DESCRIZIONE PROGRAMMA ATTIVITA'
Molecole anfifiliche biocompatibili hanno raggiunto negli ultimi anni un interesse notevole nell'ambito delle nanotecnologie applicate a medicina e biologia. I sali biliari (BS), prodotti del metabolismo del colesterolo fondamentali nella circolazione enteroepatica, sono molecole anfifiliche caratterizzate da una faccia idrofila e una faccia idrofoba, che ne determinano l’aggregazione in acqua al di sopra di una concentrazione critica (cmc). Per la loro funzione biologica, lo studio dell’aggregazione dei BS è di grande interesse scientifico ed ha dimostrato che, per la loro peculiare struttura molecolare, i BS generano aggregati con morfologie piuttosto particolari, poco riconducibili a quelle delle micelle convenzionali. Recentemente si è visto inoltre che, variazioni del bilancio idrofobo idrofilo dei BS, in derivati di sintesi, provocano cambiamenti drastici delle loro proprietà tensioattive con formazione di nuove fasi e relative strutture supramolecolari, che ne ampliano le potenzialità applicative. In virtù del polimorfismo delle loro strutture supramolecolari e delle loro proprietà di solubilizzazione e trasporto, BS e loro derivati (DBS) potrebbero infatti essere usati nelle nanotecnologie per la fabbricazione di micro o nanostrutture con svariate proprietà applicative. L’origine biologica dei BS rende particolarmente interessanti BS e DBS nelle applicazioni di queste tecnologie in ambito biologico e in medicina. Inoltre, è già noto, da alcune ricerche del gruppo italiano, che alcuni BS stabilizzano le proteine, ritardandone la denaturazione ad opera di agenti chimici e, come riportato in letteratura, DBS trovano applicazione come stabilizzanti nello studio di proteine di membrana.
Sulla base di queste premesse il progetto di ricerca che si intende sviluppare è articolato nelle seguenti fasi:
1) Sintesi di nuovi derivati di sali biliari mediante l'introduzione di sostituenti di natura biologica (residui di peptidi o carboidrati).
2) Caratterizzazione chimico fisica delle proprietà tensioattive e dell'auto-associazione dei derivati di cui sopra, con particolare riferimento alle morfologie degli aggregati e alle loro possibili inter-conversioni al variare di parametri esterni.
3) Studio delle applicazioni dei nuovi composti.
Nella collaborazione l’istituzione partner (Università della Costa Rica) si occuperà maggiormente della sintesi dei DBS, mentre la caratterizzazione e l’analisi delle applicazioni verrà effettuata presso l’Università Sapienza di Roma, secondo uno schema già consolidato che ha portato a recenti pubblicazioni, su importanti riviste internazionali.
Le proprietà tensioattive e le cmc dei derivati saranno analizzate mediante misure di tensione superficiale. Forma e dimensioni degli aggregati si studieranno usando la diffusione della luce (statica SLS o dinamica DLS) e dei raggi X a piccoli angoli (SAXS) e le microscopie ottiche ed elettroniche. L’impacchettamento molecolare negli aggregati si analizzerà con misure di assorbimento UV, fluorescenza e dicroismo circolare (CD).
Uno scopo fondamentale del progetto è quello di produrre composti di interesse applicativo. I derivati fino ad ora ottenuti si stanno testando in numerosi settori, le applicazioni più promettenti sembrano essere:
i) utilizzo come disperdenti di nano tubi di carbonio (CNT) in acqua,
ii) impiego come tensioattivi nella preparazione di nano particelle di farmaci attraverso evaporazione del solvente da microemulsioni.
Applicazione i)
La dispersione di CNT in acqua è fondamentale per il loro utilizzo, soprattutto in applicazioni biologiche. L’impiego di tensioattivi associato alla sonicazione costituisce uno dei metodi più adatti a questo scopo. È già stato dimostrato che i BS manifestano una certa capacità nel disperdere CNT. Ci si aspetta che tale capacità possa essere enfatizzata in alcuni DBS, sintetizzati in questo progetto, contenenti sistemi aromatici particolarmente affini alle pareti dei CNT. La biocompatibilità dei BS rende di notevole interesse le dispersioni di CNT in BS e DBS, nelle applicazioni dei CNT in campo biomedico.
Applicazione ii)
La scarsa solubilità di composti organici attivi rappresenta uno dei maggiori problemi per l’industria, soprattutto nel campo della farmacia, dell’alimentazione, dei pesticidi e della cosmesi. Uno dei modi per aumentare la solubilità è quello di ridurre le dimensioni delle particelle di composto a valori nanometrici. Un metodo comune nella preparazione di queste particelle organiche consiste nell’evaporazione del solvente da una microemulsione di olio in acqua stabilizzata da tensioattivi. Il progetto si propone di testare l'uso dei BS in questo tipo di preparazione. L’origine biologica dei BS, infatti, dovrebbe garantire la biocompatibilità delle nano particelle risultanti, condizione fondamentale per la loro applicazione in campo farmaceutico, alimentare e della cosmesi.
RISULTATI ATTESI
Pubblicazioni, singole e/o congiunte, seminari, attività didattiche, progetti europei/internazionali
Caratterizzazione dei DBS
Dall'analisi delle proprietà auto associative dei DBS ci si aspetta di ottenere risultati che siano razionalizzabili sulla base della loro struttura molecolare o, più in particolare, in funzione del loro bilancio idrofilico/idrofobico e della capacità di formare interazioni intermolecolari specifiche.
Applicazione i)
Preparate le dispersioni di CNT in soluzioni di BS e DBS, spettri di assorbimento nella regione del Ultravioletto-Visibile-Vicino Infrarosso, permetteranno di valutare la concentrazione di CNT e dunque l'efficienza nel disperdere i nanotubi da parte dei tensioattivi. Il confronto con tensioattivi convenzionali permetterà di valutare le caratteristiche strutturali di BS e DBS che maggiormente influenzano la loro capacità disperdente. Si spera di individuare sistemi che abbiano un interesse applicativo su larga scala.
Applicazione ii)
Nella preparazione di nanoparticelle a partire da microemulsioni, forma e dimensione sia delle goccioline delle emulsioni sia delle nanoparticelle finali saranno ottenute facendo uso delle tecniche DLS, SLS e SAXS. Nel caso di derivati di Sali biliari o molecole organiche attive contenenti cromofori, informazioni sull’impacchettamento molecolare nelle emulsioni si potranno avere attraverso misure di assorbimento UV, fluorescenza e CD. Informazioni sulla cristallinità delle nano particelle finali si otterranno mediante diffrattometria di raggi X su polveri. Dati sulla la capacità di intrappolamento di sostanza organica attiva e di solubilità in condizioni fisiologiche delle nano particelle attraverso opportune tecniche analitiche. Ci si aspetta di ottenere risultati che siano funzione della composizione delle emulsioni. Gli effetti legati alla particolare molecola organica attiva, al tipo di BS o DBS e alla composizione di microemulsione e nanoparticelle, si otterranno attraverso un'analisi sistematica. Lo scopo finale è la determinazione di miscele che presentino un interesse applicativo su scala industriale.
L'accordo permetterà la pubblicazione di articoli congiunti in riviste scientifiche internazionali. La mobilità dei singoli studiosi sarà associata alla realizzazione di attività didattiche attraverso brevi scuole o seminari su tematiche specifiche di competenza dei due gruppi interessati all'accordo.
È iniziato con l'anno accademico 2011/2012 il dottorato in Scienze Chimiche di una studentessa della Costa Rica entrata sfruttando i posti in sovrannumero con una borsa finanziata dal Ministerio de ciencia y tecnologia e dalla Universidad de Costa Rica. La tematica del progetto di dottorato è collocato all'interno del programma di questo accordo e prevede il coinvolgimento congiunto delle due università che lo stipulano. L'accordo permetterà pertanto di ottimizzare il coordinamento di questo lavoro e il percorso di questo progetto di dottorato.
Si valuteranno nel corso dell'accordo le opportunità di presentare progetti di ricerca internazionali.
RISULTATI REALIZZATI
Pubblicazioni, singole e/o congiunte, seminari, attività didattiche, progetti europei/internazionali
PUBBLICAZIONI CONGIUNTE con Impact Factor 2010 (IF)
Soto Tellini, V. H.; Jover, A.; Carrazana Garcıìa, J.; Galantini, L.; Meijide, F.; Vazquez Tato, J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5728. (IF=9.03)
V. H. Soto Tellini, A. Jover, L. Galantini, N. V. Pavel, F. Meijide, J. Vazquez Tato J. Phys. Chem. B 2006, 110, 13679. (IF=3.60)
V. H. Soto Tellini, A. Jover, F. Meijide, J. Vazquez Tato, L. Galantini, N. V. Pavel Adv. Mater. 2007, 19, 1752. (IF=10.88)
C. Leggio, M. Anselmi, A. Di Nola, L. Galantini, A. Jover, F. Meijide, N. V. Pavel, V. H. Soto Tellini, J. Vazquez Tato Macromolecules 2007, 40, 5899. (IF=4.84)
L. Galantini, A. Jover, C. Leggio, F. Meijide, N. V. Pavel, V. H. Soto Tellini, J. Vàzquez Tato, C. Tortolini J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8536. (IF=3.60)
L. Galantini, C. Leggio, A. Jover, F. Meijide, N. V. Pavel, V. H. Soto Tellini, J. Vazquez Tato, R. Di Leonardo, G. Ruocco Soft Matter 2009, 5, 3018. (IF=4.46)
N. Manghisi, C. Leggio, A. Jover, F. Meijide, N. V. Pavel, V. H. Soto Tellini, J. Vázquez Tato, R. G. Agostino, L. Galantini Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6604. (IF=12.73)
SEMINARI e CONFERENZE
Seminario di Dipartimento
Relatore
Prof. Victor Hugo Soto Tellini, Escuela de Quimica de la Universidad de Costa Rica.
Titolo: New Supramolecular Structures from modified bile salts
Data 03/06/2008 aula Parravano, Dipartimento di Chimica (Istituto Cannizzaro), Sapienza Università di Roma
Seminario di Dipartimento
Relatore
Prof. Victor Hugo Soto Tellini, Escuela de Quimica de la Universidad de Costa Rica.
Titolo: Cyclodextrin-adamantane based Supramolecular polymers
Data 29/05/2008 aula Parravano, Dipartimento di Chimica (Istituto Cannizzaro), Sapienza Università di Roma
Conferenze invitate al "Simposio de Nuevos Materiales" organizzato da Universida d de Costa Rica e Centro de Electroquimica y Energia Quimica (CELEQ) 6-10 Dicembre 2010.
Titolo: Self Assembly of Bile Salt Derivatives.
Relatore: Prof. Luciano Galantini
Titolo: Structural Study of Proteins by Small Ancle X-Ray Scattering.
Relatrice: Dott.ssa Claudia Leggio
CORSI
Corso di "Técnicas de Caracterizacion de Agregados en Disolucion: SAXS y Light Scattering" 10, 11, 13 e 14 Dicembre 2007, Universidad de Costa Rica, impartito dal prof. Luciano Galantini.
