Attualmente sono in corso numerosi studi per lo sviluppo di strategie di drug delivery che permettano la veicolazione di principi attivi in organismi viventi. Particolare interesse è rivolto allo sviluppo di nanoparticelle biopolimeriche (NPs), sistemi di trasporto di sostanze bioattive a basso peso molecolare e di macromolecole verso specifici organi, tessuti e cellule. Sebbene in campo biomedico le strategie di somministrazione di farmaci per mezzo di NPs biopolimeriche si stiano sviluppando molto rapidamente, al contrario la ricerca sulle potenziali applicazioni in agricoltura procede lentamente a causa della quantità limitata di informazioni circa i meccanismi di internalizzazione e circa il destino delle NPs nella cellula vegetale. Nel corso degli anni, sono stati selezionati una varietà di polimeri naturali e sintetici per la preparazione delle NPs. Tra questi materiali, l'acido polilattico (PLA), l'acido poliglicolico (PGA) e il loro copolimero (PLGA) sono stati ampiamente studiati per la comprovata biocompatibilità e biodegradabilità. Lo scopo del mio progetto è quello di studiare i meccanismi con cui avviene l'internalizzazione di PLGA-NPs in diverse specie modello quali Vitis vinifera, Arabidopsis thaliana e Nicotiana tabacum, utilizzando colture cellulari (come sistema ultra-semplificato) e piantine coltivate in condizioni controllate (come sistema semplificato) al fine di chiarire i percorsi endocitici attraverso i quali le PLGA-NPs penetrano nelle cellule vegetali. Inoltre, una parte della ricerca riguarderà lo studio dell'assorbimento di PLGA-NPs in cellule fungine come Botrytis cinerea e Aspergillus spp. I risultati potrebbero dare un contributo allo studio delle vie endocitotiche nelle piante e alla ricerca applicata in campo agronomico, come sistema nanotecnologico per un'agricoltura sostenibile.
Le nanotecnologie in agricoltura rappresentano un settore nuovo ed in crescita soprattutto per migliorare l'efficacia di agrochimici e per renderli meno tossici per l'uomo, per l'ambiente e per la pianta stessa. Un presupposto essenziale per l'uso di NPs in campo agronomico è la comprensione del loro meccanismo di assorbimento, trasporto e accumulo a livello cellulare. Ad oggi, le conoscenze sui meccanismi di internalizzazione e trasporto di NPs nella cellula vegetale, nella pianta e nei funghi sono scarse. In letteratura sono riportati solo pochi recenti studi svolti nel nostro laboratorio (Valletta et al, 2014. Poly (lactic-co-glycolic) acid nanoparticles uptake by Vitis vinifera and grapevine-pathogenic fungi. J Nanopart Res, 16:2744; Palocci et al, 2017. Endocytic pathways involved in PLGA nanoparticle uptake by grapevine cells and role of cell wall and membrane in size selection. Plant Cell Rep, 36:1917-1928). Il progetto proposto sarà condotto utilizzando nanocapsule di PLGA-NPs tal quali o caricate di una sonda fluorescente o caricate di un antifungino. I trattamenti saranno condotti in diverse specie modello quali Vitis vinifera, Arabidopsis thaliana e Nicotiana tabacum, utilizzando sia colture cellulari (come sistema ulta-semplificato), sia piantine coltivate in condizioni controllate (come sistema controllato). Lo studio, oltre che per fini applicativi, verrà condotto anche per ottenere informazioni circa i meccanismi con cui avviene l'endocitosi nella cellula vegetale, ancora poco conosciuti. Infatti, se l'uptake delle PLGA-NPs nella cellula vegetale seguisse esclusivamente la via endocitica clatrina-dipendente, tutte le NPs sarebbero dirette al compartimento litico e degradate, quindi risulterebbero inutilizzabili in campo agronomico. Verrà studiato anche l'assorbimento di PLGA-NPs caricate con Fluopyram, un nuovo fungicida che si sta dimostrando attivo in ceppi fungini resistenti ad altre molecole. Le specie fungine scelte tra i patogeni delle piante sono Botrytis cinerea e Aspergillus spp. Un'altra novità del progetto riguarderà il possibile utilizzo di antifungini naturali, estratti vegetali ottenuti anche da materiali di scarto della filiera vitivinicola, da utilizzare come strategia innovativa per proteggere le piante in modo sostenibile e sicuro.