Thermodynamics of the interaction between biologically active molecules and substrates of pharmaceutical interest

La prima parte del presente progetto di ricerca è rivolta alla progettazione ed alla caratterizzazione chimico-fisica e strutturale di nuove molecole biologicamente attive, principalmente tensioattivi gemini cationici. Ne è stata valutata l’attività biologica e la potenzialità come vettori in terapia genica. Sono stati studiati in funzione della lunghezza dello spaziatore, n (n = 3, 4, 8, 12) i tensioattivi gemini bispiridinici cationici idrogenati, con differenti catene idrofobiche. Lo stesso è stato fatto per i composti con catene a 8 atomi di carbonio, di cui gli ultimi sei fluorurati. Infatti, si ritiene che i lipidi cationici fluorurati possano costituire una valida opzione per ottenere una efficiente espressione genica in fluidi biologici contenenti surfattanti idrogenati, per esempio quando i geni di interesse devono essere veicolati all’epitelio respiratorio o biliare. La loro attività trasfettiva e la struttura delle nanoparticelle di DNA, come studiato tramite AFM, sono strettamente correlate alla struttura che assumono in soluzione, che dipende dalla lunghezza dello spaziatore, come evidenziato dall’andamento delle curve delle entalpie molari e parziali in funzione della molalità. Per quanto riguarda i surfattanti gemini idrogenati, il composto con spaziatore di quattro atomi di carbonio e, per i surfattanti fluorurati, quello con spaziatore a otto atomi di carbonio, che presentano inaspettate proprietà entalpiche in funzione della concentrazione, mostrano una attività trasfettiva confrontabile con quella del reagente commerciale di riferimento quando co-formulati con DOPE. Si ipotizza che questi composti agiscano come pinze molecolari in grado di interagire con basi di DNA vicine. La parziale fluorurazione delle catene idrofobiche richiede una maggiore lunghezza dello spaziatore per il folding della molecola in confronto agli analoghi idrogenati. Ciò è dovuto al maggiore ingombro sterico ed alla rigidità della parte fluorurata e alla repulsione tra le catene idrogenate e fluorurate lipofobiche. I composti con spaziatore più lungo, sia idrogenati che fluorurati, danno luogo a strutture scarsamente condensate formando come dei fiocchi, incapaci di dar luogo a trasfezione. Il confronto tra composti fluorurati ed idrogenati rivela la maggiore capacità dei composti fluorurati nel compattare il DNA. Gli studi di termodinamica in soluzione, riportati in letteratura per la prima volta per queste classi di composti, rappresentano una sonda sensibile del comportamento delle molecole in soluzione, rendendo i “vecchi” metodi molto utili per poter comprendere a livello molecolare le “nuove” applicazioni. La seconda parte della tesi è focalizzata sulla progettazione e sulla valutazione chimica e biologica di alcune molecole contenenti un motivo chelante in grado di legare uno o due ioni metallici presenti nel sito attivo di alcuni enzimi virali, inibendo la replicazione virale. Tramite studi potenziometrici sono state ottenute le specie formate in soluzione e le relative costanti di formazione di nuovi leganti contenenti una porzione 2-idrossiamidica e acilidrazonica con Mg(II) e Cu(II) in modo da far luce sul loro meccanismo d’azione. Le salicilamidi ed i loro complessi con Mg(II), studiati per le loro interessanti proprietà biologiche da lungo tempo, mostrano attività in vitro nei confronti del virus dell’influenza. I risultati degli studi potenziometrici e le analisi di modeling molecolare suggeriscono che la loro attività può essere dovuta alla possibilità di chelazione degli ioni Mg(II) presenti nel sito attivo dell’endonucleasi del virus dell’influenza.