Thèses sur le sujet « Progettazione sintesi »

I cavitandi chinossalinici sono recettori molecolari sintetici aventi una cavita' idrofobica il cui diametro medio raggiunge gli 8 à . Questa cavita' e' in grado di inglobare al suo interno vari guest, stabilizzandoli mediante interazioni idrofobiche. Sono numerosi in letteratura gli esempi in cui questi cavitandi vengono utilizzati come host nei confronti di guest achirali. Sono pochi invece gli esempi in cui i cavitandi vengono utilizzati come recettori di guest chirali. In questo lavoro di tesi sono stati sintetizzati nuovi cavitandi chinossalinici chirali in grado di svolgere riconoscimento enantiomerico nei confronti di vari amminoacidi chirali opportunamente modificati. Questi cavitandi sono stati funzionalizzati con una unita'à à  salen chirale in grado di coordinare un catione metallico. L'introduzione di un catione uranile ha permesso di ottenere dei recettori eteroditopici, in grado di riconoscere coppie ioniche chirali (il catione viene riconosciuto dalla cavita' chinossalinica, mentre l'anione viene coordinato dal centro metallico che agisce come acido di Lewis). E' stato sintetizzato successivamente un recettore salen-uranile strutturalmente piu' semplice, da utilizzare come sistema modello per chiarire il meccanismo di riconoscimento di questi sistemi eteroditopici. Al fine di realizzare nuovi materiali chirali a base di silice, e' stato sintetizzato un cavitando chirale funzionalizzato con una catena alifatica contenente un doppio legame terminale. La superficie cosi' realizzata e' stata caratterizzata mediante tecniche XPS, SEM e IR. Infine e' stato funzionalizzato un cavitando con una unita' fullerenica ottenendo un fotosensibilizzatore per la produzione di ossigeno singoletto in grado di ossidare, e quindi tagliare, con alta efficienza residui di DNA. Grazie alle sue caratteristiche fotochimiche, questo composto puo' trovare applicazione in terapie fotodinamiche contro alcune forme di carcinoma.
Quinoxaline cavitands are synthetic molecular receptors with an hydrophobic cavity; these compounds are able to recognize several guests via hydrophobic interactions. Many examples of achiral recognition using these cavitands are reported in literature; at the best of our knowledge there are few reports about efficient chiral recognition. In this work new chiral quinoxaline based cavitands for enantiomeric recognition of functionalized aminoacids were synthesized. We introduced a chiral salen unit in the cavitand scaffold to allow the coordination of a metal cation and in particular an uranyl site, that permits the realization of an heteroditopic receptor, able to bind chiral ion pair of aminoacid salts. After this work we synthesized as a heteroditopic model a chiral uranyl salen complex containing two pyrenil arms, in order to elucidate the recognition mechanism of the hosts. To obtain new chiral materials silica based, we designed a new chiral cavitand functionalized with an aliphatic chain double bond terminated. This new surface was characterized by XPS, SEM and IR. Moreover we synthesized a cavitand with a fullerene unit, allow a new photosensitizer that generates singlet oxygen. This compound is able to perform an efficient DNA cleavage and should be applied in photodynamic therapy.

Ligandi selettivi per recettori sigma-1 e sigma-2, possono essere farmaci potenzialmente utili per il trattamento di diverse condizioni patologiche, quali disturbi psichiatrici, abuso di cocaina, memoria e disturbi di apprendimento, discinesia e reazioni distoniche indotte da farmaci antipsicotici classici, diagnosi e trattamento dei tumori. I ligandi sigma-2, in particolare, possono indurre apoptosi nelle cellule tumorali e inibire la crescita tumorale in vitro e in vivo; ma anche migliorare significativamente gli effetti farmacologici di altri farmaci anticancro. Scopo di questo lavoro di dottorato è stata la progettazione e sintesi di nuovi ligandi sigma-2. Si è approfondito lo studio sull Ibogaina un alcaloide indolico che presenta bassa affinità per sigma-1 (Ki = 9310 nM) e alta affinità per sigma-2 (Ki = 90,4 nM). Si è proseguito con studi su ligandi selettivi sigma-2 che presentano caratteristiche peculiari, come Siramesine (nucleo indolico) e un suo derivato tropanico che mostra particolare selettività verso i recettori sigma-2. Raccolti tutti questi dati è stata progettata una serie di ligandi, con probabile selettività verso il recettore sigma-2, costituita da un nucleo indolico e un nucleo tropanico distanziati da una catena alchilica formata da due atomi di Carbonio. Attraverso studi di allineamento flessibile il lead di questa serie, 8-(1-(1H-indol-3-yl)propan-2-yl)-8-azabicyclo[3.2.1]octan-3-one), è stato comparato con l ibogaina, e si è riscontrata una quasi totale sovrapposizione tra le due molecole. Inoltre da questo test si è riscontrato che il metile presente nella catena alchilica è molto caratterizzante per la molecola stessa, poiché si dispone in maniera non planare, costringendo così l anello tropanico nella posizione d interesse che mima l ibogaina. Infine analizzando l idrofilicità dei due composti si è constatato che il nostro lead grazie alla presenza del carbonile risulta più idrofilico rispetto all ibogaina. Oltre al lead, su cui erano stati fatti gli studi di allineamento flessibile e che aveva dimostrato possedere una sovrapposizione quasi totale con l ibogaina. Ad oggi sono stati sintetizzati diversi ligandi in cui al carbonile del nucleo tropanico sono stati addizionati anelli aromatici variamente sostituiti. È stato effettuato un lavoro di allineamento flessibile sul composto lead nei confronti del ligando selettivo sigma-2, ibogaina, riscontrando parecchie sovrapposizioni ed arrivando alla conclusione che il nostro composto mima quasi totalmente l ibogaina. Attualmente si è in attesa dei risultati dei test di binding. Nel frattempo si continua nella sintesi di una serie di molecole derivate del composto lead, cercando di migliorare la selettività per il recettore sigma-2. La seconda parte dello studio è stata incentrata, invece, sulla progettazione e la sintetisi di un ligando selettivo sigma-1 con caratteristiche strutturali non comuni ai normali ligandi sigma-1. È stato approfondito uno studio in cui è stata sintetizzata una serie di molecole con un nucleo molto differente dai classici ligandi sigma-1. Sappiamo infatti che normalmente essi si presentano con un centro amminico altamente basico e due regioni idrofobiche ad una certa distanza l una dall altra e un pKa tra 6.5 e 9. Il composto preso in considerazione mostra due gruppi idrofobi ad una distanza adeguata, ma una pKa di 4.6. Partendo da queste informazioni, si è deciso di procedere con la progettazione e la sintesi di una serie di ligandi selettivi sigma-1 con un nucleo simile alle molecole citate, che presentano una struttura non comune ai classici ligandi sigma-1 con un azoto non altamente basico, e di inserire vari sostituenti con caratteristiche simili a quelle dei ligandi sigma 1 descritti. Attualmente si è ottenuto il prodotto intermedio 7-hydroxy-2,3-dihydroquinolin-4(1H)-one. La sintesi delle molecole progettate, sta proseguendo. Successivamente si proseguirà con i test di binding.

In the field of cancer therapy, a primary role is played by ATP-competitive protein kinase inhibitors. Indeed, several drugs belonging to this class have been approved for therapy or are in advanced clinical trials1. In the last years, the scientific research has been oriented towards the identification of multi-kinase inhibitors with controlled selectivity profile2. The basis of this approach leans on the identification of exhaustive and effective structure-activity relationships. In this work the design and the synthesis of 4 classes of 4-anilinopyrimidine derivatives as potential protein kinase inhibitors is discussed. These molecules present features useful for the identification of a complete pattern of structure-activity relationships. The general structure of the designed compounds is reported in Figure 1. 4-anilino-6-phenylpyrimidine derivatives 4-anilino-6-phenylaminopyrimidine derivatives 4-anilino-5-phenylpyrimidine derivatives 4-anilino-5-phenylaminopyrimidine derivatives Figure 1. General structure for the 4 classes of designed compounds. The synthesis has been accomplished for almost all the compounds of the first 3 classes, while an effective synthetic strategy for 4-anilino-5-phenylamino-pyrimidine derivatives has not been identified yet. Some of the synthesized compounds have been assayed against a panel of 48 kinases, in order to test their binding properties. All the data have been worked out and some preliminary SARs have been drawn. The same compounds have been assayed for their cytotoxicity against two tumoral cell lines
Nell’ambito della terapia antitumorale un ruolo di primaria importanza è rivestito dagli inibitori di proteinchinasi ATP-competitivi. Numerosi sono infatti i farmaci appartenenti a questa categoria attualmente in terapia o in avanzata sperimentazione clinica1. La ricerca scientifica in questo settore si è negli ultimi anni orientata verso l’individuazione di inibitori multichinasici a selettività controllata2. La base per una progettazione razionale di farmaci di questo tipo sta nell’individuazione di un profilo di relazioni struttura-attività efficace ed esaustivo. In questo lavoro è discussa la progettazione e la sintesi di 4 classi di composti 4-anilinopirimidinici disegnati come potenziali inibitori di proteinchinasi, con caratteristiche tali da poter portare all’individuazione di un pattern di relazioni struttura-attività il più possibile completo. La struttura generale dei composti progettati è riportata in Figura 1. Derivati 4-anilino-6-fenilpirimidinici Derivati 4-anilino-6-fenilamminopirimidinici Derivati 4-anilino-5-fenilpirimidinici Derivati 4-anilino-5-fenilamminopirimidinici Figura 1. Struttura generale delle 4 classi di composti progettate. La sintesi è stata completata per quasi tutti i composti appartenenti alle prime tre classi, mentre non è stato possibile individuare una strategia sintetica efficace per i derivati 4-anilino-5-fenilamminopirimidinici. Alcuni dei composti sintetizzati sono stati sottoposti a saggi enzimatici di binding nei confronti di un pannello di 48 chinasi. I dati ottenuti sono stati elaborati e sono state ricavate preliminari relazioni struttura-attività. Sugli stessi composti sottoposti a screening sono stati poi eseguiti saggi di citotossicità nei confronti di due linee cellulari tumorali

Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire de Pharmacognosie de l’Université Paris Descartes et au Laboratoire de Phytopharmacie du Département des Sciences Pharmaceutiques de l’Université de Calabre. L’objectif du travail était de synthétiser de nouveaux carbazoles conçus comme analogues d’un cis stilbène naturel, la combrétastatine A4 (CA-4) et d’évaluer les activités biologiques des composés réalisés. Des travaux antérieurs réalisés au laboratoire de l’Université Paris Descartes ont conduit à la synthèse de composés à potentialité antivasculaire, analogues de la combrétastatine A-4. Dans ce cadre, des 3-aroylindoles, conçus comme des analogues hétérocycliques de la CA4 ont été synthétisés et ont montré, in vitro, une excellente activité cytotoxique corrélées à une forte inhibition de la polymérisation de la tubuline et un arrondissement des cellules endothéliales prédictif de l’activité antivasculaire. A la suite de ces travaux des analogues contraints de type tétrahydrocarbazoles et carbazoles ont également été préparés. Dans la continuité de ces travaux, afin de poursuivre les études de relations structure-activité dans cette série, l’objectif de la thèse a été la préparation d’analogues de la série précédente. Afin de réduire les contraintes stériques au niveau du cycle benzénique et d’améliorer l’activité biologique, des analogues “ouverts” des composés précédents ont été synthétisés. Dans un premier temps, des pyrrolocarbazoles ont été préparés selon une réaction à trois composants permettant un accès rapide à ces composés. Une deuxième série de composés substitués par un méthoxyle en position 8 sur le cycle A, a montré une activité biologique supérieure à celle de la série non substituée précédemment obtenue. Cependant, l’accès à cette série, en utilisant le même type de réaction est ici plus difficile. Des tentatives d’optimisation ont été réalisées et un dérivé bromé en 8 a pu être obtenu avec un bon rendement et devrait permettre un accès facile à ces composés. Les relations structure activité en série pyrrolocarbazole ayant montré qu’un faible encombrement stérique était favorable à l’activité, l’essentiel du travail a consisté à accéder à des dérivés dont le cycle maléimide a été ouvert. L’évaluation biologique de composés potentiellement antitumoraux mettant en jeu un mécanisme antivasculaire par interaction avec la tubuline nécessite de mesurer à la fois l’activité cytotoxique sur des cellules de lignées tumorales et l’effet de l’inhibition de la polymérisation de la tubuline. L’activité des composés a été déterminée sur une lignée de mélanome murin B16. La survie des cellules a été mesurée à l’aide d’un test colorimétrique au MTT. Ce test est basé sur la réduction du MTT (bromure de 3-(4’,5’-diméthylthiazol-2’-yl)-2,5-diphényltétrazolium). L’inhibition de la polymérisation de la tubuline a été évaluée en utilisant un colorant de l’ADN, le DAPI, selon un test décrit par Barron et al (2003) et Bane (2006). Afin de compléter ces deux tests, l’effet de ces composés sur la morphologie de cellules humaines endothéliales modifiées (Ea. Hy926) a aussi été évalué, ce dernier test étant considéré comme assez prédictifs de l’activité antivasculaire in vivo. Les résultats ont permis d’orienter le travail de thèse et de comprendre les relations structure-activité. Les molécules substituée (série R=OCH3) ont montré une bonne activité biologique. Ces molécules possèdent à la fois une bonne activité cytotoxique et une bonne inhibition de la polymérisation de la tubuline. Une excellente activité biologique est également présentée par les molécules de la série R=Br et des effets significatifs sur la morphologie des cellules endothéliales Ea. Hy926 ont également été montrés. Pour la dernière partie de la thèse, le travail a été dédié à la synthèse de nouveaux diindolylméthanes (DIM). Des composés naturels isolés de plantes de la famille des Cruciferae appartiennent à cette famille moduleraient positivement le métabolisme des œstrogènes et pourraient prévenir l’apparition de cancers hormono-dépendants. Des composés de cette série se sont formés comme produits secondaires lors des synthèses des carbazoles précédents. Une synthèse de nouveaux diindolylméthane a été réalisée et ces composés sont obtenus avec de bons rendements. La cytotoxicité des composés a été déterminée sur une lignée de cellules de cancer de la prostate (LNCaP) et deux lignées de cancer du sein (MCF-7 et SKBR3). La capacité d’induire l’apoptose a été aussi étudié
The present study was carried out at the Laboratory of Phytopharmacy, Department of Pharmaceutical Science (University of Calabria), and at the Laboratory of Pharmacognosy belonging to the University Paris Descartes of Paris. The research activity was focused on the synthesis of new carbazoles as analogues of the natural stilbene combretastatin A-4 (CA-4), and on the in vitro evaluation of the biological activity of obtained compounds. At the Laboratory of Pharmacognosy, were already synthesized heterocyclic derivatives of the CA-4, characterized by an high biological activity. The aim of the present study was to synthesize analogues of the previously obtained compounds and to modify the molecules structure in order to improve the biological properties with the goal to complete the study on the structure-activity relationships of this series of molecules. During the previous works were synthesized new 3-aroylindoles, formulated as heterocyclic analogues of CA-4. Successively was synthesized a series of 5-(3’,4’,5’-trimethoxyphenyl)pyrrole[3,4-a]carbazole-1,3(2H,10H)-diones formulated as cis-blocked analogues of 3-aroylindoles and arylthioindoles previously obtained. Some of these molecules were characterized by an high biological activity. The goal of the present study was to synthesize new carbazoles, ring-open analogues of the previous series, in order to reduce the steric crowd on the benzenic ring (characterizing the carbazoles and tetrahydrocarbazoles previously synthesized) with the aim to obtain molecules characterized by an higher biological activity. The research project was subdivided in different steps. During the first step, was synthesized a series of molecules starting from indole. To synthesize these molecules was employed an opportunely modified procedure described by Noland et al. In the 1996. The realization of this first series of molecules was pivotal because it permitted to plan appropriate synthesis for the realization of more complex molecules. During the second step, on the basis of known structure-activity relationships, a new series of molecules was synthesized starting from the 6-methoxyindole in order to obtain molecules characterized by an higher biological activity then the one showed from the first not substituted series of molecules. So, during the thesis work were synthesized new trimethoxyphenyl-pyrroloindolecarbazoles starting from indole and a second series of molecules starting from 6-methoxyindole. Many attempts were carried out in order to obtain molecules with a not benziliated maleimide ring and with a lower steric crowd, without reaching the purpose. The goal was reached realizing the same synthesis procedures starting from 6-bromoindole. So, was possible to synthesize new compounds starting from the maleimide instead of the N-benzyl maleimide. To evaluate the potential anticancer activity due to antivascular properties of synthesized compounds, the cytotoxic activity of molecules and the inhibition of tubulin polymerization were assessed in vitro. In a first screening, the antiproliferative activity of synthesized molecules was assayed, using the in vitro bioassay MTT, on B16 cancer cell line (murine melanome). The MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide) test is a colorimetric assay largely used to estimate cell proliferation and vitality through the evaluation of mitochondrial efficiency. The capacity to inhibit the tubulin polymerization was estimated using the fluorescent dye DAPI (4’,6-diamidino-2-phenylindole), using the Barron (2003) and Bane (2007) procedures opportunely modified. In order to complete the evaluation of biological activity of compounds, the effects on the morphology of endothelial cells Ea. Hy 926 were also evaluated. Obtained results permitted to plan the synthesis and to underline the structure-activity relationships for the realized molecules. The analysis of biological activity of substituted molecules (R=OCH3) showed good preliminary results. These molecules seems promising on both effects on morphology of endothelial cells and inhibition of tubulin polymerization. Good results, concerning the antiproliferative effects and the influence on morphology on endothelial cells (Ea. Hy 926), were also observed for bromo-analogues. During the last step of experimental work, the research activity was focused on the synthesis of new bisindolylmethanes. These molecules and their derivatives are known as an important class of heterocyclic compounds in pharmaceutical industry. Bisindolylmethanes are found in cruciferous plants and are known to promote beneficial estrogen metabolism and to induce apoptosis in human cancer cells. In order to synthesize new new carbazoles characterized by a low steric crowd, the general procedure previously utilized was applied employing different reagents. These reactions did not lead to the synthesis of new carbazoles, but it was possible to observe the formation of a new bisindolylmethane. Successively, the goal of this thesis was to improve the synthesis strategy to increase the yield of the reaction and to evaluate if the procedure could be applied for the synthesis of substituted bisindolylmethanes. The antiproliferative activity of molecules was assayed on different human cancer cells line through the MTT in vitro assay. Particularly, were employed two breast cancer cell lines (MCF-7 and SKBR3), and one prostate cancer cell line (LNCaP). Moreover, the evaluation of apoptosis was carried out

In this PhD-thesis new synthetic approaches towards new azetidinone derivatives are described. In particular, 4-alkyliden-β-lactams were used as starting materials for the preparation of new biologically active compounds. The carbapenem Thienamycin has got a broad spectrum of activity as antibiotic. It has got 3 stereocenters and apart of one epimer, all isomers have been synthesized. Using the 4-alkyliden-β-lactam benzilyc ester as precursor, we developed a synthesis for this missing epimer, which is described in chapter II. Biological tests in order to establish its biological activity are under way. The Hunsdiecker-Borodine reaction was extensively studied for the preparation of the mono halogenated and – surprisingly – the dihalogenated derivative from the 4-alkyliden-azetidinone carboxylic acid. The herein described synthetic procedures allowed the preparation of chloro-, bromo- and iodo derivatives in good to excellent yield. Furthermore, the reaction mechanism was investigated by NMR-experiments and is described in detail in chapter III. In chapter IV, synthetic approaches towards new β-lactam derivatives for inhibition of the histone deacetylase enzymes (HDACs) are reported. In collaboration with the company Sigma-Tau (Rome), 14 new β-lactams were synthesized. The new β-lactams were evaluated for the activity showing a promising activityparticulary, 10 of the β-lactams synthesized were evaluated for the in vitro inhibitory activity against the 11 human HDACs isoforms and they showed a selective inhibition of HDAC6 or HDAC8 in micromolar range. Finally, preliminary studies were conducted for the employment of 4-alkyliden-β-lactams as precursors for the synthesis of chiral β-amino acids by an opening of the β-lactam ring. In chapter V is described the ring opening reaction catalyzed by the enzyme lipase Cal-B. Preliminary results have shown that the enzyme not only catalyzes the ring opening of the β-lactam precursor, moreover, it leads to the formation of a cyclic dimer by the reaction of two molecules of β-amino acid obtained.

In this PhD-thesis new synthetic approaches towards new azetidinone derivatives are described. In particular, 4-alkyliden-β-lactams were used as starting materials for the preparation of new biologically active compounds. The carbapenem Thienamycin has got a broad spectrum of activity as antibiotic. It has got 3 stereocenters and apart of one epimer, all isomers have been synthesized. Using the 4-alkyliden-β-lactam benzilyc ester as precursor, we developed a synthesis for this missing epimer, which is described in chapter II. Biological tests in order to establish its biological activity are under way. The Hunsdiecker-Borodine reaction was extensively studied for the preparation of the mono halogenated and – surprisingly – the dihalogenated derivative from the 4-alkyliden-azetidinone carboxylic acid. The herein described synthetic procedures allowed the preparation of chloro-, bromo- and iodo derivatives in good to excellent yield. Furthermore, the reaction mechanism was investigated by NMR-experiments and is described in detail in chapter III. In chapter IV, synthetic approaches towards new β-lactam derivatives for inhibition of the histone deacetylase enzymes (HDACs) are reported. In collaboration with the company Sigma-Tau (Rome), 14 new β-lactams were synthesized. The new β-lactams were evaluated for the activity showing a promising activityparticulary, 10 of the β-lactams synthesized were evaluated for the in vitro inhibitory activity against the 11 human HDACs isoforms and they showed a selective inhibition of HDAC6 or HDAC8 in micromolar range. Finally, preliminary studies were conducted for the employment of 4-alkyliden-β-lactams as precursors for the synthesis of chiral β-amino acids by an opening of the β-lactam ring. In chapter V is described the ring opening reaction catalyzed by the enzyme lipase Cal-B. Preliminary results have shown that the enzyme not only catalyzes the ring opening of the β-lactam precursor, moreover, it leads to the formation of a cyclic dimer by the reaction of two molecules of β-amino acid obtained.

Il controllo epigenetico dell'espressione genica e' operato da modifiche post-translazionali della cromatina, quali acetilazione e deacetilazione. Due enzimi sono respinsabili di questo processo: le HAT (istone acetiltransferasi) e le HDAC (istone deacetilasi). Le HDAC sono un gruppo di enzimi coinvoilti nella regolazione dell'espressione genica, nella riparazione de DNA e nella risposta allo stress. L'acetilazione gioca un ruolo importante nella trascrizione poiche' responsabile del rimodellamento della cromatina aumentando l'accesso dei fattori di trascrizione al DNA. Una diminuzione dei livelli dell'acetilazione istonica sono associate con un aumento dell'attivita' di trascrizione, mentre un decremento dei livelli di acetilazione e associate con le repression della repressione genica. Infatti nelle cellule tumoralisi osserva frequentemente un'anormale espressione genica. Gli inibitori delle HDAC (HDI) sono potenti induttori dell'arresto della crescita, della differenzione e della morte dellulare per apoptosis in cellule trasformate sia in vitro che in vivo. Ad oggi vi sono sette classi distinte di inibitori delle HDAC e tutti contengono tre elementi strutturali chiave del farmacoforo: a) un gruppo legante lo zinco (R), che coordina gli ioni zinco al fondo della lunga e stretta cavita' del sito attivo; b) un cappuccio o à ¢ capà ¢ (la funzione solfonammidica), che interagisce sia con gli aminoacidi sul margine del sito di legame sia con la superficie della proteina. c) un dominio di legame, il cui ruolo e' assicurare il corretto posizionamento dei gruppi precedenti e di interagire con il canale di legame lipofilo. Seguendo il nostro recente interesse nella ricerca di HDI piu' potenti, ho progettato e sintetizzato una nuova serie di composti contenenti quattro nuove porzioni chelanti lo zinco, quali formilidrazonometilica, 2-formilidrazinocarbonilica, 2,2,2-trifluoro-N-metilencetammidica e 2,2,2-trifluoro-N-metilacetammidica, legate attraverso uno spaziatore ad una solfonammide (Schema 1), responsabile dell'interazione idrofobica con l'HDAC. Studi di docking hanno mostrato che queste molecule si inseriscono perfettamente nella tasca enzimatica dell'HDAC con un ottimo à ¯ Gbind di à ¢ 7,9 kcal/mol che e' una 1 kcal/mol piu' bassa del SAHA, un ottimo inibitore.
The epigenetic control of gene expression is operated through post-translational modifications of chromatin such as acetylation and deacetylation. Two enzymes are responsable for these processes: HAT (histone acetyl transferase) and HDAC (histone deacetylase). HDAC is a group of enzymes involved in regulating gene expression, DNA repair and stress response. Acetylation plays an important role in trascription because it remodels chromatin structure enhancing access to DNA-binding factors. In general, increased levels of histone acetylation are associated with increased transcriptional activity, whereas decreased levels of acetylation are associated with repression of gene expression. In tumor cells abnormal gene expression is frequently observed. HDAC inhibitors have been shown to be potent inducers of growth arrest, differentiation, and apoptotic cell death both in vitro and in vivo transformed cells. To date there are seven distinct classes of HDAC inhibitors and all contain three key structural elements to their pharmacophore: a) a zinc-binding group which coordinates the zinc ion at the bottom of the long narrow active site cavity; b) a capping group which interacts both with the amino acids on the rim of the binding cavity and the protein surface; c) a linker domain whose role is to ensure the correct positioning of the two former groups and to in-teract with the lipophilic binding tunnel. Following our recent interest in the research of more potent HDAC inhibitors, we have projected and synthesized a new series of compounds containing four new zinc chelant moieties, i.e. formylhydrazonomethyl, 2-formylhydrazinocarbonyl, 2,2,2-trifluoro-N-methylideneacetamidic and N-(trifluoroacetyl)amidic, linked by an aromatic spacer to an aromatic sulfonamide, that is responsible of hydrophobic interaction with HDAC. Docking studies have shown that these new molecules fit very good in the HDAC enzymatic pocket with a best ï Gbind of â 7,9 kcal/mol that is 1 kcal/mol lower of the corresponding one for SAHA, a good HDAC.

The discovery of a new class of plasmodium falciparum inhibitors is presented. These compounds represent a novel and unexplored antimalarial chemotype. A systematic study was performed to reduce the molecular weight and improve the metabolic stability while retaining potency and selectivity.

2008 - 2009
Il presente lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio di Fitofarmacia del Dipartimento di Scienze Farmaceutiche dell’Università della Calabria e presso il Laboratorio di Farmacognosia dell’Università Paris Descartes di Parigi. L’attività di ricerca è stata dedicata alla sintesi di nuovi carbazoli concepiti come analoghi dello stilbene naturale combretastatina A-4 (CA-4) ed alla successiva valutazione dell’attività biologica in vitro dei composti ottenuti. Presso il Laboratorio di Farmacognosia dell’Università Paris Descartes erano stati già sintetizzati degli analoghi eterociclici della combretastatina A-4, dotati di buona attività biologica. Obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di sintetizzare analoghi dei composti precedentemente ottenuti, apportando ulteriori modifiche strutturali atte a migliorarne le proprietà biologiche, al fine di completare lo studio delle relazioni struttura-attività di questa serie di molecole. Nel corso dei precedenti lavori erano stati sintetizzati dei nuovi 3-aroilindoli, concepiti quali analoghi eterociclici della CA-4 e, successivamente, una serie di 5-(3’,4’,5’-trimetossifenil)pirrolo[3,4-a]carbazoli-1,3(2H,10H)-dioni, concepiti come analoghi cis-blocked dei 3-aroilindoli ed ariltioindoli ottenuti. Alcune di queste molecole avevano mostrato in vitro una buona attività biologica. Obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di sintetizzare nuovi carbazoli, analoghi « aperti » della precedente serie, in modo da ridurre l’ingombro sterico a livello dell’anello benzenico che caratterizzava i carbazoli ed i tetraidrocarbazoli già realizzati, al fine di ottenere dei composti che esplicassero una migliore attività biologica. Il progetto di ricerca ha previsto inizialmente la sintesi di una prima serie di molecole realizzata a partire dall’indolo non sostituito, concepita come modello sperimentale. Per la sintesi delle molecole è stata impiegata una procedura descritta da Noland e collaboratori nel 1996, con qualche opportuna modifica. La realizzazione di questa prima serie di molecole è stata fondamentale, poiché ha consentito di mettere a punto percorsi di sintesi adeguati alla realizzazione di molecole più complesse. Una seconda serie di molecole è stata infatti realizzata, successivamente, a partire dal 6-metossindolo, al fine di ottenere, sulla base di relazioni struttura-attività note, molecole dotate di attività biologica superiore a quella mostrata dalle molecole della prima serie non sostituite. Nel corso del lavoro di tesi sono stati dunque sintetizzati nuovi trimetossifenil-pirroloindolocarbazoli a partire dall’indolo semplice e, in seguito, una seconda serie di molecole a partire dal 6-metossindolo. Molti tentativi sono stati compiuti al fine di ottenere molecole non benzilate sull’anello della maleimide, che fossero caratterizzate da un minor ingombro sterico, ma gli esperimenti non hanno condotto ai risultati attesi. Tale obiettivo è stato raggiunto, infine, realizzando le medesime procedure di sintesi a partire dal 6-bromoindolo: è stato possibile così sintetizzare nuovi composti a partire direttamente dalla maleimide anziché dalla N-benzilmaleimide, e che presentano pertanto un anello aromatico in meno rispetto ai precedenti analoghi. Al fine di valutare la potenziale attività antitumorale legata a proprietà antivascolari delle molecole sintetizzate, si è provveduto alla determinazione della citotossicità in vitro ed alla valutazione degli effetti inibitori sulla polimerizzazione della tubulina. In uno screening iniziale, l’attività antiproliferativa delle molecole sintetizzate è stata testata sulla linea cellulare tumorale B16 (cellule di melanoma murino), mediante il saggio in vitro MTT. Il saggio del bromuro di 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide) è un saggio colorimetrico ampiamente utilizzato, che permette di misurare la proliferazione e la vitalità cellulare attraverso la valutazione dell'efficienza mitocondriale. La capacità delle molecole di inibire la polimerizzazione della tubulina è stata valutata, invece, utilizzando il colorante fluorescente DAPI (4’,6-diamidino-2-phenylindole), impiegando con qualche opportuna modifica la procedura descritta da Barron et al. nel 2003 e da Bane e collaboratori nel 2007. Il colorante degli acidi nucleici DAPI subisce delle modificazioni in termini di fluorescenza in seguito al legame con la tubulina e all’assemblaggio dei monomeri, e le variazioni nell’intensità dell’emissione possono essere impiegati per monitorare la polimerizzazione della proteina. Per completare la valutazione dell’attività biologica dei composti ottenuti sono stati valutati, inoltre, gli effetti sulla morfologia delle cellule endoteliali Ea.hy 926, test considerato predittivo di una potenziale attività antivascolare in vivo. I risultati ottenuti hanno consentito di orientare il lavoro di sintesi e di evidenziare le relazioni struttura-attività per le serie di molecole realizzate. L’analisi dell’attività biologica delle molecole sostituite (serie R=OCH3) ha evidenziato ottimi risultati preliminari, coerentemente a quanto da noi ipotizzato sulla base delle relazioni struttura-attività note. Queste molecole sembrerebbero promettenti, infatti, sia per quanto concerne gli effetti sulla morfologia delle cellule endoteliali, sia per quanto riguarda l’attività inibitoria sulla polimerizzazione della tubulina. Ottimi risultati sono stati osservati per gli analoghi appartenenti alla serie R=Br, sia per quanto concerne gli effetti antiproliferativi, sia per quanto riguarda gli effetti sulla morfologia delle cellule endoteliali Ea.hy 926. Durante l’ultima parte del lavoro sperimentale, l’attività di ricerca è stata dedicata alla sintesi di nuovi diindolilmetani. I diindolilmetani ed i loro derivati costituiscono un’importante classe di composti eterociclici impiegati dall’industria farmaceutica. Queste molecole sono presenti nelle piante appartenenti alla famiglia delle Cruciferae, e sono note per la loro capacità di promuovere il metabolismo degli estrogeni e di indurre apoptosi in cellule tumorali umane. Allo scopo di sintetizzare nuovi carbazoli che fossero caratterizzati da un minor ingombro sterico, la procedura generale impiegata per la sintesi dei tetraidrocarbazoli è stata applicata utilizzando diversi prodotti di partenza. Queste reazioni non hanno condotto alla sintesi di nuovi carbazoli, ma è stato possibile, tuttavia, osservare la formazione di un nuovo diindolilmetano. Obiettivo seguente è stato dunque quello di migliorare la strategia di sintesi utilizzando una procedura più opportuna, in modo da aumentare le rese di reazione. Nelle fasi successive si è inteso appurare se la stessa procedura potesse essere applicata anche alla sintesi di diindolilmetani sostituiti. L’attività antiproliferativa delle molecole è stata testata su diverse linee cellulari tumorali umane mediante il saggio in vitro MTT. Sono state impiegate, in particolare, due linee cellulari di tumore mammario, MCF-7 (human breast cancer, ormono-dipendente) ed SKBR3 (human breast cancer, ormono-indipendente), ed una linea di tumore prostatico, LNCaP (human prostatic adenocarcinoma). In una seconda fase della valutazione dell’attività biologica si è inteso verificare se l’attività antiproliferativa fosse correlata ad induzione di apoptosi. [a cura dell'Autore]
VIII n.s.

2008/2009
Questo lavoro di tesi presenta un progetto riguardante il design, la sintesi e l'affinità recettoriale di nuovi ligandi dei recettori sigma. I recettori sigma sono coinvolti nella modulazione e nella biosintesi di vari neurotrasmettitori, nella regolazione di alcuni comportamenti umani e nella regolazione della vita cellulare. In particolare in questo lavoro viene presentata la creazione di un modello farmacoforico per i recettori sigma1 ed il suo successivo utilizzo come strumento predittivo per la progettazione e la sintesi di nuove molecole dotate di affinità sigma-recettoriale.
XXII Ciclo
1982

The ubiquitin-proteasome pathway (UPP) influences essential cellular functions including cell growt, differetiation, apoptosis, signal transduction, antigen processind and inflammatory responses. Themain proteolytic component of the ubiquitin-proteasome pathway (UPP)is the 26S proteasome, responsible for the turnover of many cellular proteins and represents an attractive target for the treatment of pathologies such as cancer, as well as inflammatory, immune and neurodegenerative diseases.Natural and synthetic proteasome inhibitors having different chemical structures and potency have been discovered.In my PhD I worked on the design, synthesis and biological activity of molecules bearing pseudopeptidiche farmacoforiche different units at the C-terminus, as potential substrates for the interaction with the catalytic enzyme threonine, can inhibit specifically and selectively multicatalytic complex.Based on the data obtained from other series of inhibitors developed in our research group, which provided interesting biological results, I have designed and prepared based molecules peptides bearing new units farmacoforiche C-terminal, represented by groups isoxazolin vinyl-ester and dichloro- naftochinonici. Another series of derivatives instead, presents the methyl ester of trans-trans-muconic which pharmacophore linked to the side chain of a lysine residue common to all pseudo-tripeptides of the series.The new compounds were tested on the enzyme isolated based on their ability to inhibit three different catalytic activities of the proteasome: some of these, such as derivatives dichloro-naftochinonici, have shown a good ability of inhibition of the site post-acidic β1 and site chyme-tryptic β5.

The ubiquitin-proteasome pathway represents an attractive target in the development of new drug therapies. In particular, the proteasome 26S, a multicatalytic threonine protease complex, is involved in intracellular ubiquitinated-protein degradation and many biological processes, such as cell cycle control and differentiation, apoptosis and generation of antigenic peptides presented by major histocompatibility complex class I (MHC I) molecules. The activity of 26S proteasome is located in a central 20S core, the proteoliytic chamber is composed of four stacked rings capped by two 19S regulatory complexes. Each ring is composed for seven b subunits with three different active sites: in particular, the b1 subunit contains a peptidyl-glutamyl peptide hydrolizing active site (PGPH), the b2 subunit expresses tryptic-like (T-L) activity, and b5 contains a chimotryptic-like (ChT-L) activity. Modulation of the proteasome activity by specific inhibitors may represent an useful tool for the treatment of tumors, metabolic and autoimmune disorders. The aim of this PhD work is the design, sythesis and evaluation of the biological activity of several classes peptide-based proteasome inhibitors, containing different pharmacophoric moieties at the C-terminal position as a potential substrate for Michael addiction by the catalytic threonine through a mechanism similar to that of the well-known inhibitors. Herein we reported studies of the molecules bearing as pharmacophoric Cterminal function: N-allyl vinil ester, a,b-unsaturated N-acylpyrrole, vinyl ketone, butadienyl vinyl ester, divinyl ketone and isoxazolin vinyl ester groups. In accordance with the results obtained in previous series, the pharmacophoric units are linked to oligopeptidic sequences functionalized at the N-terminal by appropriated groups. Biological evaluation of the all new compounds was carried out to assess their inhibition of the trypsin-like, chymotrypsin-like and post-acidic activities of proteasome using the isolated enzyme purified from lymphoblastoid cell lines. Some compounds as a,b-unsaturated N-acylpyrrole and vinyl ketone analogs showed selective inhibition of the proteasome subunits in a mM range, while other derivatives bearing different pharmacophoric units don’t provide a favorable biological response.

Le malattie neurodegenerative sono caratterizzate da un eziologia multifattoriale ascrivibile all interazione di diversi fattori endogeni ed esogeni. Sebbene le manifestazioni cliniche delle diverse malattie siano eterogenee, alcuni meccanismi patogenetici sono comuni, tra questi annoveriamo il misfolding proteico, la disomeostasi dei metalli (ioni Fe2+, Zn2+, Al3+ e Cu2+), la produzione di specie reattive dell ossigeno (ROS), lo stress ossidativo e la disfunzione mitocondriale. Numerose ricerche hanno messo in luce il ruolo chiave svolto dai ROS sia nell insorgenza sia nella progressione delle malattie neurodegenerative. A metà degli anni 90 è stato suggerito il coinvolgimento del recettore sigma-1 nei meccanismi che mediano la neuroprotezione. Questa proteina è localizzata a livello della Mitochondrial Associated Membranes (MAM), dove modula il flusso di ioni Ca2+ dal reticolo endoplasmatico (ER) ai mitocondri, agendo da chaperone molecolare. Data la localizzazione del recettore sigma-1 e le funzioni a esso associate, il mio lavoro progettuale è stato indirizzato allo sviluppo di agonisti sigma-1 dotati di attività antiossidante. I ligandi bifunzionali sintetizzati sono caratterizzati da un moiety sigma-1 condensato con l acido lipoico, che come ben noto è considerato un antiossidante universale . Studi in vitro di binding riportati in letteratura recettoriale sigma-1/sigma-2 hanno evidenziato come il gruppo prossimale e la sua distanza dal centro basico siano pivotali per l affinità sigma-1 e per discriminare il sito sigma-2. I ligandi 13 e 25 hanno esibito una elevata affinità per i recettori sigma-1 (Ki sigma-1 = 5.56 ± 0.5 e 1.8 ± 0.2 nM rispettivamente) e una buona selettività nei confronti del sottotipo sigma-2 (Ki sigma-2/Ki sigma-1 = 414 e 354 rispettivamente). In misura minore, lo stesso trend di affinità sigma-1 (Ki sigma-1 = 17.7 ± 1.5 e 6.1 ± 0.4 nM rispettivamente) e di selettività (Ki sigma-2/Ki sigma-1 = 106 e 204 rispettivamente) sono stati riscontrati sui loro corrispondenti enantiomeri R-13 ed R-25. Risultati interessanti in termini di affinità sigma-1/sigma-2 sono stati trovati anche per i composti 12 (Ki sigma-1 = 1.14 ± 0.8, Ki sigma-2 = 14 ± 02 nM), 22 (Ki sigma-1 = 0.4 ± 0.0, Ki sigma-2 = 11.25 ± 0.55 nM) e 23 (Ki sigma-1 = 1.25 ± 0.25, Ki sigma-2 = 35 ± 2.5 nM). Rimane da investigare l attività esplicata sui recettori sigma-1, se agonista o antagonista e, le loro proprietà antiossidanti.

In questo lavoro di tesi sperimentale si è sintetizzata e caratterizzata la prima classe di complessi tetrazolici di Ir(III) anionici con formula generale [Ir(C^N)2(L)2]-, in cui oltre ai leganti ciclometallanti ”C^N” quali 2-fenilpiridinato (ppy) o 2-(2,4-difluorofenil)piridinato (F2ppy), sono stati introdotti due anioni tetrazolato (L) come il 5-fenil tetrazolato (Tph) oppure 5-(4-cianofenil) tetrazolato (TphCN). I complessi di Ir(III) anionici ottenuti si sono mostrati intensamente fosforescenti, con emissioni centrate nella regione del blu o del verde (460 < λmax<520 nm). I derivati anionici sono stati poi combinati con complessi Ir(III) tetrazolici cationici in grado di fornire emissione nella regione del rosso (λmax > 650 nm), formando così i primi esempi di coppie ioniche (“soft salts”) a matrice puramente tetrazolica. In tutti i casi si è osservato come il colore emesso da parte dei soft salts sia il risultato di una vera propria sintesi additiva delle emissioni derivanti da componenti ioniche con proprietà fotoemittive differenti. La sostanziale assenza di fenomeni di energy o electron transfer tra la componente anionica e cationica e il giusto bilancio tra le emissioni blu o verdi e rosse si sono tradotte, in taluni casi, nell’ottenimento di luce bianca, con la possibilità di variare ulteriormente i colori emessi in seguito all’allontanamento dell’ossigeno molecolare disciolto nelle soluzioni dei soft salts stessi.

monotopic and ditopic tripodal benzene platforms featuring aromatic and perfluoroaromatic side-arms has been synthesized, and their binding properties toward C60-fullerene have been investigated by HPLC and NMR methods

La robotica mobile è un settore industriale multidisciplinare in continuo sviluppo che coinvolge differenti aree di studio ingegneristiche, quali meccanica, elettronica, informatica e intelligenza artificiale. I robot mobili, comunemente costituiti da un braccio robotico seriale e da una base mobile controllabile, sono sistemi meccatronici in grado di muoversi e svolgere autonomamente compiti assegnati. Sebbene questa branca della robotica si trovi ancora ad uno stadio di sviluppo preliminare, numerosi prototipi e prodotti in serie costituiscono una realtà già consolidata da diversi anni nei settori più disparati della logistica industriale. L'ambito della robotica seriale, invece, si sta dirigendo sempre più verso i robot collaborativi, particolare variante dei robot tradizionali che, grazie all'integrazione di sensori ed algoritmi di controllo sofisticati, permettono la collaborazione uomo-macchina, senza arrecare danno alla salute dell'operatore umano. In tale settore applicativo si inserisce il progetto COORSA (COllaborazione tra Operatori e Robot manipolatori mobili Sicuri per la fAbbrica del futuro) mirando allo studio, e al successivo sviluppo, di un prototipo di robotica mobile adatto ad operazioni industriali nell'ambito di packaging e handling, integrando in sicurezza il lavoro di operatori umani con robot collaborativi. In questa Tesi di Laurea Magistrale si sviluppa un modello di robot mobile in grado di operare in ambienti industriali, quali magazzini e depositi logistici. Al robot è richiesto di eseguire un'operazione di pick and place, basato sul prelevamento del prodotto da un pallet sorgente e successivo deposito in un pallet di destinazione.

Il presente elaborato di tesi descrive lo studio di fattibilità di un meccanismo articolato come organo spingitore di pacchetti in una macchina automatica. Sfruttando la teoria degli algoritmi genetici, sono state effettuate sintesi di quadrilateri articolati ed esalateri articolati aventi un tratto di traiettoria rettilinea. Infine è stato scelto il migliore meccanismo per gli scopi desiderati e di questo è stata effettuata una progettazione basata su di un processo iterativo di analisi delle tensioni e conseguenti modifiche. In questo modo si è giunti alla configurazione finale del meccanismo.

Una strategia promettente per potenziare l’efficacia di un trattamento antitumorale limitandone gli effetti collaterali sistemici e i fenomeni di resistenza, è quella di combinare, all’interno di un nanoveicolo, l’azione sinergica/additiva di diversi trattamenti terapeutici, come ad esempio la terapia fotodinamica (PDT) e l’immunoterapia. In questo lavoro di tesi sono state preparate nanoparticelle multimodali altamente biodegradabili e biocompatibili, a base di albumina umana (HSA) caricate con un pro-farmaco del paclitaxel (PTX), un agente chemioterapeutico approvato per il trattamento di diversi tumori solidi; una molecola fotosensibile, IR780, che illuminata a una specifica lunghezza d'onda, induce la formazione di specie radicaliche dell'ossigeno (ROS) e ossigeno di singoletto (1O2), in grado di uccidere le cellule malate; ed infine con Indoximod (IND), in grado di inibire un checkpoint immunitario, con azione indiretta sull’enzima indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO-1). Le nanoparticelle sono poi state rivestite con un guscio di MnO2, per limitare l’ipossia caratteristica dell’ambiente tumorale, potenziando così l’azione citotossica. Le nanoparticelle ottenute sono state caratterizzate in termini di dimensioni, capacità di loading, stabilità in acqua e in ambiente fisiologico. Inoltre, mediante spettroscopia UV-vis, è stata studiata la capacità dell’IR780 di produrre specie reattive all’ossigeno (ROS). In futuro, saranno studiati i fenomeni di rilascio dei diversi agenti dalle nanoparticelle e sarà verificato se la presenza dell’ossido di manganese sia in grado di migliorare l’ossigenazione del microambiente tumorale.

During carcinogenesis MUC-1 cell-surface carbohydrates undergo incomplete glycosylation that causes exposure of highly immunodominant peptide PDTRP contained in the tandem repeat sequence of mucin core (GVTSAPDTRPAPGSTAPPAH). The incomplete glycosylation results also in the exposure of the normally cryptic carbohydrate antigens like Tn (GalNAc-O-Ser/Thr). In a previous work, we synthesized a macromolecular construct containing four unit of Tn antigen clustered onto a calix[4]arene scaffold bearing an immunoadjuvant moiety (P3CS). This construct gave in mice higher immune response when compared to monovalent reference compound, and the outlined data clearly showed a so called "cluster effect". The aim of this project was to synthesize multimeric lipopeptide constructs containing clusters of the PDTRP antigen assembled on calixarene scaffolds together with the immunoadjuvant tripalmitoyl-S-glyceryl-Cys-Ser (P3CS). The purpose was to investigate the role of the cluster effect in amplifying the antibody production with respect to a simple concentration increase of antigen units. In addition, the role of the scaffold flexibility was also examined using the relatively rigid tetrameric calix[4]arene and the more flexible calix[8]arene as platforms to realize the constructs. The PDTRP sequence was assembled by solid-phase peptide synthesis using Fmoc-protected amino acids in combination with Barlos s resin. The protected PDTRP-COOH was coupled via glycine spacer to calix[4]arene and calix[8]arene derivatives containing, at the upper rim, 4 and 8 glycine unit respectively, and, at the lower rim, 1 unit of P3CS. These calixarenes constructs were synthesized as previously reported in collaboration with CNR-ICB of Catania (Dr C. Geraci). The final constructs were characterized by 1H-NMR and MALDI-TOF. Five groups of six mice were immunized two times, at 1-week intervals, by intraperitoneal injections of the two synthesized constructs (0.030 micro mol/mouse) or the reference compound, Mono-PDTRP-P3CS, administered at three concentration levels (0.030, 0.120 and 0.240 micro mol/mouse). After 21 days from the first immunization antibodies specific to PDTRP antigen in sera were detected and quantified by end-point dilution ELISA. Mice immunized with the synthesized multimeric constructs showed a substantial and significant production of antibodies. For Octa-PDTRP-Gly-Calix[8]arene-P3CS and Tetra-PDTRP-Gly-Calix[4]-P3CS a significant (p<0.05) increase of the end-point titers of 32- and 8-fold were measured with respect to the mice group immunized using equimolar level of the reference monovalent construct. Even when the concentration of monovalent construct was increased 4- and 8-fold, in order to compare solutions with the same number of PDTRP antigen units, the reactivity elicited by octameric and tetrameric constructs were significantly higher (p < 0.05) with a 8- and 4-fold increase in the end-point titer values. The immunogenic response induced by the Octa-PDTRP-Gly-Calix[8]-P3CS was significantly higher (p<0.05) with respect to the tetrameric construct with an increase of 4-fold in the antibodies production. Novel, well-defined synthetic multivalent lipopeptide vaccine candidates have been designed and synthesized. All the multimeric constructs are able to induce specific PDTRP antibodies production in mice. The most active derivative is the Octa-PDTRP-Gly-Calix[8]-P3CS that ensure an activity double with respect to the tetrameric construct. In addition, the "cluster effect" observed is more evident for the octameric construct that is more flexible with respect to the calix[4]arene construct. The increased conformational flexibility could allow a better arrangement of PDTRP antigens array on the calix[8]arene scaffold, ensuring a good mimicking of the natural motif encountered in vivo in the cancer cells. This reveals perspectives for potential applications in cancer immunotherapy.

In recent times, the historical and architectural heritage has been subject to increasing degradation processes, largely due to outdoor air pollution, in addition to physical and biological factors. This research aims at evaluating the effectiveness and compatibility of new consolidating treatments of inorganic composition applied to distinct carbonate lithologies, such as marble and biomicrite limestones. The new compounds belong to the general classes of monoesters and functionalized monoamides of ammonium oxalate, with general formulas ROC(O)COONH4 and RNHC(O)COONH4, respectively (R = alkyl or aryl substituent). These salts were synthesized, purified, and fully characterized by elemental microanalysis, melting point determination, and spectroscopic methods (FT-IR, NMR). A few of the synthesized salts or their derivatives were characterized by single crystal X-ray diffraction. Full characterization of treated and untreated authentic stone samples was carried out by means of SEM, powder XRD, synchrotron tts-microXRD measurements, mercury intrusion porosimetry, determination of water transport properties, and pull-off tests. Furthermore, the experimental measurements were accompanied by DFT computational studies, aimed at understanding the stability of oxalate and oxamate salts in water solution as well as the nature of the interaction between the anions and the lattice of carbonate stone substrates. While the ammonium salts of oxalate monoesters, prone to spontaneous hydrolysis in aqueous solutions, are a potential source for calcium oxalate treatments, more effective than ammonium oxalate due to their larger solubility, ammonium oxamates represent a novel class of compounds alternative to ammonium oxalate. In conclusion, this thesis represents a comprehensive investigation that demonstrates that the salts of both oxalate monoesters and functionalized monoamides can be successfully adopted as novel precursors for the conservative treatments of carbonate stones.

2006/2007
La tesi illustra il lavoro di dottorato mirato allo sviluppo di nuovi antagonisti adenosinici attivi nei confronti dei vari sottotipi recettoriali del ligando naturale Adenosina.
XX Ciclo
1977

L'elaborato di tesi è stato svolto in collaborazione con Cevolani Italia S.r.l., azienda leader nella progettazione e costruzione di linee automatiche per la produzione di barattoli di banda stagnata in "tre pezzi". L'obiettivo principale del progetto di tesi è stato lo sviluppo di un'applicazione Matlab, con un'interfaccia grafica semplice ed intuitiva, per l'analisi e la sintesi cinematica di meccanismi a camme.Si è inserita la possibilità di scegliere tra 15 leggi di moto differenti, tra le più note e diffuse in ambito industriale. Il software permette inoltre di scegliere tra 5 tipologie diverse di meccanismi a camme analizzabili. Lo strumento informatico è stato utilizzato per ottimizzare il sistema di trasporto dell'elettrosaldatrice dei corpi scatola, una delle macchine progettate da Cevolani. In particolare, è stata effettuata un'analisi e ottimizzazione cinematica del gruppo introduttore dei corpi scatola, con l'obiettivo di ridurre le velocità e le accelerazioni dell'organo terminale senza compromettere le prestazioni in termini di cadenza produttiva. E' stato individuato un nuovo set di parametri geometrici adatti a tal scopo. Infine, è stato eseguito uno studio approfondito del gruppo acceleratore delle fascette. Grazie all'ausilio del software sviluppato, è stata progettata una nuova camma a tamburo per l'azionamento del meccanismo. Quest'ultima è stata mandata in produzione dell'azienda, per cui sarà possibile testarne le potenzialità. L'ultima parte del progetto di tesi si è concentrata sullo studio di una soluzione alternativa per il suddetto gruppo, basata su un servoazionamento brushless controllato in posizione, velocità ed accelerazione. Questa soluzione garantisce una maggiore flessibilità e permette di ridurre i costi di produzione e montaggio.

It is well known that Hsp90 chaperone protein contributes in stabilizing oncoproteins over-expressed in malignant cell lines, playing a key role in survival, proliferation, invasion, metastasis and angiogenesis, which represent the hallmark traits of the cancer.1 In the last decade Hsp90 has emerged as a possible therapeutic target and many efforts have been dedicated to the discovery of Hsp90 inhibitors as new potent anticancer agents. TRAP 1 (Tumor Necrosis Factor-Associated Protein ), the mitochondrial isoform of Hsp90, is a component of a mitochondrial pathway selectively up-regulated in tumor cells which antagonizes the proapoptotic activity of cyclophilin D, a mitochondrial permeability transition pore regulator, and is responsible together with Hsp90, for the maintenance of mitochondrial integrity, thus favoring cell survival. Interestingly, novel TRAP1 antagonists cause sudden collapse of mitochondrial function and selective tumor cell death, suggesting that this pathway may represent a novel molecular target to improve anticancer therapy. A number of derivatives from structures of known HSP90 inhibitors, previously synthesized by our research group, has been modified to direct them into mitochondria. The idea for a mitochondrial targeting of TRAP1 inhibitors is based on the assumption of the negative potential on the matrix face of the inner mitochondrial membrane. Thus, for a first synthetic approach we have decided to linking lipophilic cations to the Hsp90 molecule inhibitors, in order to give access to cationic drugs to internalize into the negative organelles: on the basis of literature data we selected different groups as the polyamines, which protonated at physiological pH, have the optimal characteristic to pass through the mitochondria membrane and internalize into the organelle. Alternatively a group of triphenylphosphonium salts derivatives as well as of pyridinium and guanidinium ones were also considered as cationic heads for targeting TRAP1 inhibitors into mitochondria. The preliminary biological results show that some Hsp90 inhibitors proved also of interest as TRAP1 ATPase inhibitors (IC50 0.4micromolar) and that some of these have the capacity to accumulate into mitochondrial compartment. A second synthetic approach, however, has been realized by acting directly on the pharmacophore, i.e. on the structure of resorcinol, making changes on some sites essential for the binding of Hsp90, in order to act, and then selectively inhibit TRAP1. In this case, starting from some biological activity of molecule inhibitors of cytosolic Hsp90, we have made changes to see if the interaction between them and the receptor site of TRAP1 can be improved. Biological assays of this second class of compounds are still in progress.

The synthesis of antitumor agents covers a large part of current medicinal chemistry efforts. This thesis mainly focuses on the synthesis of different scaffolds as new potential anticancer agents. Two different approaches were applied: a hybrid concept and a rational based drug design. In the first case, the hybrid concept is useful since it allows combining multiple active scaffolds in a unique molecule. As a consequence, several targets could be hit simultaneously, making this solution particularly attractive for multi-factorial diseases like cancer. Within this category, several isatin-thiazolinone-pyrazoline hybrids were synthesized. Some of them were submitted to biological assays, demonstrating good activity toward different solid tumour cell-lines. In the second class of compounds, the synthetic efforts were combined to computational tools in order to achieve detailed information about the structure-activity relationships. Following this approach, psoralen derivatives, thought as DNA G-quadruplex stabilizers, were synthesized. For these compounds no biological assays were performed so far. Finally, the last part of the thesis has been dedicated to the synthesis of 1-alkyl-8-(piperazine-1-sulphonyl)phenyl xanthines as high-selective A2B antagonists. Even though the leading role of adenosine and their receptors in cancer pathogenesis were extensively documented, the high therapeutic potential of these compounds requires a wider analysis of their pharmacological properties. Also in this case, several compounds were synthesized. Some of them were tested in a radioligand binding assay to evaluate the affinity and selectivity toward A2BR subtype, further confirming the high potential of these compounds as A2B antagonists.

Da sempre biologi e biochimici hanno focalizzato la loro attenzione in numerosi studi volti a chiarire i processi e le strutture molecolari fondamentali per la vita. Tra le tecnologie utilizzate allo scopo di conoscere la struttura di una biomolecola e la sua interazione con altre strutture, la diffrazione a raggi X, la risonanza magnetica nucleare ela microscopia elettronica permettono misure che richiedono grandi quantit¨¤ di composti purificati, sono spesso eseguite in condizioni non-fisiologiche e sono raramente adatte per osservare le reazioni molecolari in tempo reale. Recenti sviluppi sono stati mostrati sia nel campo dellafluorescenza che in numerosi metodi che consentono la selettivit¨¤ e l¡¯analisi delle interazioni molecolari in condizioni fisiologiche, come nelle cellule vive. L'analisi si concentra sulle interazioni ligando-recettore e sul processo successivo di trasduzione del segnale, che determina la risposta finale cellulare. Generalmente questi processi sono mediati, attraverso le membrane cellulari,da proteine canale o recettori accoppiati a proteina G. I nuovi saggi di fluorescenza sono importanti per spiegarela funzione dei recettori e i processi di trasduzione del segnale, cos¨¬ come per lo screening di nuovi composti terapeutici. In particolare, il metodo della fluorescenza polarizzata (FP), della fluorescenza di risonanza a trasferimento di energia (FRET) e della fluorescenza a tempo risolto (TRFS), sono emersi come soluzione agli high-throughput screening assays(HTS), in quanto pi¨´ rapidi, con minor impatto ambientale e minori costi. Sebbene siano stati riscontrati alcuni problemi analitici, i ligandi fluorescenti sono stati proposti come alternativa ai radioligandi per gli studi di binding sui recettori. Tali composti possono anche dare informazioni sulle caratteristiche bio-fisiche del sito di legame del ligando poich¨¦ alcuni fluorofori mostrano una resa quantica che dipende dalla lipofilicit¨¤ o dal pH dell¡¯ambiente.Inoltre potrebbero essere in grado di chiarire la localizzazione e le funzioni biologiche di alcuni tipi di recettore. Per esempio ligandi fluorescenti hanno permesso la localizzazione dei recettori ¦Á1 adrenergici, dei trasportatori della dopamina, dei recettori A1 adenosinici e dei recettori periferici delle benzodiazepine. Sempre attraverso l¡¯uso di tali composti ¨¨ stato possibile lo studio dell¡¯espressione e del clustering del recettore ionotropico 5-HT3, la visualizzazione in tempo reale del trafficking cellulare e dell¡¯internalizzazione del complesso del ligando con i recettori oppioidi ¦Ì e ¦Ä e infine l¡¯oligomerizzazione dei recettori della somatostatina regolata dal legame con il ligando. Sono stati inoltre sintetizzati composti fluorescenti attivi sui recettori sigma (¦Ò) che potrebbero essere in grado di fornire nuove informazioni e chiarimenti sul loro ruolo fisio-patologico. Tali recettori sono presenti a livello del sistema nervoso centrale (SNC), del fegato, del rene, del sistema immunitario e del tessuto endocrino e le loro funzioni fisiologiche sono ancora oggetto di studio. In particolare, nel SNC i recettori ¦Ò1 sono coinvolti nella modulazione dei canali del potassio e del calcio e nella neurotrasmissione glutammatergica, serotoninergica, dopaminergica e muscarinica, suggerendo un loro potenziale ruolo terapeutico nel trattamento di disturbi cognitivi, depressione e schizofrenia. I recettori ¦Ò2, invece, sono overespressi in linee cellulari tumorali e per questo motivo ligandi ¦Ò fluorescenti potrebbero essere utili alla diagnosi tumorale. Inoltre per meglio chiarire il coinvolgimento fisiologico e patologico dei recettori ¦Ò1 e ¦Ò2 nella crescita delle cellule tumorali, un ligando fluorescente potrebbe rappresentare un potenziale tool molecolare per lo studio della vitalit¨¤ cellulare.

La progettazione automatica online è un approccio di realizzazione di software di controllo dove ogni robot evolve il proprio comportamento autonomamente per mezzo di un algoritmo che valuta le prestazioni utilizzando una funzione obiettivo, la quale assegna un punteggio basandosi sulle informazioni fornite dalle percezioni dei sensori del robot stesso. L'obiettivo di questa tesi è quello di realizzare e analizzare i risultati ottenuti da una serie di funzioni obiettivo applicate per l'evoluzione online di uno sciame di robot controllati da reti booleane. Ogni funzione obiettivo deve guidare l'evoluzione di ogni robot in maniera autonoma valutandone il comportamento durante l'esecuzione di due differenti task. I risultati ottenuti hanno mostrato come, nonostante tutte le funzioni sfruttino le informazioni raccolte dai medesimi sensori, l'evoluzione dipende fortemente da come queste informazioni vengono utilizzate all'interno della funzione obiettivo per l'assegnazione dei punteggi al robot.

L'importanza e l’attenzione data all’analisi delle tolleranze e al controllo degli errori in fase di produzione ha ricevuto, negli ultimi tempi, un notevole aumento determinato essenzialmente dagli sforzi intrapresi dalle industrie per migliorare il rendimento e la qualità dei loro prodotti. E’ ormai assodato che la scelta delle tolleranze non può più essere solamente eseguita arbitrariamente a disegno. Tali tolleranze, e gli errori costruttivi relativi, non condizionano in maniera sostanziale solo la montabilità e la funzionalità dell’assieme meccanico progettato, ma condizionano anche i costi di produzione e di messa a punto, la scelta del processo produttivo e i relativi macchinari e utensili, le abilità richieste al personale, le ispezioni e il controllo del prodotto. La motivazione principale che ha portato all’esigenza di avere uno strumento per l’analisi della propagazione degli errori viene dal disaccordo che si presenta spesso fra progettazione e produzione in relazione alle tolleranze sui singoli componenti e sugli assemblaggi. Molto sforzo è stato intrapreso nella standardizzazione di come indicare e controllare le variazioni sulle singole parti, ma la cosa che realmente si cerca di ottenere è il controllo a livello progettuale delle variazioni che si riscontreranno all’interno del meccanismo una volta prodotto e montato. L’attività di ricerca necessaria per la realizzazione di questo lavoro di tesi di dottorato è stata incentrata sullo studio e sviluppo di metodi per l’analisi e la sintesi delle tolleranze dimensionali e geometriche all’interno di assiemi meccanici. Sebbene l’attività non possa ritenersi completamente conclusa, sono stati ottenuti dei risultati molto soddisfacenti. In particolare il lavoro è fondamentalmente suddiviso in due sezioni. Nella prima parte sono stati studiati e sviluppati metodi per l’analisi delle tolleranze (metodo vettoriale e cinematico) con una particolare attenzione ai contributi presenti in letteratura e alla normative vigenti in campo di tolleranze. Nella seconda parte è stata trattata in maniera approfondita la sintesi delle tolleranze, problema molto sentito in ambito industriale e oggetto di studio per i realizzatori di sistemi CAT. Per entrambi i filoni di ricerca sono chiaramente mostrati gli strumenti e le metodologie seguite, con a corredo esempi illustrativi e prove sperimentali.

Il progetto è stato sviluppato in collaborazione con l'azienda IMA T&T di Ozzano dell'Emilia ed è focalizzato sull’ottimizzazione del funzionamento di una macchina etichettatrice da essa prodotta, per permettere il passaggio da un’applicazione di tipo “standard” ad una di tipo “laterale” (nuovo standard europeo introdotto dalla normativa T.P.D.) nel minor tempo possibile. L'obiettivo dello studio è stato trovare una soluzione che permetta di passare in maniera rapida da una tipologia di applicazione all’altra e che sia applicabile alle macchine esistenti, cercando di ottenere il minor impatto possibile a livello di costi e difficoltà di implementazione, anche presso il cliente. Si stima che la soluzione proposta permetterà di portare il tempo necessario per passare da una tipologia di applicazione all’altra da 6/8 ore a meno di una. Questo è stato possibile grazie alla definizione di nuovi flussi prodotto ed alla progettazione di un nuovo sistema di applicazione del bollino che ha permesso di eliminare quasi completamente la necessità di sostituire componenti nel passaggio da un’applicazione all’altra.

Il seguente elaborato è la conclusione dell'esperienza di tesi, realizzata presso l'azienda IMA Active, volta alla progettazione di un kit di predisposizione compresse, cioè di una variante progettuale per la macchina di pesatura di capsule farmaceutiche Precisa Capsule 150, al fine di predisporla a processare anche compresse considerando tutti i diversi formati che possono essere presenti in commercio. Questa applicazione può risultare di interesse per molti produttori di articoli farmaceutici, dato che un sistema di controllo statistico del peso non può assicurare che il prodotto che verrà poi immesso sul mercato rientri all'interno del range di tolleranza che può essere richiesto. Al contrario un sistema di controllo totale del peso, cioè del 100% del prodotto, consente di scartare tutti quegli elementi che non rientrano all'interno della tolleranza richiesta, garantendo così che tutti i prodotti siano completamente conformi alle rigide linee guida vigenti oggigiorno. Nella parte iniziale della tesi sono stati analizzati il funzionamento e le soluzioni progettuali adottate dalle macchine della serie Precisa, ponendo particolare attenzione agli aspetti più problematici per la desiderata elaborazione delle compresse. Sono quindi state individuate le specifiche di progetto richieste per l'applicazione in esame. Successivamente è stato suddiviso il problema complessivo in sotto-problemi e per ognuno di essi sono state individuate le possibili soluzioni per rispondere a quanto richiesto. Dopo aver individuato le soluzioni concettuali ritenute più idonee, si sono progettate diverse realizzazioni tecniche. Il lavoro di tesi si è quindi concluso con la proposta di due versioni del kit di predisposizione compresse della macchina, cioè varianti progettuali differenziate in base al sistema di movimentazione attivo impiegato per manipolare le compresse dal buffer intermedio fino all'uscita dall'unità di pesatura.

Il radicale NO è una fra le biomolecole più studiate in quanto mediatore di numerosi processi fisiologici come: neurotrasmissione, vasodilatazione, secrezione ormonale e soprattutto come inibitore della crescita tumorale. Il suo ruolo multifattoriale ha ispirato la progettazione e sintesi di ligandi ibridi NO/sigma attivati dalla luce a potenziale attività antitumorale, sfruttando l'overespressione dei recettori sigma in molte linee cellulari tumorali umane. Dato il crescente interesse per i ligandi sigma come potenziali agenti chemioterapici e sulla base degli studi sul fotorilascio di NO, abbiamo concentrato l attività di ricerca sulla progettazione e sintesi di ligandi sigma (derivati piperidinici e piperazinici etc. opportunamente sostituiti) capaci di svolgere un azione antitumorale attraverso: elevata affinità e attività antagonista sigma1 e/o agonista sigma-2 e rilascio light-activated di NO. La duplice azione si presume che comporti un incremento sia dell attività antiproliferativa che un azione più selettiva verso cellule tumorali over-esprimenti i recettori sigma rispetto a quelle sane con ridotta espressione di tali recettori. Inoltre questo lavoro di tesi si occupa della modulazione dell'attività oppioide, sigma-1 e HDAC nel trattamento del dolore neuropatico. Studi condotti da Woods, Smith, Medzhiradsky e Winger sul ligando oppioide NIH10495, strutturalmente correlato all Aloperidolo, al fine di differenziarne l effetto sul sito di legame della Fenilciclidina con 3H-TCP come radioligando e con 3H-(+)SKF 10,047 per esaminare la loro affinità sul sistema recettoriale sigma1 hanno messo in evidenza che grazie alla presenza dell estere propilico in posizione 4 sulla piperidina il composto mostrava un tipico profilo analgesico oppioide. NIH10495 è un inusuale agonista oppioide nel MVD, in quanto la sua azione viene antagonizzata in maniera non competitiva dal Naltrexone. Infatti i saggi di binding mostrano un affinità recettoriale simile alla morfina per il sito di legame del recettore oppioide. Inoltre, in questi studi è stato evidenziato che NIH10495, in vivo, ha un inizio e durata d azione simile alla morfina ed è approssimativamente 30 volte più potente della morfina quando raggiuge l effetto massimo. L obiettivo di questa linea di ricerca è lo sviluppo di profarmaci utili nel trattamento del dolore neuropatico, sostanzialmente correlati all agonista oppioide ad attività analgesica e neurolettica NIH10495 in grado di modulare l attività oppioide interagendo da antagonista con il sistema recettoriale sigma-1 e inibendo alcune isoforme dell enzima HDAC (sottotipi I e IIa). A tale scopo si è pensato di progettare una serie di esteri dell acido butirrico capaci di interagire in modo sinergico come agonisti oppioidi ed antagonisti sigma-1, ma allo stesso tempo capaci di idrolizzarsi in vivo liberando acido butirrico, inibitore classico degli enzimi HDACs. Allo scopo di ridurre la componente neurolettica dopaminergica la funzione chetonica è stata ridotta a gruppo alcolico che è stato ulteriormente esterificato con acido butirrico per rafforzare l effetto inibitorio HDAC.

Negli ultimi decenni, a causa della sempre maggiore e più diffusa preoccupazione ambientale, l’industria e la ricerca scientifica si sono concentrati sullo sviluppo di nuovi processi, materiali e sistemi meno impattanti. Così, nel mondo della plastica, i polimeri da fonte rinnovabile (bio-based) e/o quelli biodegradabili hanno guadagnato una grande attenzione in quanto promettenti soluzioni per la risoluzione o riduzione della dipendenza dal petrolio e/o dell’inquinamento della plastica. Tuttavia questi nuovi polimeri naturali coprono ad oggi solo ristrette porzioni di mercato in quanto più costosi e meno conosciuti in termini di know-how rispetto ai polimeri convenzionali di origine petrolchimica. Quindi, da un punto di vista globale più ampio, la presente dissertazione deve essere vista come un capitolo facente parte di un insieme collettivo di più ricerche animate dal fine condiviso di favorire la bio-raffineria in larga scala a scapito della raffineria petrolchimica, ricucendo il loro gap di competenze tramite l’apporto di nuove idee e risultati. Entrando nel vivo degli argomenti, il presente lavoro ha investigato la possibilità di valorizzare gli scarti agro-industriali provenienti dalle cantine vitivinicole nel mondo dei polimeri e biopolimeri secondo diversi approcci. In tal modo, mettendo in contatto due mondi apparentemente separati come quelli della plastica e del vino, si è sia reso possibile lo sviluppo di nuovi materiali eco-friendly che fornite nuove soluzioni per lo smaltimento dei rifiuti della lavorazione del vino, in linea con quanto voluto dalle nuove politiche di sostenibilità, rinnovabilità ed economia circolare. Diversi sottoprodotti vitivinicoli sono stati campionati, caratterizzati e sfruttati a seconda delle loro proprietà e potenzialità. In genere, gli scarti ricchi di polifenoli e/o i loro estratti sono stati testati come stabilizzanti naturali all’interno del Polipropilene (PP), del Poli(idrossibutirrato) (PHB) e del Poli(butilene succinato) (PBS), investigando la risposta dei bio-stabilizzanti sia alla degradazione a breve e lungo termine (termica e/o da UV) che alla biodegradazione in diversi ambienti. Parallelamente, gli scarti lignocellulosici o con frazioni importanti di materiale inorganico sono stati studiati come filler naturali rinforzanti a basso costo all’interno del Poli(idrossibutirrato) (PHB), Poli(idrossibutirrato-co-idrossiesanoato) (PHBH), Poli(idrossibutirrato-co-idrossivalerato) (PHBV), Poli(butilene succinato) (PBS), Poliammide 11 (PA11) e del Poli(acido lattico) (PLA). I bio-compositi sono stati investigati da un punto di vista termico, meccanico e reologico, sfruttando anche modelli micromeccanici per la comprensione dell’effetto del filler vitivinicolo sulle proprietà dei biopolimeri. Infine, gli step necessari per sintetizzare direttamente i Poli(idrossialcanoati) (PHAs) a catena corta (-scl) utilizzando gli scarti vitivinicoli come substrato di fermentazioni sono stati parzialmente discussi. Ogni argomento è stato trattato da un punto di vista sia teorico che sperimentale in modo tale da modellare, comprendere e controllare il comportamento dei nuovi materiali che, nello stesso tempo, sono stati anche oggetti di valutazioni economiche per la fattibilità del loro trasferimento in larga scala.
In the last decades, the increasing global environmental concern has lead industry and scientific academia to focus in new eco-friendly and renewable processes, materials and systems. Considering the plastics sector, biodegradable and bio-based polymers have gained a great attention as promising solutions to solve or reduce the crude oil dependence and/or the plastic pollution issues. By the way, these natural polymers still cover restricted portion of the market because of both their higher prices and the lack of knowledge, if compared with classical petrochemical polymers. Therefore, from an overall point of view, the present dissertation should be seen as a detailed part of a broader context in which it is attempted to bridge the maturity gap between the concepts of petrochemical and bio-refineries and to promote their progressive switch in large-scale by the contribution of new ideas, results and know-hows. Going into details, the present work has investigated the possibility to valorize the agro-industrial wastes derived from the wine companies within different polymers and biopolymers through several approaches. Two apparently distinct processes as plastic and winemaking have been put in contact, offering new suitable products able to solve at the same time the green materials necessity and the agro-wastes disposal problems in accordance with the principles of sustainability, circular economy, renewability and low environmental footprint. Different solid wine wastes have been collected, characterized and exploited in different ways depending on their evaluated properties and potentiality. Generally, wastes rich in polyphenols and/or their extracts have been tested as natural stabilizers within Polypropylene (PP), Poly(hydroxybutyrate) (PHB) and Poly(butylene Succinate) (PBS) investigating the response of the bio-stabilizers to short and long-terms degradation (thermal and/or UV) as well as to biodegradation in different environments. At the same time, wastes with high inorganic or lignocellulosic fractions have been studied as reinforcement cost-effective natural fillers within Poly(hydroxybutyrate) (PHB), Poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate) (PHBH), Poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV), Poly(butylene Succinate) (PBS), Polyamide 11 (PA11) and Poly(lactic acid) (PLA). Bio-composites have been mainly investigated from a thermal, mechanical and rheological point of view, exploiting also micro-mechanics models to deeper understand the effect of the wine-derived fillers on the biopolymers properties. Finally, steps to directly synthesise scl-Poly(hydroxyalkanoate)s (PHAs) starting from wine wastes as substrate have been also partially discussed. Each treated topic has been handled from a theoretical and experimental point of view in order to model and control the behaviour of these new wine-based materials and simultaneously, economical essays have been carried out in order to point out the concrete feasibility to transfer these wine-based materials to large-scale apparatuses.

Il lavoro effettuato in questi 3 anni di dottorato è stato svolto nell’ambito del progetto PRIN 2009, basato sulla ricerca di sostanze in grado di modulare, direttamente o indirettamente, i recettori colinergici a livello centrale; lo scopo è quello di sviluppare molecole in grado di migliorare i processi cognitivi, quindi utilizzabili nel trattamento di patologie caratterizzate da deficit cognitivo come morbo Alzheimer, schizofrenia, mild cognitive impairment. Le linee di ricerca su cui si è sviluppato tale progetto andavano in 3 direzioni: - Ricerca di ligandi muscarinici selettivi; - Ricerca di sostanze dotate di attività nootropa formalmente correlate al Piracetam. -Ricerca di ligandi nicotinici; Le prime due sono oggetto della mia tesi di dottorato; i due diversi ambiti verranno descritti separatamente.

Questa tesi di Dottorato si sviluppa nell’ambito della Multidrug Resistance, ovvero la resistenza multifarmaco, molto frequente in ambito oncologico. Infatti, una delle cause principali del fallimento della chemioterapia antitumorale è lo sviluppo da parte delle cellule tumorali, durante la terapia stessa, di resistenza verso uno o più farmaci caratterizzati da struttura chimica e meccanismo di azione molto differenti tra loro. Questo fenomeno è chiamato Multidrug Resistance ed è dovuto ad una sovraespressione di proteine di trasporto transmembrana appartenenti alla famiglia di trasportatori ABC. Queste proteine funzionano da pompe di estrusione utilizzando l’energia fornita dall’idrolisi dell’ATP per espellere dalla cellula tumorale contro gradiente di concentrazione il chemioterapico che così non riuscirà più a mantenere o raggiungere la concentrazione terapeutica efficace. La Pgp è la proteina di trasporto più studiata. E’ una glicoproteina di membrana ed è normalmente espressa nelle cellule sane dove ha una funzione fisiologica protettiva, essendo deputata all’espulsione di molecole lipofile e xenobiotici tossici. Sfortunatamente è sovraespressa nelle cellule tumorali in seguito ad una alterazione dell’espressione del gene MDR1, e ciò sfocia nella MDR. Il sito di legame di questa proteina è molto largo e contiene amminoacidi in grado di stabilire col substrato sia legami elettrostatici che idrofobici. E’ capace quindi di ospitare simultaneamente anche più ligandi con strutture molto diverse. La Pgp può essere quindi considerata come un possibile target terapeutico per superare la MDR. Il concetto è quello di cosomministrare il farmaco antitumorale con un modulatore della pompa (chiamato chemiosensibilizzante) che ne blocchi l’attività, in modo da ripristinare all’interno della cellula tumorale la giusta concentrazione di farmaco. Negli ultimi anni sono stati individuati diversi modulatori della Pgp ed alcuni di essi hanno raggiunto le prove cliniche anche se ancora nessun composto è stato approvato in terapia. E’ molto difficile stabilire relazioni struttura-attività per modulatori della Pgp perchè, così come i substrati, anche essi presentano le strutture più svariate. Comunque sono stati individuati dei requisiti strutturali importanti per conferire alle molecole buona attività anti-MDR, ovvero: elevata lipofilia, la presenza di gruppi accettori di legami ad idrogeno, gruppi aromatici e uno o più atomi di azoto protonabili a pH fisiologico. Inoltre, confrontando la struttura del Verapamile, primo composto riconosciuto attivo contro l’MDR, e della Pervilleina A, alcaloide tropanico con marcata attività anti-MDR appare evidente che queste molecole hanno una struttura comune in cui un atomo di azoto basico è legato, tramite linker, a due gruppi idrofobici aromatici. Sulla base di tutte queste considerazioni è da diversi anni che il gruppo di ricerca dove ho svolto il mio progetto di dottorato è coinvolto nella progettazione e sintesi di modulatori della Pgp con lo scopo di ottenere un ligande potente e selettivo, in grado di contrastare la MDR. Sono state quindi progettate diverse serie di molecole mantenendo tale motivo strutturale, ma variando la natura dei linker e dei residui aromatici. Nello specifico nel mio progetto di dottorato mi sono occupata della sintesi di molecole appartenenti • serie contenenti due funzioni esteree nelle quali variano la lunghezza e la flessibilità del linker utilizzato, oltre alla natura dei gruppi aromatici; • serie prive di residui esterei, ovvero analoghi ammidici isosterici e derivati alchilpiperazinici. L’attività anti MDR dei composti sintetizzati viene valutata tramite un test preliminare basato su un metodo spettrofluorimetrico, che misura l’uptake nucleare del chemioterapico fluorescente Pirarubicina (cosomministrata con varie concentrazioni della molecola in esame) in una linea cellulare eritroleucemica antraciclina-resistente che esprime solo la Pgp. Si ottiengono così una misura della potenza e dell’efficacia del composto. Come ulteriore approfondimento abbiamo ritenuto interessante valutare la stabilità in vitro di un set di molecole (data la presenza di due gruppi esterei nella struttura) in condizioni fisiologiche, cioè in PBS, e all’azione degli enzimi idrolitici del plasma. Inoltre la Pgp non è l’unica pompa di efflusso coinvolta nella resistenza crociata ai farmaci antitumorali. Hanno un ruolo molto importante anche altre due pompe appartenenti alla stessa famiglia di trasportatori ABC, ovvero MRP1 e BCRP. Quindi abbiamo ritenuto interessante valutare la selettività rispetto alle tre pompe coinvolte nella MDR. I risultati ottenuti indicano che i modulatori della Pgp sintetizzati nel corso degli anni a seguito di successive ottimizzazioni molecolari sono dotati di elevata potenza e efficacia, confermando indubbiamente che la presenza di un atomo di azoto basico collegato a due residui aromatici con linker di diversa natura ma di opportuna lunghezza sono caratteristiche importanti per avere inibizione della Pgp. Inoltre abbiamo trovato stereoselettività ed enantioselettività nell’interazione con la Pgp, caratteristica piuttosto rara in questo tipo di interazione.

Il diabete mellito è una complessa patologia caratterizzata da gravi alterazioni metaboliche e complicanze croniche. La ricerca oggetto di questa tesi è stata rivolta alla progettazione, sintesi, valutazione biologica e studio delle relazioni struttura attività di nuovi inibitori di enzimi coinvolti nell'insorgenza del diabete e delle sue complicanze, in particolare, una parte significativa di questa ricerca è stata finalizzata all'individuazione di nuovi inibitori della protein tirosina fosfatasi 1B (PTP1B), enzima che svolge un ruolo primario nello sviluppo dell'insulino-resistenza tipica del diabete di tipo 2 e dell' obesità. Un altro bersaglio biologico è stato l'aldoso reduttasi (ALR2), enzima che svolge un ruolo cruciale nella comparsa dei danni tissutali e vascolari responsabili dello sviluppo delle complicanze diabetiche croniche. L'inibizione della PTP1B e dell'ARL2 costituisce una promettente strategia per l'individuazione di nuovi candidati farmaci. Su queste basi, una seconda parte della ricerca è stata mirata alla progettazione di "designed multiple ligands" attivi come inibitori duplici di questi enzimi. Sia la progettazione di nuovi inibitori enzimatici, sia la razionalizzazione dei risultati sono state supportate da esperimenti di molecular modelling.