La CO2 è un gas non infiammabile, non esplosivo e non radioattivo, utilizzato in tutto il mondo nei settori fisico, chimico, biologico e medico. Attraverso la sintesi chimica, è possibile produrre un gran numero di composti complessi utilizzando la 13CO2 come materia prima. Questi composti trovano ampia applicazione negli standard ambientali, nella ricerca forense e nella diagnostica. È noto che l'urea marcata con 13C può essere utilizzata per il test del respiro all'urea (dopo la somministrazione orale di urea marcata con 13C al soggetto, se è presente un'infezione da H. pylori nello stomaco, l'urea marcata con 13C può essere scomposta in CO2 marcata con 13C; pertanto, l'infezione da H. pylori può essere diagnosticata rilevando la 13C-CO2 nell'aria espirata con uno spettrometro di massa a rapporto isotopico di gas ad alta precisione). (Poiché l'urea marcata con 13C somministrata per via orale si distribuisce uniformemente dopo aver raggiunto lo stomaco, l'infezione da H. pylori può essere rilevata con elevata sensibilità ogni volta che è presente nel sito di contatto con l'urea marcata con 13C). Negli ultimi anni, sono entrati nella pratica medica anche test del respiro non invasivi che utilizzano più composti. Il 13CO2 viene utilizzato anche come gas laser. Il suo impiego non si limita alla ricerca di base, ma si estende anche alla pratica clinica per la laparoscopia laser.
I biologi nutrono alghe, batteri e altri microrganismi con gas marcato isotopicamente con 13C per studiarne i processi metabolici tramite risonanza magnetica nucleare (NMR). Da organismi marcati con 13C è possibile estrarre una varietà di amminoacidi, proteine, grassi, zuccheri e DNA. Il numero di componenti estratti aumenta drasticamente quando le alghe o i batteri marcati vengono utilizzati per produrre microrganismi più evoluti. Gli scienziati utilizzano i componenti marcati per determinare la struttura delle macromolecole e le interazioni dei gruppi di coordinazione tra le proteine. La coltivazione di alghe in un'atmosfera di 13CO2 pura permette di marcarle uniformemente con 13C, e alcune persone hanno nutrito le galline con questa spirulina marcata con 13C, che consente lo studio degli amminoacidi attivi.
Un'importante applicazione del glucosio e dell'acido glutammico marcati con 13C è la risonanza magnetica metabolica compensatoria (MRI) nel cervello. La proliferazione cellulare può essere misurata con DNA marcato con 13C. Utilizzando componenti marcati con 13C e la moderna spettroscopia di risonanza magnetica (MRS) del 13C, è possibile esplorare la struttura genica e quantificare i geni per ottenere una visione completa dei geni umani e delle variazioni nella composizione molecolare delle cellule viventi. L'applicazione diretta di 13CO2 ai sistemi biologici (ad esempio, ricoprendo i terreni agricoli con aria arricchita di 13CO2) consente di monitorare le dinamiche del carbonio negli organismi per esperimenti in vivo. Le sostanze marcate con 13C possono essere utilizzate per tracciare la composizione del carbonio organico nei suoli, nonché i canali di trasporto.
Poiché le piante assorbono CO2 dall'aria, anche la CO2 può essere marcata con 13C. Questo può essere utilizzato nella ricerca scientifica di base e applicata. Ad esempio, per studiare la biodisponibilità dei nutrienti e il metabolismo della sostanza organica somministrata con piante marcate (biodisponibilità dei nutrienti provenienti da diversi alimenti in animali e esseri umani). Lo sviluppo di composti marcati con 13C e di strumentazione analitica ha portato all'espansione delle applicazioni degli isotopi stabili, aprendo nuove aree di conoscenza sull'uomo e sull'ambiente.
Data di pubblicazione: 26 giugno 2024