Sensori chimici basati su molecole e nanoparticelle

Con questo lavoro di tesi si è cercato da un lato di dare un contributo al settore dei sensori chimici, caratterizzando e sviluppando diversi sistemi che presentano promettenti proprietà per l’utilizzo nella realizzazione di sensori luminescenti, e dall’altro di studiare sistemi di nanoparticelle di oro per identificarne e caratterizzarne i processi che portano all’interazione con un’unità fluorescente di riferimento, il pirene. Quest’ultima parte della tesi, sviluppata nel capitolo 4, sebbene possa apparire “slegata” dall’ambito della sensoristica, in realtà non lo è in quanto il lavoro di ricerca svolto rappresenta una buona base di partenza per lo sviluppo di sistemi di nanoparticelle metalliche con un possibile impiego in campo biomedico e diagnostico. Tutte le specie studiate, seppur molto diverse tra loro, posseggono quindi buone caratteristiche di luminescenza ed interessanti capacità di riconoscimento, più o meno selettivo, di specie in soluzione o allo stato gassoso. L’approccio generale che è stato adottato comporta una iniziale caratterizzazione in soluzione ed una susseguente ottimizzazione del sistema mirata a passare al fissaggio su supporti solidi in vista di possibili applicazioni pratiche. A tal proposito, nel capitolo 3 è stato possibile ottenere un monostrato organico costituito da un recettore (un cavitando), dotato di una parte fluorescente le cui proprietà di luminescenza sono sensibili alla presenza di una funzione chimica che caratterizza una classe di analiti, gli alcoli. E’ interessante sottolineare come lo stesso sistema in soluzione si comporti in maniera sostanzialmente differente, mostrando una capacità di segnalare l’analita molto meno efficiente, anche in funzione di una diversa orientazione della parte fluorescente. All’interfaccia solido-gas invece, l’orientamento del fluoroforo gioca un ruolo chiave nel processo di riconoscimento, e ottimizzando ulteriormente il setup sperimentale e la composizione dello strato, sarà possibile arrivare a segnalare quantità di analita sempre più basse. Nel capitolo 5 invece, è stato preso in esame un sistema le cui potenzialità, per un utilizzo come sonda fluorescente nel campo delle superfici di silicio, sembra promettere molto bene. A tal proposito sono stati discussi anche i risultati del lavoro che ha fornito l’idea per la concezione di questo sistema che, a breve, verrà implementato a sua volta su superficie solida. In conclusione, le ricerche descritte in questa tesi hanno quindi contribuito allo sviluppo di nuovi chemosensori, cercando di migliorare sia le proprietà fotofisiche dell’unità attiva, sia quelle dell’unità recettrice, sia, infine, l’efficienza del processo di traduzione del segnale. I risultati ottenuti hanno inoltre permesso di realizzare alcuni prototipi di dispositivi sensoriali aventi caratteristiche molto promettenti e di ottenere informazioni utili per la progettazione di nuovi dispositivi (ora in fase di sviluppo nei laboratori di ricerca) sempre più efficienti, rispondendo in tal modo alle aspettative con cui questo lavoro di dottorato era stato intrapreso.

Messa a punto di procedure per la semi-sintesi di composti ad attività antitumorale partendo da prodotti naturali. Studi di struttura-attività

Camptothecin, (CPT) is a pentacyclic alkaloid isolated for the first time from the Chinese tree Camptotheca acuminata, and which has soon attracted the attention of medicinal chemists and pharmacologists due to its promising anti-cancer activity against the most aggressive histo-types. So far, most of the synthesized camptothecin analogues are A and B ring modified compounds, which have been prepared via synthetic or semi-synthetic routes. To the best of our knowledge, a very limited number of C, D, or E ring modified analogues of CPT have been reported; moreover, the few derivatives known from the literature showed a reduced or no biological activity. This dissertation presents synthetic studies on camptothecin new derivatives along with the development of a new and general semi-synthetic methodology to obtain a large variety of analogues. We report here the semi-synthesis of a new family of 5-substituted CPT's, along with their biological activity evaluation, which will be compared with reference compounds. The use of carrier-linked prodrugs has emerged as a useful strategy to overcome some of the drawbacks related with the use of the parent drug, such as low solubility, membrane permeability properties, low oral absorption, instability, toxicity, and nontargeting. Herein we report CPT-prodrugs synthesized via ring opening of the lactone moiety as 17-O-acyl camptothecin tripartate conjugates, which bear a polyamine side chain with different architectures, as the carriers. Moreover, we found that the replacement of the oxygen atom with sulphur on the piridone D-ring, dramatically improves the potency of the novel 16a-thio-camptothecin derivatives, opening new possibilities in the modelling of this class of compounds.

Analisi morfologica e molecolare di cellule da colture primarie umane esposte a resine biocompatibili

The cytotoxicity of dental composites has been attributed to the release of residual monomers from polymerized adhesive systems due to degradation processes or the incomplete polymerization of materials. 2-Hydroxyethyl methacrylate (HEMA) is one of the major components released from dental adhesives. Cytotoxic effects due to high concentrations of HEMA have already been investigated, but the influence of minor toxic concentrations for long-term exposition on specific proteins such as type I collagen and tenascin has not been studied in depth. The objective of this project was to study the effect of minor toxic concentrations of HEMA on human gingival fibroblasts (HGFs) and human pulp fibroblasts (HPFs), investigating modification in cell morphology, cell viability, and the influence on type I collagen and tenascin proteins. Different concentrations of the resin monomer and different times of exposition were tested on both cell lines. The cell vitality was determined by MTT assay, and high-resolution scanning electron microscopy analysis was performed to evaluate differences in cell morphology before and after treatment. To evaluate the variability in the expression and synthesis of procollagen α1 type I and tenascin proteins on HGFs and HPFs treated with HEMA at different concentrations immunofluorescence, RT-PCR and western blot analysis, were carried out. The treatments on HGFs with 3mmol/L HEMA, showed a strong reduction of procollagen α1 type I protein at 72h and 96h, demonstrating that HEMA interferes both with the synthesis of the procollagen α1 type I protein and its mRNA expression. The results obtained on HPFs treated with different concentrations of HEMA ranging from 0,5mmol/L to 3mmol/L and for different exposition times showed a strong reduction in cell viability in specimens treated for 96h and 168h, while immunofluorescence and western blotting analysis demonstrated a reduction of procollagen α1 type I and an overexpression of tenascin protein. In conclusion, our results showed that the concentrations of HEMA we tested, effect the normal cell production and activity, such as the synthesis of some dental extracellular matrix proteins.

Profilo molecolare dei linfomi post-trapianto

Fifty-two cases of monomorphic post-transplant lymphoproliferative disorders (M-PTLD), developed in patients undergone solid organ or bone marrow transplantation, were studied by the application of the tissue micro-array (TMA) technology. They included 50 cases of diffuse large B-cell lymphomas (DLBCL) and 2 Burkitt lymphomas (BL). In order to evaluate the immune-profile a large panel of antibodies was applied including several new markers (Cyclin D2, Cyclin D3, p27, PKC-β, FOXP-1 and Survivin) identified as negative prognostic factors in DLBCL of the immunocompetent patient. Out of 50 DLBCL, 23 cases (46%) had an Activated B Cell (ABC) phenotype, 8 (16%) a Germinal Centre B-cell (GCB) phenotype, and 11 (22%) an Unclassified (UC) phenotype. In 8 cases (16%) the subtype was not demonstrable due to sub-optimal preservation or loss of the tissue core. FISH analysis detected BCL2 gene amplification and MYC rearrangement. EBV was identified in 32 cases (64%) performing immunohistochemistry (LMP-1) and in situ hybridization (EBER). Clinical data and follow-up were available in all cases of malignant lymphomas but one. Thirty-two patients died for progression of disease or complications related to transplant (bleeding, bacterial infections, and multi-organ failure); 17 patients are actually alive and disease-free. M-PTLD are aggressive lymphomas characterized by very poor outcome. The neoplastic process is stimulated by a prolonged immunosuppressive status which is capable to induce alterations of the immune system and allow EBV reactivation in previously infected patients. Indeed EBV infection seems to be the most significant risk factor to predict the development of a PTLD while age, sex, site of involvement and type of transplant do not have significant correlation. Furthermore DLBCL arisen in a setting of immunodeficiency share phenotypic and molecular features with DLBCL of the immunocompetent patient. In particular, the former shows a high incidence of BCL2 gene amplification and this aberration typically correlates with “non-GCB” phenotype. Also M-PTLD do express prognostic markers (PKC-β, cyclin D2, FOXP-1, and Survivin): notably, in our study, PKC-β and FOXP-1 were frequently expressed and they were predictive of a shorter overall survival even in lymphomas recognized to have a good prognosis (GCB-type). Given the fact that such molecules are detectable at the time of the diagnosis, we postulate whether a “tailored” or more specific therapy might be applied in the management of the immune-compromised patient.

Classificazione su base molecolare dei tumori mammari della cagna mediante metodica immunoistochimica

Background. A new classification system of human breast tumours based on the immunohistochemical characterization has been applied to mammary tumours of the female dog with the aim to verify its association with invasion and grade, and prognostic aid in veterinary medicine. Methods. Forty-five canine mammary carcinomas with a two-year post-mastectomy follow-up were selected from our database, and the following antibodies were applied: anti-cytokeratines 14, 5/6, oestrogen receptor (ER), progesterone receptor (PR), and ERB-B2. . The tumours were grouped for phenotype as: luminal-like (ER+ and/or PR+, CK14-, CK5/6-) type A (ERB-B2-), and B (ERB-B2+); basal-like (ER-, PR-, CK14+ and/or CK5/6+, ERB-B2-); ERB-B2 (ER-, PR-, CK14-, CK5/6-, ERB-B2+). Association with invasion, grade and histotypes were evaluated and Kaplan-Meier survival curves estimated, then compared by survival analysis. Results. Thirty-five cases with luminal pattern (ER+ and PR+) were subgrouped into 13 A type and 22 B type, if ERB-B2 positive or negative . Most luminal-like A and basal-like cases were grade 1 carcinomas, while the percentage of luminal B cases was higher in grade 2 and 3 (Pearson Chi-square P=0.009). No difference in the percentage of molecular subtypes was evidenced between simple and complex/mixed carcinomas (Pearson Chi-square P=0.47). No significant results were obtained by survival analysis, even if basal-like had a more favourable prognosis than luminal-like. Conclusion. The panel of antibodies identified only 3 groups (luminal-like A and B, and basal-like) in the dog. Even though canine mammary tumours may be a model of human breast cancer, the existence of the same types of carcinoma as in the woman need to be confirmed. Canine mammary carcinomas show high molecular heterogeneity, which would benefit from a classification based on molecular differences. However, by multivariate analysis, the molecular classification appears a variable with a dependent value if compared to invasion and grade that are independent, suggesting that, at present, caution should be used in the application of such a classification to the dog, in which invasion and grade supply the most important prognostic information.

Studio di macromolecole associate alla calcificazione in organismi marini

Lo studio riportato in questa tesi ha come scopo l’osservazione e la comprensione dei processi molecolari associati alla deposizione di CaCO3 nei polimorfi di calcite e aragonite nel mollusco gasteropode Haliotis rufescens. In particolare l’attenzione si è focalizzata sullo strato glicoproteico (green layer) che si trova inserito all’interno dell’ipostraco o strato madreperlaceo. Studi precedenti suggeriscono l’ipotesi che il green layer sia una struttura polifunzionale che svolge un ruolo attivo nell’induzione di crescita dei cristalli di carbonato di calcio nella conchiglia. All’analisi microscopica il green layer si presenta come un foglietto trilaminato. Sugli strati esterni è depositata aragonite nella forma prismatica da una parte e sferulitica dall’altra. All’interno è racchiuso un core proteico, formato da glicoproteine e ricco di chitina. Questa struttura tripartita conferisce al guscio calcareo nuove proprietà meccaniche, come la resistenza alle fratture molto maggiore rispetto al minerale naturale. Il green layer è stato trattato in ambiente alcalino, l’unico in grado di solubilizzarlo. È stato ottenuto del materiale proteico che è stato caratterizzato utilizzando SDS-PAGE, colorato con Blu Comassie e all’argento per visualizzarne la componente peptidica. Il green layer è fluorescente, sono state quindi eseguite analisi spettroscopiche sull’estratto peptidico per determinarne le proprietà chimo fisiche (dipendenza dal pH dell’intensità di fluorescenza). Sono stati eseguiti esperimenti di crescita dei cristalli di CaCO3 in ambiente saturo di CaCl2 in assenza e presenza del peptide e in assenza e presenza di Mg++. I cristalli sono stati osservati al microscopio elettronico a scansione (SEM) e al microscopio confocale. Da un punto di vista spettroscopico si osserva che, eccitando l’estratto alcalino del green layer a 280 nm e 295 nm, lunghezze d’onda caratteristiche degli aminoacidi aromatici, si ottiene uno spettro di emissione che presenta una forte banda centrata a 440 nm e una spalla a circa 350 nm, quest’ultima da ascrivere all’emissione tipica di aminoacidi aromatici. L’emissione di fluorescenza dell’estratto dal green layer dipende dal pH per tutte le bande di emissione; tale effetto è particolarmente visibile per lo spettro di emissione a 440 nm, la cui lunghezza d’onda di emissione e l’intensità dipendono dalla ionizzazione di aminoacidi acidi (pKa = 4) e dell’istidina (pKa = 6.5 L’emissione a 440 nm proviene invece da un’eccitazione il cui massimo di eccitazione è centrato a 350 nm, tipica di una struttura policiclica aromatica. Poiché nessun colorante estrinseco viene isolato dalla matrice del green layer a seguito dei vari trattamenti, tale emissione potrebbe derivare da una modificazione posttraduzionale di aminoacidi le cui proprietà spettrali suggeriscono la formazione di un prodotto di dimerizzazione della tirosina: la ditirosina. Questa struttura potrebbe essere la causa del cross-link che rende resistente il green layer alla degradazione da parte di agenti chimici ed enzimatici. La formazione di ditirosina come fenomeno post-traduzionale è stato recentemente acquisito come un fenomeno di origine perossidativa attraverso la formazione di un radicale Tyr ed è stato osservato anche in altri organismi caratterizzati da esoscheletro di tipo chitinoso, come gli insetti del genere Manduca sexta. Gli esperimenti di cristallizzazione in presenza di estratto di green layer ne hanno provato l’influenza sulla nucleazione dei cristalli. In presenza di CaCl2 avviene la precipitazione di CaCO3 nella fase calcitica, ma la conformazione romboedrica tipica della calcite viene modificata dalla presenza del peptide. Inoltre aumenta la densità dei cristalli che si aggregano a formare strutture sferiche di cristalli incastrati tra loro. Aumentando la concentrazione di peptide, le sfere a loro volta si uniscono tra loro a formare strutture geometriche sovrapposte. In presenza di Mg++, la deposizione di CaCO3 avviene in forma aragonitica. Anche in questo caso la morfologia e la densità dei cristalli dipendono dalla concentrazione dello ione e dalla presenza del peptide. È interessante osservare che, in tutti i casi nei quali si sono ottenute strutture cristalline in presenza dell’estratto alcalino del green layer, i cristalli sono fluorescenti, a significare che il peptide è incluso nella struttura cristallina e ne induce la modificazione strutturale come discusso in precedenza. Si osserva inoltre che le proprietà spettroscopiche del peptide in cristallo ed in soluzione sono molto diverse. In cristallo non si ha assorbimento alla più corta delle lunghezze d’onda disponibili in microscopia confocale (405 nm) bensì a 488 nm, con emissione estesa addirittura sino al rosso. Questa è un’indicazione, anche se preliminare, del fatto che la sua struttura in soluzione e in cristallo è diversa da quella in soluzione. In soluzione, per un peptide il cui peso molecolare è stimato tra 3500D (cut-off della membrana da dialisi) e 6500 D, la struttura è, presumibilmente, totalmente random-coil. In cristallo, attraverso l’interazione con gli ioni Ca++, Mg++ e CO3 -- la sua conformazione può cambiare portando, per esempio, ad una sovrapposizione delle strutture aromatiche, in modo da formare sistemi coniugati non covalenti (ring stacking) in grado di assorbire ed emettere luce ad energia più bassa (red shift).

Analisi genetico-molecolare dei linfomi a cellule T periferiche

Molecular profiling of Peripheral T-cell lymphomas not otherwise specified Peripheral T-cell lymphomas (PTCLs) are a heterogeneous group of tumors that the WHO classification basically subdivides into specified and not otherwise specified (NOS). In Western countries, they represent around 12% of all non-Hodgkin's lymphomas. In particular, PTCL/NOS is the commonest subtype, corresponding to about 60-70% of all T-cell lymphomas. However, it remains a complex entity showing great variety regarding either morphology, immunophenotype or clinical behavior. Specially, the molecular pathology of these tumors is still poorly known. In fact, many alteration were found, but no single genes were demonstrated to have a pathogenetic role. Recently, gene expression profiling (GEP) allowed the identification of PTCL/NOS-associated molecular signatures, leading to better understanding of their histogenesis, pathogenesis and prognostication. Interestingly, proliferation pathways are commonly altered in PTCLs, being highly proliferative cases characterized by poorer prognosis. In this study, we aimed to investigate the possible role in PTCL/NOS pathogenesis of selected molecules, known to be relevant for proliferation control. In particular, we analyzed the cell cycle regulators PTEN and CDKN1B/p27, the NF-kB pathway, and the tyrosin kinase PDGFR. First, we found that PTEN and p27 seem to be regulated in PTCL/NOS as in normal T-lymphocytes, as to what expression and cellular localization are concerned, and do not present structural abnormalities in the vast majority of PTCL/NOS. Secondly, NF-kB pathway appeared to be variably activated in PTCL/NOS. In particular, according to NF-kB gene expression levels, the tumors could be divided into two clusters (C1 and C2). Specially, C1 corresponded to cases presenting with a global down-regulation of the entire pathway, while C2 showed over-expression of genes involved in TNF signaling. Notably, by immunohistochemistry, we showed that either the canonical or the alternative NK-kB pathway were activated in around 40% of cases. Finally, we found PGDFRA to be consistently over-expressed (at mRNA and protein level) and activated in almost all PTCLs/NOS. Noteworthy, when investigating possible causes for PDGFRA deregulation, we had evidences that PDGFR over-expression is due to the absence of miR-152, which appeared to be responsible for PDGFRA silencing in normal T-cells. Furthermore, we could demonstrate that its aberrant activation is sustained by an autocrine loop. Importantly, this is the first case, to the best of our knowledge, of hematological tumor in which tyrosin kinase aberrant activity is determined by deregulated miRNA expression and autocrine loop activation. Taken together, our results provide novel insight in PTCL/NOS pathogenesis by opening new intriguing scenarios for innovative therapeutic interventions.