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Le microparticelle consistono in un singolo strato di lipidi (molecole grasse) che circondano una minuscola tasca di ossigeno gassoso, e sono consegnate in una soluzione liquida. In un articolo di copertina nel numero del 27 giugno di Science Translational Medicine, John Kheir, MD, del dipartimento di cardiologia al Boston Children’s Hospital, e colleghi riferiscono che un’infusione di queste microparticelle in animali con bassi livelli di ossigeno nel sangue ha ripristinato la saturazione di ossigeno nel sangue a livelli quasi normali, in pochi secondi.

Quando la trachea era completamente bloccata – uno scenario più pericoloso “mondo reale” – l’infusione ha mantenuto gli animali vivi per 15 minuti senza un solo respiro, e ha ridotto l’incidenza di arresto cardiaco e lesioni d’organo.

Le soluzioni di microparticelle sono portatili e potrebbero stabilizzare i pazienti in situazioni di emergenza, guadagnando tempo per i paramedici, i medici di emergenza o i medici di terapia intensiva per posizionare in modo più sicuro un tubo di respirazione o eseguire altre terapie salvavita, dice Kheir.

“Questo è un sostituto di ossigeno a breve termine – un modo per iniettare in modo sicuro il gas ossigeno per sostenere i pazienti durante pochi minuti critici,” dice. “Alla fine, questo potrebbe essere memorizzato in siringhe su ogni carrello di codice in un ospedale, ambulanza o elicottero di trasporto per aiutare a stabilizzare i pazienti che hanno difficoltà a respirare.”

Le microparticelle sarebbe probabilmente solo essere somministrato per un breve periodo, tra 15 e 30 minuti, perché sono trasportati in liquido che sarebbe sovraccarico il sangue se usato per periodi più lunghi, Kheir dice.

Kheir nota anche che le particelle sono diverse dai sostituti del sangue, che portano ossigeno ma non sono utili quando i polmoni non sono in grado di ossigenarli. Invece, le microparticelle sono progettate per situazioni in cui i polmoni sono completamente incapaci.

Kheir ha iniziato a indagare l’idea di ossigeno iniettabile nel 2006, dopo aver curato una bambina che ha subito una grave lesione cerebrale derivante da una grave polmonite che ha causato emorragie nei suoi polmoni e livelli di ossigeno gravemente bassi. Nonostante gli sforzi del team, è morta prima che potessero metterla su una macchina cuore-polmoni. Frustrato da questo, Kheir ha formato una squadra per cercare un altro modo per fornire ossigeno.

“Alcuni degli esperimenti più convincenti sono stati i primi”, dice. “Ci siamo prelevati il sangue a vicenda, l’abbiamo mescolato in una provetta con le microparticelle e abbiamo visto il sangue blu diventare immediatamente rosso, proprio davanti ai nostri occhi.”

Nel corso degli anni, Kheir e il suo team hanno testato varie concentrazioni e dimensioni delle microparticelle per ottimizzare la loro efficacia e renderle sicure per l’iniezione. “Lo sforzo è stato veramente multidisciplinare”, dice Kheir. “Ci sono voluti ingegneri chimici, scienziati delle particelle e medici per ottenere il giusto mix”.

Negli studi riportati nel documento, hanno usato un dispositivo chiamato sonicatore, che utilizza onde sonore ad alta intensità per mescolare l’ossigeno e i lipidi. Il processo intrappola il gas di ossigeno all’interno di particelle di dimensioni medie da 2 a 4 micrometri (non visibili senza un microscopio). La soluzione risultante, con l’ossigeno gassoso che costituisce il 70% del volume, si è mescolata efficacemente con il sangue umano.

“Una delle chiavi del successo del progetto è stata la capacità di somministrare una quantità concentrata di ossigeno gassoso in una piccola quantità di liquido”, dice Kheir. “La sospensione trasporta da tre a quattro volte il contenuto di ossigeno dei nostri stessi globuli rossi.”

La somministrazione endovenosa di ossigeno gassoso è stata provata all’inizio del 1900, ma questi tentativi non sono riusciti a ossigenare il sangue e spesso hanno causato pericolose embolie gassose.

“Abbiamo aggirato questo problema imballando il gas in piccole particelle deformabili”, spiega Kheir. “Essi aumentano drasticamente la superficie per lo scambio di gas e sono in grado di spremere attraverso i capillari dove il gas libero rimarrebbe bloccato.”

Lo studio è stato finanziato da tre premi del Fondo per lo sviluppo tecnologico dell’ospedale pediatrico di Boston e da un premio per la ricerca di base del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti a Kheir.