Diagnostica clinica, farmaci e veicolazione di farmaci

Liposomi nella diagnostica clinica e nella terapia (elementi sensoristici e sistemi di veicolazione di principi attivi)
Persone di contatto:
Cecilia Bombelli, Francesca Ceccacci

La capacità del doppio strato lipidico dei liposomi di riorganizzarsi in seguito all’interazione con diverse specie molecolari può essere sfruttata allo scopo di utilizzare questi sistemi come elementi sensoristici. D’altra parte la capacità di queste nanoparticelle di sequestrare e rilasciare sia soluti idrofili (nella fase acquosa interna) che soluti idrofobi (nel doppio strato lipidico), associata alla loro bassa tossicità e immunogenicità, li rende estremamente adatti alla veicolazione di principi attivi. Inoltre, il fatto che l’associazione e l’organizzazione dei componenti monomerici nel doppio strato lipidico siano controllate da interazioni non covalenti fa si che i liposomi siano relativamente facili da preparare ed estremamente versatili, in quanto la loro composizione è modulabile in funzione delle esigenze.
Le competenze dell’IMC nella chimica dei colloidi sono indirizzate allo sviluppo di formulazioni liposomiche, sia come elementi sensoristici sia come sistemi di veicolazione di principi attivi.
L’attività di ricerca si articola in:

  • progettazione (supportata da metodi computazionali) e sintesi di nuovi componenti lipidici in grado di conferire ai liposomi determinate caratteristiche chimico-fisiche e biologiche;
  • studio di tecniche di inclusione di molecole biologicamente attive (veicolazione) e/o cromofori (sensori) nei liposomi che garantiscano una buona efficienza di intrappolamento, mantengano inalterata l’attività biologica dei farmaci in considerazione e modulino opportunamente le proprietà ottiche dei cromofori;
  • caratterizzazione chimico-fisica dei liposomi, affrontata con diverse tecniche sperimentali e con metodi computazionali;
  • valutazione dell’attività biologica, tossicità e meccanismo di internalizzazione cellulare dei liposomi in vitro, su linee cellulari scelte in funzione dell’applicazione prevista;
  • correlazione struttura/attività biologica per individuare i parametri che controllano l’interazione con l’ambiente biologico.

Attualmente l’attività di ricerca è focalizzata su i) sviluppo di liposomi contenenti glicolipidi di sintesi in grado di conferire specificità per tessuti tumorali; ii) liposomi mitocondriotropici per la veicolazione specifica ai mitocondri; iii) sviluppo di liposomi per la veicolazione di farmaci al sistema nervoso centrale nell’ambito del progetto “SP2 Malattie rare-WP2 Drug Delivery in CNCCS 2016 “Collezione di composti chimici ed attività di screening – Creazione di un Centro per le Ricerche di nuovi farmaci per le Malattie Rare, Trascurate e della Povertà-Sviluppo di formulazioni liposomiche per la veicolazione di farmaci al sistema nervoso centrale” iv) sintesi di lipidi fluorescenti e diacetilenici per la formulazione di sensori in grado di rilevare marcatori biologici e v) incapsulamento di principi attivi quali aloe emodin, voacamina, antiossidanti, acidi nucleici -siRNA-, fotosensibilizzatori, e relativa valutazione biologica.”
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Polimeri multi-responsivi per la veicolazione e il rilascio controllato di principi attivi di interesse biomedico
Persona di contatto:
Francesca D’Acunzo

I polimeri multi-responsivi sono macromolecole in grado di modificare le loro proprietà sulla nano-scala in risposta a stimoli esterni di tipo fisico o chimico, quali variazioni di pH o temperatura e irradiazione UV-Vis. La presenza di funzionalità sensibili a stimoli diversi nella stessa macromolecola può portare a interazioni indipendenti, sinergiche o, addirittura, “schizofreniche” del materiale nel suo complesso, generando, così, una notevole versatilità delle sue proprietà.
L’attività di ricerca prevede la progettazione e sintesi delle macromolecole, l’intrappolamento del principio attivo nelle nanopartcelle e l’individuazione, attraverso diverse tecniche sperimentali, dei parametri chimico-fisici che controllano l’interazione con l’ambiente biologico. La valutazione di attività biologica, tossicità e meccanismo di internalizzazione cellulare delle nanoparticelle polimeriche viene effettuata in vitro, su linee cellulari scelte in funzione dell’applicazione.
L’attività in corso riguarda la sintesi di nuovi polimeri metacrilici sensibili al pH, alla luce e alle variazioni di temperatura allo scopo di veicolare farmaci o cromofori per radiodiagnostica in tessuti-target, nei quali uno stimolo adeguato provoca la “risposta” del polimero, con conseguente rilascio della molecola di interesse.

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Sviluppo di tecniche cromatografiche ed elettroforetiche miniaturizzate per l’analisi di farmaci e droghe d’abuso
Persona di contatto:
Zeineb Aturki, Salvatore Fanali

L’analisi farmaceutica riveste un ruolo fondamentale in diversi settori della ricerca quali sviluppo di nuovi farmaci, valutazione della purezza e qualità di formulazioni farmaceutiche, studi farmacocinetici e farmacodinamici. Poiché più della metà dei farmaci presenti in commercio sono chirali e gli enantiomeri possono differire per la loro attività farmacologica, farmacocinetica e tossicità, è fondamentale separare e quantificare gli isomeri ottici per garantire efficacia terapeutica e sicurezza. L’analisi farmaceutica ha un ruolo fondamentale anche nella determinazione dei farmaci e dei loro metaboliti nei fluidi biologici di pazienti sotto trattamento farmacologico. Infatti, il Therapeutic Drug Monitoring è diventato uno strumento indispensabile per la personalizzazione della terapia, con conseguente riduzione degli effetti collaterali, e per verificare l’aderenza al regime prescritto, come ad esempio nella cura di malattie psicotiche.
Obiettivo della attività di ricerca è affrontare l’analisi farmaceutica con lo sviluppo e l’impiego di tecniche separative miniaturizzate. I maggiori vantaggi che caratterizzano queste tecniche sono la rapidità di analisi, il ridotto consumo di reagenti e il piccolo volume di campione richiesto per analisi. Quest’ultimo è un aspetto molto importante per favorire la collaborazione dei pazienti riguardo al prelievo di sangue.
Di recente, l’attività di ricerca è stata focalizzata anche sull’analisi di droghe d’abuso classiche e nuove sostanze psicoattive (smart drugs) commercializzate come “legal alternative” sotto forma di incensi, miscele erbacee, sali da bagno presso negozi specializzati o via Internet.
L’obiettivo in questo ambito è quello di sviluppare tecniche di analisi per la determinazione di sostanze psicotrope in fluidi biologici e “preparazioni da strada”, con risvolti importanti sia da un punto di vista tossicologico che forense.
Le tecnologie descritte sono state di recente applicate alla determinazione simultanea di droghe (anfetamine, cocaina, eroina) in campioni di urine, alla determinazione di cocaina e metaboliti in fluidi biologici e alla determinazione di cannabinoidi sintetici in miscele erbacee.

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Persona di contatto:
Cecilia Bombelli

La quantificazione di marcatori di determinate patologie presenti nei fluidi biologici, non è finalizzata solo alla diagnosi della patologie, ma anche a seguire l’andamento della terapia e a personalizzarla sulla risposta del paziente. L’attività dell’IMC in questo campo è stata l’oggetto del progetto FP7-SME-2012 CARESS lanciato ufficialmente a Maggio 2013 (www.caress-project.eu).

 

 Personale di ricerca coinvolto:

Zeineb Aturki
Mauro Bassetti
Cecilia Bombelli
Stefano Borocci (associato)
Giuseppina Bozzuto (assegnista)
Donatella Capitani
Francesca Ceccacci
Maria Condello (assegnista)
Francesca D’Acunzo
Giovanni D’Orazio
Enrica Donati
Salvatore Fanali
Patrizia Gentili (associato)
Luisa Giansanti (associato)
Maria Giordani
Denise Gradella Villalva (dottorando)
Giovanna Mancini
Alessandro Mauceri (dottorando)

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Collaborazioni:

Dipartimento di Tecnologie e Salute, Istituto Superiore di Sanità (Dr. Agnese Molinari, Dr. Stefania Meschini, Dr. Annarita Stringaro)
Ospedale Bambino Gesù, Roma (Dr. Alessandra Fierabracci)
Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Roma “Sapienza”
Dipartimento di Chimica Università di Parma (Prof. Alessandro Casnati, Prof. Francesco Sansone)
Istituti Fisioterapici Ospitalieri, Roma
Università degli Studi di Verona
Università degli Studi di Ginevra

IRBM Science Park SpA (Dr. Vincenzo Summa, Dr. Annalise di Marco)

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Pubblicazioni rilevanti

Petaccia M., Gradella Villalva D., Galantini L., Bombelli C., Giansanti L., Cerichelli G., Mancini G. “Evaluation of the effects of hydrophilic probes on membranepermeability and stability”
Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 2015, 468, 246–251.

Giuliani C., Altieri B., Bombelli C., Galantini L., Mancini G., Stringaro A. “Remote Loading of Aloe Emodin in Gemini-Based Cationic Liposomes”
Langmuir 2015, 31, 76–82.

D’Acunzo F., Gentili P., Masci G., Ursini O. “Towards controlled cationic polymer growth from inorganic oxide defects: Directing the mechanism of polystyrene grafting from γ-irradiated silica”
Polymer (United Kingdom) 2014, 55, 5043-5049.

Aturki Z., Schmid M. G., Chankvetadze B., Fanali S. “Enantiomeric separation of new cathinone derivatives designer drugs by capillary electrochromatography using a chiral stationary phase, based on amylose tris(5-chloro-2-methylphenylcarbamate).”
Electrophoresis 2014, 35, 3242-3249.

Mauceri A., Borocci S., Galantini L., Giansanti L., Mancini G., Martino A., Salvati Manni L., Sperduto C. “Recognition of Concanavalin A by Cationic Glucosylated Liposomes”
Langmuir 2014, 30, 11301–11306.

Stefanutti E., Papacci F., Sennato S., Bombelli C., Viola I., Bonincontro A., Bordi F., Mancini G., Gigli G., Risuleo G. “Cationic liposomes formulated with DMPC and a gemini surfactant traverse the cell membrane without causing a significant bio-damage”
Biochim Biophys Acta 2014, 1838, 2646-55.

Aleandri S., Bombelli C., Bonicelli M.G., Bordi F., Giansanti L., Mancini G., Ierino M., Sennato S. “Fusion of gemini based cationic liposomes with cell membrane models: Implications for their biological activity”
BBA Biomembranes 2013, 1828, 382-390.

Auditore R., NSantagati. A., Aturki Z., Fanali S. “Enantiomeric separation of amlodipine and its two chiral impurities by nano liquid chromatography and capillary elecrochromatography using a chiral stationary phase based on cellulose tris(4-chloro-3-methylphenylcarbamate)”
Electrophoresis 2013, 34, 2593-2600.

D’Acunzo F., Capitani D., Masci G., Cherubini C., Ursini O. “Polymerization, grafting and adsorption in the presence of inorganic substrates: Thermal polymerization of styrene with untreated and γ-irradiated silica gel as a case study”
Polymer (United Kingdom) 2013, 54, 6695-6701.

Merola G., Aturki Z., D’Orazio G., Gottardo R., Macchia T., Tagliaro F., Fanali S. “Analysis of synthetic cannabinoids in herbal blends by means of nano-liquid chromatography.”
J Pharm Biomed Anal. 2012, 71, 45-53.

Hezinová V., Aturki Z., Klepárník K., D’Orazio G., Foret F., Fanali S. “Simultaneous analysis of cocaine and its metabolites in urine by capillary electrophoresis-electrospray mass spectrometry using a pressurized liquid junction nanoflow interface”
Electrophoresis 2012, 33, 653-660.

Bombelli C., Bordi F., Borocci S., Diociaiuti M., Lettieri R., Limongelli F., Mancini G., Sennato S. “New pyrenyl fluorescent amphiphiles: synthesis and aggregation properties”
Soft Matter 2011, 7, 8525-8534.

Aturki Z., D’Orazio G., Rocco A., Si-Ahmed K., Fanali S. “Investigation of polar stationary phases for the separation of sympathomimetic drugs with nano-liquid chromatography in hydrophilic interaction liquid chromatography mode”
Anal Chim. Acta 2011, 685, 103-110.

Bombelli C., Stringaro A., Borocci S., Bozzuto G., Colone M., Giansanti L., Sgambato R., Toccacieli L., Mancini G., Molinari A. “Efficiency of Liposomes in the Delivery of a Photosensitizer Controlled by the Stereochemistry of a Gemini Surfactant Component”
Molecular Pharmaceutics 2010, 7, 130-137.