Studi e applicazioni di spettrometria di massa e di risonanza magnetica nucleare: sostanze biologicamente attive in sistemi microeterogenei

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

La possibilità di confinare molecole e cluster molecolari all’interno dei nanodomini dei sistemi microeterogenei è attualmente oggetto di numerose ricerche a sfondo teorico ed applicativo.
Il confinamento in nano-distretti caratterizzati dalla presenza di domini sia idrofili che idrofobi può portare a notevoli modifiche delle proprietà chimico-fisiche e della reattività della molecola ospitata.
Di contro, la presenza di molecole e cluster molecolari all’interno di sistemi microeterogenei comporta un’ampia variazione delle proprietà strutturali (forma, dimensione, orientazione spaziale) delle specie “ospitanti”.
Infine, notevoli informazioni possono essere ottenute da indagini spettroscopiche sulla distribuzione, localizzazione, orientamento ed interazioni a livello molecolare e sulla stessa organizzazione supramolecolare di sistemi microeterogeneni costituiti anche dall’assemblaggio di più componenti.
E’ di grande interesse studiare sotto questo aspetto sostanze biologicamente attive. Si continueranno gli studi di molecole che svolgono un’attività protettiva delle membrane cellulari nei confronti di danni ossidativi provocati dai radicali liberi effettuando indagini su tali sostanze solubilizzate in sistemi microeterogenei che possano essere utilizzati come sistemi biomimetici delle membrane cellulari. Infatti, la determinazione della localizzazione, dell’orientamento e delle interazioni di tali sostanze nelle membrane cellulari può essere estremamente utile per la comprensione della loro grande azione protettiva a dispetto delle loro concentrazioni estremamente basse nei biosistemi.
Come sostanze ad attività antiossidante saranno proseguite le indagini sulla la melatonina, l’alfa-tocoferolo e sostanze naturalicon struttura fenolica presenti in matrici alimentari, ed in particolare nell'olio di oliva .
Come sistemi biomimetici delle membrane cellulari saranno utilizzate micelle inverse, sia anidre che con acqua nel cuore micellare, formate da tensioattivi in solventi apolari. Come tensioattivi saranno utilizzati l’AOT (uno tra i più utilizzati per la formazione di micelle inverse) e soprattutto la lecitina (L-alfa-fosfatidilcolina) che è uno dei costituenti principali delle membrane cellulari.
Gli esperimenti saranno condotti, oltre che in fase soluzione, anche in fase gas. Come già visto nei nostri lavori sull’aggregazione del tensioattivo AOT in fase gas, ciò può condurre anche a rilevanti informazioni di base sulle strutture di aggregati di tensioattivi nel vuoto. Si intende indagare sulle modifiche strutturali per verificare la reale importanza della coda idrofobica nei processi di aggregazione in fase gas, e sulla possibilità di ottenere cluster molecolari che inglobano molecole biologicamente attive anche in fase gas.
Per verificare le strutture degli aggregati saranno effettuati esperimenti di ion mobility, che potranno fornire informazioni sulla loro sezione d'urto.

Layman's description

La ricerca inserisce nell’ambito di studi rivolti allo sviluppo e alle applicazioni innovative di metodologie chimiche avanzate e principalmente della spettrometria di massa ad alte prestazioni ed alta risoluzione e di risonanza magnetica nucleare 1D e 2D, ma anche di altre tecniche spettroscopiche (FT-IR, UV)per indagini strutturali complesse.

Nel presente progetto si intende indagare sulla struttura supramolecolare di aggregati non covalenti costituiti da sostanze biologicamente attive come antiossidanti (melatonina, alfa-tocoferolo, fenoli) e di sali di lantanidi o di metalli pesanti "solubilizzati" in micelle inverse costituite dai tensiattivi AOT e, principalmente, lecitina usati come sistemi biomimetici delle membrane cellulari.

Per quanto concerne gli studi con sistemi micellari inversi si intende ottenere informazioni su:
Solubilità delle sostanze esaminate nei sistemi micellari.
Localizzazione ed orientamento delle sostanze solubilizzate.
Gruppi funzionali implicati nelle interazioni non covalenti.
Variazioni della proprietà chimico-fisiche della sostanza solubilizzata.
Variazioni della reattività delle molecole solubilizzate.
Variazioni strutturali (dimensione, forma e struttura) delle micelle in presenza della sostanza solubilizzata ed in relazione ai rapporti molari sostanza/tensioattivo.
Informazioni sulla struttura micellare (diretta o inversa) di tensiattivi in fase gas sotto vuoto, in relazione anche alle specie cationiche presenti.
Avendo recentemente accertato la presenza di cluster monocarichi (positivi e negativi) di notevoli dimensioni si vuole verificare la possibilità di ottenere anche in fase gas sistemi micellari in grado di inglobare molecole biologicamente attive.
Metodologie

MS ed MS/MS
Verranno effettuati esperimenti di Spettrometria di Massa con sorgenti “soft” adatte per la ionizzazione di sostanze polari e per cluster molecolari formati attraverso interazioni deboli. Saranno utilizzati il Fast Atom Bombardment (FAB) e, principalmente la ElectroSpray Ionization (ESI).
Esperimenti di spettrometria di massa tandem (MS/MS) consentiranno di ottenere informazioni sulle interazioni intermolecolari tensioattivo-tensioattivo e tensioattivo-solubilizzato, e di studiare le eventuali variazioni dei processi di frammentazione indotti da collisioni tra le molecole protonate isolate e le stesse molecole inglobate in sitemi micellari o in ciclodestrine.
Esperimenti MS ed MS/MS saranno anche utilizzati per la determinazione strutturale dei prodotti di reazioni delle molecole inglobate nei sistemi micellari formati in fase soluzione.
Verranno effettuati esperimenti di Ion Mobility per ottenere informazioni sulla dimensione e forma degli aggregati ionici.

NMR
Le variazioni di chemical shift dei protoni della sostanza solubilizzata e del sistema ospitante sono molto utili per determinare la localizzazione e le interazioni tra molecole ospite e sistema ospitante. Dettagliate informazioni sulle distanze interatomiche saranno ottenute da esperimenti 2D NMR (NOESY, ROESY).
Studi NMR (1H-NMR, 13C-NMR, 2D (COSY, HETCOR) saranno effettuati anche per la determinazione strutturale dei prodotti di reazioni delle molecole inglobate nei sistemi micellari.

UV-VIS
Verranno studiati gli spettri UV-VIS per correlare le variazioni spettrali con le variazioni dell’intorno chimico delle sostanze solubilizzate.

FT-IR
Lo studio degli spettri FT-IR consente di individuare i gruppi funzionali interessati nella formazione di legami non covalenti.

GC ed HPLC
Il grado di purezza dei campioni e dei solventi sarà verificato attraverso analisi gas-cromatografica (per i composti apolari o poco polari) o attraverso cromatografia liquida ad alte prestazioni (per i composti polari). Per la caratterizzazione di eventuali componenti presenti non previsti, verranno utilizzate tecniche GC-MS o HPLC-MS.
Preparazione dei campioni
Le micelle inverse saranno
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

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