Le infezioni batteriche si manifestano con l'invasione e la successiva moltiplicazione dei batteri nei tessuti e/o nel sangue di organismi superiori. Nel caso in cui la patogenicità del batterio superi le capacità difensive dell'organismo si ha l'insorgenza dell'infezione. Tra gli approcci più innovativi nel controllo delle infezioni batteriche è emerso di recente l'uso di nanoparticelle d'argento (AgNPs). Questa tendenza è compatibile con una maggiore superficie reattiva delle NPs rispetto al metallo massivo e ad una dimensione comparabile con quella delle macromolecole biologiche. Per queste ragioni, le AgNPs presentano un'intrinseca e peculiare attività battericida. Tuttavia, all'interno di un organismo entrano in gioco diversi fattori che possono determinare una dispersione dal sito target, causando una riduzione dell'efficacia e l'insorgere di possibili effetti indesiderati. L'uso di materiali quali gli idrogel come carrier in grado di intrappolare le nanoparticelle, eviterebbe la perdita del contenuto bioattivo. Il presente progetto di ricerca avrà come obiettivo la preparazione di idrogeli peptidici compositi contenenti AgNPs funzionalizzate con leganti idrofili. Verranno utilizzati enzimi lipolitici commerciali per biosintetizzare Fmoc-tripeptidi autoassemblanti mediante una reazione di idrolisi inversa in ambiente acquoso partendo da un dipeptide e un amminoacido protetto dal gruppo Fmoc. Il tripeptide così formato agisce da idrogelatore autoassemblando in acqua a formare una struttura tridimensionale in grado di trattenere l'acqua stessa. Verranno messe a punto ed ottimizzate le procedure sintetiche per la preparazione in situ di AgNPs stabilizzate da leganti che ne prevengano l'aggregazione all'interno dell'idrogel a partire da sali di argento a basso costo quali precursori (es. AgNO3); verrà inoltre valutata la possibilità di impiego di sostanze riducenti/stabilizzanti ecosostenibili per la sintesi delle AgNPs.
Negli ultimi anni la ricerca scientifica in campo biomedico sta rivolgendo la propria attenzione verso la somministrazione controllata di farmaci per tempi prolungati, al fine di minimizzare i possibili effetti collaterali derivanti dal sovradosaggio. Per questo motivo si stanno studiando e realizzando biomateriali in grado di intrappolare, trattenere e rilasciare molecole bioattive nel tempo ed in funzione di particolari stimoli chimico-fisici. Affinché tali materiali possano essere utilizzati in campo biologico, devono essere costituiti da molecole biocompatibili e biodegradabili.
Il presente progetto si propone di realizzare un idrogel composito contenente AgNPs, che gli conferiranno proprietà antibatteriche. È infatti ormai noto come l'argento abbia un'azione battericida nei confronti di molti ceppi di batteri. L'intrappolamento in una matrice allo stato gel favorisce il trasporto nel sito target dove svolgere la propria azione, la protezione delle nanoparticelle dall'ambiente esterno e la riduzione della dispersione in siti indesiderati. L'utilizzo di un idrogel che contenga le AgNPs risulta interessante soprattutto per applicazioni biomediche ad uso topico. Ad oggi, tra i prodotti in commercio utilizzati per combattere le infezioni che si sviluppano nelle ferite, ci sono diversi antimicrobici a base di argento, come argento ionizzato o sulfadiazionico, pomate a base di sulfadiazina d'argento come ad esempio il Sofargen, o medicazioni contenenti argento microionizzato in grado di ridurre la recidiva settica dovute ad ulcere degli arti inferiori. In tale ambito, il materiale composito che ci proponiamo di realizzare risulta innovativo per diversi aspetti. L'idrogel che ci proponiamo di realizzare sarà costituito da un network tridimensionale a base peptidica, quindi altamente biocompatibile e biodegradabile, e in grado di trattenere nel mezzo di reazione in cui sarà formato, l'acqua e le molecole in esso disciolte. Il network sarà realizzato a partire da Fmoc-tripeptidi, sintetizzati enzimaticamente in un ambiente acquoso, che sono in grado di autoassemblarsi in strutture ordinate. Un altro elemento di novità è legato all'uso di AgNPs funzionalizzate con leganti idrofili e a diametro controllato. La sintesi di idrogeli peptidi contenenti AgNPs, verrà realizzata anche mediante l'uso di metodologie green quali l'utilizzo di sostanze naturali quali gli zuccheri riducenti per la preparazione delle AgNPs permettendo di ottenere compositi mediante procedure sostenibili, inquanto si ridurrà significativamente l'uso di reagenti di sintesi.
Il conferimento di caratteristiche idrofile alle AgNPs, con presenza di una carica superficiale netta, potrebbe inoltre favorire applicazioni nell'ambito del trasporto e rilascio di farmaci con scarsa solubilità in ambiente acquoso.
La versatilità chimica del core metallico consente l'utilizzo di tioli in miscela, con modulazione delle relative caratteristiche superficiali. Tale approccio di recente sviluppo, consentirebbe di ottenere nanoparticelle metalliche con caratteristiche specifiche e modulabili rispetto a quelle funzionalizzate con tioli singoli.
Lo sforzo maggiore sarà volto all'individuazione di agenti stabilizzanti che assicurino allo stesso tempo:
a) Dimensione sferica nel range 1-30 nm e stabilità nei confronti dell'aggregazione
b) Protocolli di sintesi sostenibili che assicurino riproducibilità e buona qualità dei prodotti finali
c) Caratteristiche compatibili con l'applicazione finale