La curcumina è una sostanza poliossidrilata prodotta dalla pianta originaria dell'Asia sud-orientale Curcuma longa. Largamente utilizzata nella cucina asiatica come spezia da almeno 2500 anni, la curcuma ha recentemente attratto l'attenzione della comunità scientifica per alcune proprietà riconducibili in gran parte alla presenza del suo maggior costituente, la curcumina. Questa sostanza possiede attività antiossidante, anti infiammatoria e antisettica oltre ad essere un potenziale candidato per la messa a punto di farmaci antineoplastici. La curcumina si è dimostrata infatti capace di inibire l'espressione di oncogeni e di interagire con proteine della famiglia Bcl-2 promuovendo l'apoptosi cellulare. Purtroppo la molecola presenta una bassa biodisponibilità dovuta alla scarsa solubilità ed all'elevata facilità di idrolisi nei mezzi biologici. L'abilità della curcumina di chelare ioni metallici stabilizzando la sua struttura e mantenendo le proprietà farmacologiche potrebbe, però, aiutare a superare il problema. Inoltre, l'interazione tra curcumina e metalli risulta di grande interesse dal momento che recentemente si sta investigando la possibilità di utilizzare la molecola per combattere il morbo di Alzheimer sfruttando le proprietà chelanti della stessa.
Questo progetto si propone di utilizzare la spettromeria di massa in combinazione con la spettroscopia di dissociazione indotta da assorbimento multiplo di fotoni IR (IRMPD) per indagare le proprietà intrinseche della curcumina concentrandoci su caratteristiche fondamentali della molecola come il sito di protonazione ed i siti di chelazione di metalli biocompatibili, in particolare rame e zinco. Lo studio degli assorbimenti IR registrati in fase gassosa tramite spettroscopia IRMPD sarà coadiuvato dall'utilizzo di calcoli teorici in grado di assegnare le bande sperimentali a modi vibrazionali specifici garantendo una fine caratterizzazione della distribuzione di isomeri e conformeri nella popolazione campionata.
Nonostante il grande interesse suscitato dalla curcumina in seguito alla scoperta delle sue proprietà antineoplastiche e di contrasto al morbo di Alzheimer [1-6], le proprietà strutturali di questa molecola protonata e dei suoi complessi con Cu(II) e Zn(II) non sono state studiate nel dettaglio tramite metodi spettroscopici. Lavori di calcolo hanno analizzato la struttura della curcumina neutra e calcolato alcune sue proprietà (assorbimenti UV-Vis e comportamento magnetico)[13], ma non sono presenti lavori sulla protonazione di questa molecola che potrebbero gettare luci sul suo comportamento nell'ambiente acido dello stomaco. Per quanto riguarda l'interazione con metalli, alcuni lavori prevalentemente di calcolo hanno proposto delle geometrie che coinvolgono l'interazione del metallo con il nucleo cheto-enolico e l'inclusione di due molecole di solvente nella sfera di coordinazione del metallo oppure la formazione di complessi in cui due molecole di curcumina si coordinano al metallo.[6, 14, 15] La possibilità di formare strutture di questo tipo, unita alla forte affinità del complesso monovalente di curcumina con rame per l'acqua, che porta alla formazione di specie mono- o poli-solvatate, rende quindi difficile ottenere una caratterizzazione conformazionale adeguata dei complessi attraverso l'utilizzo di tecniche spettroscopiche tradizionali.[15] Da questo punto di visto la spettroscopia IRMPD permette di lavorare e ottenere dati sui modi vibrazionali di specie precedentemente isolate in base al loro rapporto massa su carica in fase gassosa, permettendo di eliminare gli effetti del solvente e di selezionare specie che presentino il nucleo di rame o libero da interazioni con molecole d'acqua o coordinato da una o più di queste molecole di solvente.
La possibilità di ottenere informazioni strutturali e vibrazionali fini sui complessi di curcumina con rame(II) e zinco(II) potrebbe essere di grande utilità nello sviluppo di farmaci, in particolare contro l'Alzheimer [5, 6, 14], e nello sviluppo di agenti antiossidanti, in quanto la curcumina coordinata con rame(II) ha dimostrato di essere una specie con attività similare a quella dell'enzima superossido dismutasi.[16] Inoltre, l'opportunità di studiare in fase gassosa complessi con un numero crescente di molecole di solvente coordinate con il nucleo metallico permetterà di evidenziarne l'influenza sulla struttura del legante organico e sul suo comportamento una volta sottoposto all'attivazione tramite assorbimento di fotoni IR.
[13] R. Benassi, E. Ferrari, S. Lazzari, F. Spagnolo, M. Saladini, Theoretical study on Curcumin: A comparison of calculated spectroscopic properties with NMR, UV¿vis and IR experimental data, J. Mol. Struct. 892, 2008, 168-176.
[14] L. Shen, H.-Y. Zhang, H.-F. Ji, A theoretical study on Cu(II)-chelating properties of curcumin and its implications for curcumin as a multipotent agent to combat Alzheimer's disease, J. Mol. Struct.: THEOCHEM, 757, 2005, 199-202.
[15] X.-Z Zhao, T. Jiang, L. Wang, H. Yang, S. Zhang, P. Zhou, Interaction of curcumin with Zn(II) and Cu(II) ions based on experiment and theoretical calculation, J. Mol. Struct. 984, 2010, 316-325.
[16] A. Barik, B. Mishra, L. Shen, H. Mohan, R. M. Kadam, S. Dutta, H.-Y. Zhang, K. I. Priyadarsini, Evaluation of a new copper(II)-curcumin complex as superoxide dismutase mimic and its free radical reactions, Free Radical Biology and Medicine, 39, 2005, 811-822.