Poli-idrossi-alcanoati (PHA/PHB)
I poli-idrossi-alcanoati sono polimeri naturali a base di acidi grassi a catena media e corta, utilizzati per contenitori e bottiglie (PHB, più rigido) o per fogli plastici ed elastici (PHA). Sono di natura cristallina, ma una volta estratti i batteri, ed eliminando le proteine e i lipidi, diventano amorfi. I poli-idrossi-alcanoati a catena media o corta possono essere sintetizzati per opera di batteri, ad es. durante il trattamento di grassi ed oli esausti. Ad esempio, alcuni batteri (Rhodospirillum rubrum, Rhodocyclus gelatinosus e Rhodococcus ruber) sono in grado di sintetizzare PHA, similmente a come l’Acetobacterium xylinum sintetizza la cellulosa. I PHA possono essere anche estratti dalle foglie di canna da zucchero che vengono modificate geneticamente a questo scopo, e da essi si iniziano a produrre una serie di prodotti biomedicali, come oggetti di sutura, bypass cardiovascolari, chiodi ortopedici, membrane, inneschi per crescita tessutale, ecc. Anche in questo caso, si progetta la degradazione in condizioni fisiologiche.
Applicazioni
- Applicazioni di fissaggio ed ortopedica hanno incluso suture
- chiusure di sutura
- dispositivi di riparazione del menisco
- rivetti, chiodi, graffette
- viti (comprese le viti a interferenza), piastre ossee e dei sistemi di placcatura ossa
- rete chirurgica, le patch di riparazione, imbracature, patch cardiovascolari
- ortopediche (tra cui spille bone.lling materiale augmentation)
- barriere di adesione, stent
- guidate tessuto di riparazione / rigenerazione di apparecchiature
- dispositivi di riparazione della cartilagine articolare
- guide nervose, dispositivi di riparazione del tendine del setto atriale
- dispositivi di riparazione dei difetti, patch pericardici
- volumizzanti e gli agenti di riempimento, valvole vena
- midollo osseo innesti ponteggi
- dispositivi di rigenerazione del menisco, dei legamenti e dei tendini, impianti di cellule oculari
- gabbie di fusione spinale, sostituti della pelle
- sostituti durali
- sostituti di innesto osseo
- tasselli ossa
- medicazioni di ferite e emostatiche
I PHA sono sintetizzati dai batteri, specie quelli del suolo, sia Gram negativi (Ralstonia che produce polimeri di acdi grassi a catena corta, e Pseudomonas che produce polimeri di acidi grassi a catena media) che Gram positivi (Bacillus), Il polimero più sfruttato è il poliidrossibutirrato (PHB), che è rigido, mentre il poliidrossivalerato è elastico.
I PHA sono composti di accumulo di energia chimica nei batteri.
La sintesi microbica di PHA avviene attraverso la condensazione di due molecole di acetil-Coenzima A a formare Acetoacetil-Coenzima A (questi composti chimici sono endotermici, contengono energia nel legame tio-estere che viene liberata durante la la cessione di acetoacetato su un altro gruppo accettore, carbonile o carbossile). L’enzima chiave o gli enzimi (alcuni battteri posseggono due geni per le PHA sintasi) sono abbastanza conservati nei domini attivi, per cui è possibile eseguire una Amplificazione mediante PCR con primers degenerati, e fare uno screening da piastra per trovare le colonie che possono essere utili.Alcuni batteri hanno una attività di sintesi anche nelle fasi di crescita esponenziale, in presenza di fonti di carbonio, azoto e fosforo, ma non accumulano PHA, anche perchè lo depolimerizzano facilmente. Le specie come la Ralstonia invece lo sintetizza nella fase stazionaria, a fine fermentazione, quando si creano le condizioni in cui c’è grande disponibilità di fonti di carbonio (zuccheri e polisaccaridi, acidi grassi, residui di produzioni agroindustriali e scarti vegetali) mentre le fonti di azoto sono quasi esaurite (C:N= 25:1). Queste specie sono sfruttate nella produzione industriale di PHA perchè arrivano a contenerne fino all’80% in peso secco.I Bio-Based-Biochemicals sono prodotti chimici di sintesi enzimatica prodotti tramite fermentazione microbica, con batteri, lieviti o funghi, alimentati con scarti a basso costo (residui di altre lavorazioni). Tra questi ci sono l’acido succinico, l’acido lattico, e i suoi esteri, che sono unità di partenza per prodotti chimici dell’industria agroalimentare e non, per produrre colle, resine e altri tipi di plastiche.