificata (80% N2 e 20% CO2). I campioni sono stati divisi in tre gruppi sperimentali, due dei quali rispettivamente trattati con aria (18 kV per 20 minuti), miscela di Argon (18 kV per 20 minuti) e un gruppo non trattato; per la generazione del plasma è stata utilizzata una sorgente con configurazione SDBD (Surface dielectric barrier discharge). In seguito al confezionamento sono stati sottoposti a conservazione refrigerata (4±1°C) per 14 giorni. Durante questo periodo sono state indagate le possibili differenze tra i tre gruppi sperimentali, in termini di caratteristiche qualitative (concentrazione % O2 e CO2, pH, contenuto in acqua, TBARs, texture, colore e variazione sensoriale). Dai risultati ottenuti è emerso un effetto protettivo del trattamento sulle caratteristiche chimico-fisiche, ad eccezione del mantenimento del colore ed un incremento dell’indice TBARs in quanto entrambi strettamente dipendenti dallo stato ossidativo dei campioni, che sembra essere accelerato dall’applicazione del trattamento con plasma freddo. Seppure l’accettabilità globale da parte del consumatore non abbia mostrato differenze significative, sono necessari ulteriori studi che possano indagare l’utilizzo del plasma freddo nell’applicazione della teoria ad ostacoli, al fine di minimizzare l’effetto negativo dell’ossidazione sui prodotti ittici.

The main goals of my thesis project were to study, characterize and optimize the interaction of different atmospheric plasmas with textile materials (wool and cotton), to determine the effects of such interactions on the treated materials and to correlate them with the specific experimental conditions used. This thesis deals with the application of non-thermal plasmas to textile fibers and materials to achieve desired effects and properties such as anti-shrinking, anti-felting, wetting and the activation for wet finishing. The analysis of the plasma processed gas was performed by FT-IR and APCI mass spectrometry. The results of this characterization allow us to understand the chemical oxidation phenomena. The plasma treatment on wool fibers produces wettability and anti-shrinking properties, this effects are due to the oxidation and to the roughness imparted to the treatment. The plasma treatment on the cotton fibers increases the hydrophilicity for the formation of new polar species and radicals on the surface: two wet finishing were applied to test the effects of plasma pre-treatment. Finally, using OES we succeeded in characterizing a few important systems related to the gas composition and the radiative active specie of plasma (including radicals, ions, atoms or excited molecules). In conclusion, the results of the research carried out for my doctoral thesis show that non-thermal plasma holds great promise for the treatment of fabrics: it offers the advantage of doing away with costly and environmentally impacting wet processes while at the same time producing similar or even better results in the treated materials.
Il mio progetto di tesi ha riguardato lo studio, la caratterizzazione e l’ottimizzazione delle interazioni di diversi plasmi atmosferici con il materiale tessile (in particolare lana e cotone), determinando gli effetti che tale interazione produce sul materiale trattato e correlandola alle specifiche condizioni utilizzate. Lo scopo fortemente applicativo era quello di ottenere particolari proprietà ed effetti come l’antirestringimento, la bagnabilità, l’attivazione per successivi finissaggi liquidi. La caratterizzazione del gas di processo mediante spettroscopia FTIR e spettrometria di massa APCI ha permesso di comprendere la chimica dei fenomeni di ossidazione alla base degli effetti del trattamento. Il trattamento sulla fibra di lana produce una forte bagnabilità ed effetti di anti-restringimento, correlabili all'ossidazione della superficie e all'aumentata rugosità. Il trattamento sulla fibra di cotone aumenta l'idrofilicità della fibra per la formazione di radicali e nuove specie polari sulla superficie: sono stati applicati due finissaggi liquidi per verificare gli effetti del pretrattamento al plasma. Infine utilizzando di una tecnica diagnostica come la spettroscopia ottica di emissione è stato possibile caratterizzare alcuni importanti sistemi di emissione dovuti alla presenza di specie eccitate di atomi, molecole, radicali e ioni presenti in un plasma atmosferico. I risultati della ricerca effettuata per il dottorato dimostrano che il plasma atmosferico non termico rappresenta una grande promessa per il trattamento dei tessuti: offre il vantaggio di sostituire o di migliorare i processi liquidi costosi e di forte impatto ambientale e al tempo stesso di ottenere risultati simili o anche migliori nei materiali trattati.