I radicali liberi partecipano fisiologicamente ai processi metabolici tissutali modificando reversibilmente l'attività/funzione di specifiche molecole bersaglio. In presenza di agenti chimici, fisici e biologici, i livelli dei radicali liberi possono essere significativamente e permanentemente aumentati. Questa condizione, associata alla incapacità delle difese antiossidanti di detossificare i radicali liberi, e denominata stress ossidativo, induce danno irreversibile a proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici, ed è considerata una delle principali cause della eziopatogenesi di patologie umane a carattere cronico-degenerativo su base infiammatoria (cardiovascolari, neurologiche, autoimmuni), del diabete, del cancro.

La spettroscopia EPR è la tecnica elettiva per studiare la formazione di radicali liberi in sistemi biologici ex vivo/in vitro permettendo di monitorarne la cinetica di formazione, identificarne la natura e le vie metaboliche coinvolte. Rispetto ad altre tecniche di misura dello stress ossidativo, l'EPR permette una misura diretta della specie primaria, invece che del suo effetto. I radicali stabili o prodotti ad alte concentrazioni possono essere monitorati tal quali. I radicali instabili o prodotti a basse concentrazioni possono essere monitorati mediante la tecnica dello spin trapping, che utilizza reagenti (spin traps) in grado di legare covalentemente i radicali formati e formare complessi stabili (addotti) rilevabili in EPR.

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