14 Apr 2020
LE RADIAZIONI GAMMA SONO INEFFICACI NELLA STERILIZZAZIONE DELLE MASCHERE N95
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 14 Aprile 2020

Le radiazioni gamma sono risultate inefficaci nella sterilizzazione delle maschere N95

A metà marzo, i membri del Dipartimento di Scienze e Ingegneria Nucleari (NSE), con i colleghi della comunità medica di Boston, hanno unito le forze

per rispondere a una domanda d’importanza critica durante la pandemia da Covid-19: l'irradiazione gamma può sterilizzare le maschere N95 monouso [N.d.r.: ≡ FFP2] senza diminuirne l’efficacia?

gif covid 19 040In senso orario da sinistra: irradiatore Gammacell in cui è stata testata la maschera N95 [N.d.r.: ≡ FFP2]; apparato aerosol di cloruro di sodio, costruito da Enze Tian per testare l'efficienza di filtrazione della maschera N95; sezione di una maschera N95 irradiata caricata nell'apparato di prova. Credito: Massachusetts Institute of Technology
Questo tipo di dispositivi di protezione individuale (DPI), che offre protezione contro particelle infettive come gli aerosol a base di coronavirus, è scarsamente disponibile in tutto il mondo, e i professionisti medici nei presidi Covid-19 stanno già razionando le maschere. Le radiazioni gamma sono comunemente utilizzate per sterilizzare le superfici degli alimenti e delle attrezzature ospedaliere, così come gran parte della fornitura di cibo del pubblico, e vi è stato un interesse crescente nel determinare se potesse consentire il riutilizzo delle maschere N95 in modo da poterne affrontare la penuria.

In uno studio pubblicato il 28 marzo su medRχiv, il server di prestampa per le scienze della salute, i ricercatori hanno annunciato i loro risultati: le maschere N95 sottoposte la sterilizzazione mediante irradiazione gamma del cobalto-60 superano un test di adattamento qualitativo ma perdono un grado significativo di efficienza di filtrazione. Questa forma di sterilizzazione compromette la capacità delle maschere di proteggere gli operatori di servizi medici dalla Covid-19.

Lo studio, il primo sforzo di ricerca dell'NSE relativo alla pandemia, ha attinto anche alle competenze dell'ufficio del MIT per l'ambiente, la salute e la sicurezza.

"Uno dei nostri studenti pensava che l'irradiazione gamma potesse essere una soluzione interessante per un grosso problema, e volevo davvero che funzionasse", afferma Michael Short, professore associato di Scienze nucleari e ingegneristiche del '42, uno dei coautori dello studio. "Ma abbiamo rapidamente riconosciuto che i dati non rispettavano l'ipotesi."

I membri del team ritengono che questi risultati negativi contribuiscano comunque al più grande sforzo per combattere la pandemia. "Non c'è mai stato un momento in cui i risultati negativi sono più importanti", osserva il capo dello studio e coautore Avilash Cramer SM '18, candidato al quinto anno di dottorato nel programma Harvard-MIT in Scienze e tecnologia della salute, che studia la fisica delle radiazioni. "Pubblicare il più rapidamente possibile significa che altri, che lavorano allo stesso problema, possono dirigere le loro energie in direzioni diverse."

Ricerca accelerata

Anche se potrebbero non aver prodotto il risultato desiderato, i ricercatori hanno comunque realizzato uno studio straordinario per la sua velocità e la cooperazione multidisciplinare, un processo ispirato e plasmato dall'immediata minaccia della pandemia da Covid-19. "Lo studio ha impiegato nove giorni dall'inizio alla fine", afferma Short. "È stato il più veloce che abbia mai fatto, per ordine di grandezza."

La terribile realtà di una carenza di N95 negli Stati Uniti ha suscitato preoccupazioni diffuse all'inizio di marzo. "Aveva già colpito New York e si stava spostando verso il Massachusetts, e il presidente [L. Rafel] Reif voleva sapere se potevamo fare qualcosa per consentirne il riutilizzo delle maschere", racconta Short. "Abbiamo esaminato diversi metodi e abbiamo notato che l'idea di utilizzare la radiazione gamma stava emergendo da altre parti".

Cramer, stava perdendo il sonno preoccupandosi dei suoi compagni di classe, residenti negli ospedali della zona di Boston, già nel bel mezzo del trattamento di pazienti affetti da Covid-19. "Dopo aver letto la letteratura, era chiaro che non c'erano molte buone ricerche sul riutilizzo delle maschere", ha affermato. "Il cielo stava cadendo dappertutto negli ospedali con carenze di attrezzature, e mentre altri avevano mostrato che i raggi gamma potevano inattivare i virus, volevo dimostrare in un modo o nell'altro se danneggiavano le maschere medesime.”

Le maschere N95 sono prodotte attraverso una varietà di processi proprietari utilizzando lana di vetro e plastica, con l’1-2 percento di rame e/o zinco. Viste al microscopio elettronico a scansione, queste maschere rivelano una matrice di fibre con aperture di circa 1 micron. Poiché il filtraggio avviene attraverso un processo elettrostatico, piuttosto che meccanico, una maschera può respingere o intrappolare particelle più piccole in arrivo. Ciò include almeno il 95 percento delle particelle disperse nell'aria di dimensioni pari o superiori a 0,3 micron, come le goccioline trasportate dall'aria che possono veicolare il virus della Covid-19.

Un invito all'azione multidisciplinare

L'11 marzo, Cramer ha inviato diversi contatti, per e-mail, nella comunità della fisica delle radiazioni in cerca di una fonte di irradiazione gamma. Tra il gruppo c'era Short, che ha, tra le altre, una certa esperienza nell'irradiazione della plastica. Cramer aveva lavorato con Short in precedenti progetti di ricerca, e aveva familiarità con il gruppo NSE e con il consigliere Rajiv Gupta, medico presso il Massachusetts General Hospital e professore associato di radiologia presso la Harvard Medical School.

Short ha risposto immediatamente a Cramer, offrendo al campus una fonte di radiazioni gamma, una struttura di irradiazione Cobalt-60. "Ho avuto un'esenzione per lavorare nel campus e ho pensato: irradiamo e sterilizziamo le maschere, quindi vediamo se possono essere riutilizzate", afferma Short.

Con il supporto e la guida di Gupta, anche co-autore dello studio, Cramer ha sospeso il suo lavoro di dottorato (sulle soluzioni di radiologia a basso costo per le aree rurali) e ha iniziato a scrivere un protocollo di ricerca da redigere con altri ricercatori.

L'esperimento è iniziato sabato 14 marzo e i primi risultati sono emersi il giovedì successivo.

Short recuperò le maschere dal suo laboratorio e da quello di un collaboratore, tenendone una manciata per questo studio, prima di donare il resto (poche centinaia) al Beverly Hospital. Nell'Edificio 6 del MIT Environmental Health and Safety, Short e Mitchell Galanek hanno posizionato le maschere nell'anello schermato di Cobalt-60, sottoponendo un gruppo di maschere a radiazioni gamma da 10 kiloGray (kGy) e un altro a 50 kGy (kiloGray è un’unità di misura delle radiazioni ionizzanti). Un gruppo di maschere di controllo non è stato irradiato.

Poco dopo, con le maschere, andò in bicicletta fino al Brigham and Women's Hospital. Lì, il co-autore dello studio Sherry H. Yu, che aveva aderito dopo aver ricevuto l’invito via e-mail, ha effettuato una serie di test di adattamento qualitativo. Questi test, progettati dall’U.S. Occupational Safety and Health Administration, stabiliscono se una maschera si adatta saldamente al viso e lo protegge dalle particelle di aerosol potenzialmente dannose. La cavia, con la maschera N95, era Short medesimo.

"Ho trascorso tre ore in una stanza sul retro dell’ospedale di Brigham, nel bel mezzo della follia da Covid, cercando di gustare una soluzione di zucchero nebulizzata", afferma Short. Per questo test, il vapore di saccarina è spruzzato in un assieme di cappuccio e colletto, montato sopra la testa del soggetto che indossa la maschera N95. Spostando il viso da un lato all'altro, leggendo un brano, il soggetto simula i movimenti facciali che potrebbero spostare o staccare la maschera e renderla meno efficiente. Se, dopo tutti questi movimenti, il soggetto non avverte la dolce nebbia, l'N95 passa il test. Tutte le maschere di Short, irradiate con sorgente gamma, hanno superato il test di adattamento qualitativo.

"Abbiamo pensato, fantastico, l'abbiamo fatto", ricorda Short. "Ma i colleghi della comunità biomedica della Greater Boston ci hanno detto che il solo test di adattamento non era adeguato, ma dovevamo anche valutare l'efficienza del filtro".

Filtraggio difettoso

Fortunatamente, il giusto tipo di installazione sperimentale per la prova esisteva proprio accanto al MIT, nel laboratorio di Ju Li, professore di scienze e ingegneria nucleare alla Battelle Energy Alliance, e professore di scienza e ingegneria dei materiali. Li e lo studente di dottorato Enze Tian (entrambi coautori dello studio) hanno firmato per guidare la fase successiva dello studio, usando un apparato che emetteva particelle di cloruro di sodio, di dimensioni diverse, nelle maschere N95. Il dispositivo, normalmente utilizzato per testare le proprietà protettive delle maschere del laboratorio di Li contro piccoli frammenti di metallo e nanoparticelle, ha mostrato risultati deludenti.

"Le maschere sterilizzate hanno perso i due terzi della loro efficienza di filtraggio trasformando, essenzialmente, l'N95 in maschere N30", afferma Cramer. Ma perché il deterioramento?

"La nostra ipotesi è che le radiazioni ionizzanti, di qualsiasi tipo, probabilmente neutralizzano la filtrazione elettrostatica della maschera", afferma Gupta. "La filtrazione meccanica della garza può intrappolare alcune particelle, ma le radiazioni interferiscono con la capacità del filtro elettrostatico di respingere o catturare particelle di 0,3 micron".

Gupta è comunque soddisfatto dei risultati dello studio. "Anche con una riduzione dell'efficienza, queste maschere N95 sono migliori delle maschere chirurgiche che utilizziamo", afferma. "Invece di scartare le maschere N95, potrebbero essere sterilizzate e utilizzate come maschere N30 per il tipo di procedure che svolgo tutto il giorno."

Cramer, che continua ad esplorare altri metodi di sterilizzazione della maschera N95, ritiene che i risultati dello studio abbiano uno scopo più ampio: "Aggiungere un altro punto dati alla comprensione globale di come pulire i dispositivi è importante: è l'esempio più puro del metodo scientifico che ho mai avuto la possibilità di far parte."

"Ogni pezzo della nostra macchina assemblata in fretta ha funzionato perfettamente", afferma Short. "Abbiamo dimostrato che quando una crisi colpisce, gli scienziati possono riunirsi per il bene superiore e fare ciò che deve accadere".

April 13, 2020
by Leda Zimmerman, Massachusetts Institute of Technology

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Tratto da: https://medicalxpress.com/news/2020-04-gamma-ineffective-sterilizing-n95-masks.html


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