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Curriculum Pubblicazioni Didattica

Argomento del Dottorato di Ricerca:

Applicazione di metodi elettrochimici e spettroscopici allo studio di nanostrutture polimeriche inglobanti metalli

Le poliammidoammine (PAA) sono polimeri sintetici caratterizzati da una sequenza regolare di gruppi ammidici e amminici terziari. In particolare, le PAA anfotere sono molto interessanti perché possono essere impiegate come carriers solubili di farmaci antitumorali; infatti esse sono biocompatibili, idrosolubili e non vengono riconosciute dal sistema immunitario (“stealth”) mentre sono accumulate nei tessuti tumorali (“enhanced permeability and retention (EPR) effect”). Inoltre, in base alla loro struttura, possono essere dei buoni agenti chelanti per i cationi dei metalli pesanti, in particolare il Co²⁺  (per la cobaltoterapia) e il Cu²⁺ (per la promozione della crescita cellulare). Di grande interesse per le applicazioni biomedicali si sono recentemente rivelati gli idrogeli di PAA, classe di materiali polimerici a struttura ramificata tridimensionale, che si rigonfiano in acqua senza dissolversi. Gli idrogeli di PAA sono risultati anch’essi biodegradabili e biocompatibili e sono attualmente in fase di sperimentazione come scaffolds polimerici per la rigenerazione tissutale.

Le applicazioni biologiche descritte sopra richiedono un’affidabile caratterizzazione chimico-fisica sia delle PAA solubili sia degli idrogeli di PAA.

Gli obiettivi di questa ricerca sono:

• la determinazione delle costanti di dissociazione dei gruppi acidi e basici deboli presenti sulla catena polimerica (in quanto la capacità delle PAA di penetrare nelle membrane cellulari e di rilasciare i farmaci dipende dalle variazioni strutturali del polimero e quindi dallo stato di carica). Lo studio delle proprietà acido/base risulta essere molto complessa in quanto questi polimeri presentano in catena diversi gruppi funzionali acidi e basici perciò è necessario eseguire titolazioni potenziometriche utilizzando un protocollo rigoroso e applicando, per la trattazione dei dati, un metodo non approssimato quale quello proposto da De Levie;
• lo studio della struttura, del numero di coordinazione e della costante di stabilità dei complessi Meⁿ⁺+PAA [lineari] in quanto le numerose applicazioni biomedicali delle PAA sono strettamente correlate alla loro capacità di complessare i metalli (in particolare Cu²⁺ e Co²⁺). Per determinare questi parametri ci si propone di utilizzare tre tecniche di indagine sinergiche: l’applicazione del metodo di Martell, che è generale ed applicabile a tutti i metalli, e si basa su titolazioni potenziometriche del legante in presenza del metallo; lo studio voltammetrico del metallo in presenza del legante (solo per i metalli che presentano un picco elettrochimicamente reversibile) applicando il metodo di Kolthoff e Lingane; la registrazione (presso l’European Synchrotron Radiation Facility ESRF di Grenoble) e l’analisi di spettri EXAFS   per la determinazione della struttura del complesso Me²⁺/PAA.
• la determinazione dei parametri termodinamici e cinetici che descrivono l’adsorbimento di  Meⁿ⁺ da parte degli idrogeli di PAA in quanto le loro proprietà di scaffold polimerici sono migliorate dalla presenza di metalli adsorbiti  e inoltre (poichè questi materiali si sono dimostrati degli ottimi adsorbitori), si è pensato di poterli applicare in campo ambientale come assorbitori/rivelatori di metalli pesanti. A tale scopo si è pensato di utilizzare la ciclovoltammetria in situ di Me²⁺ per cinetiche e isoterme; e per l’analisi strutturale del sito di coordinazione verranno registrati e analizzati spettri EXAFS del Me²⁺ in fase idrogelo;
• lo studio della reattività elettrochimica di particolari PAA caratterizzate dalla presenza di ponti di solfuro lungo la catena polimerica in quanto la loro capacità di penetrare nella membrana cellulare dipende dai  potenziali di ossidazione e di riduzione del gruppo funzionale in relazione ai potenziali di membrana. Questo studio verrà condotto utilizzando come tecnica di indagine la ciclovoltammetria a cui sarà applicato lo studio meccanicistico dei picchi;
• la determinazione della citotossicità di tutte le poliammidoammine studiate (prove biologiche presso l’Università di Pisa), in quanto  la biocompatibilità è una proprietà fondamentale per utilizzare le PAA come carriers di farmaci;
• infine, si è ipotizzato di poter utilizzare le PAA come coating di nanoparticelle di ossidi ferromagnetici di metalli per l’applicazione in campo medico, in particolare per la cura dei tumori attraverso l’ipertermia, una terapia in fase sperimentale. Per la caratterizzazione di queste nanoparticelle verranno utilizzati sia metodi elettrochimici che spettroscopici.