RICERCA ITALIANA     

UN APPROCCIO INTEGRATO ALLA SINTESI, CARATTERIZZAZIONE E FUNZIONE DI BIOPOLIMERI EUMELANICI DERIVANTI DA 5,6-DIIDROSSIINDOLI E LORO MISCELAZIONE CON POLIMERI CONVENZIONALI E COMPOSITI

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

Scopo del progetto è di unire per la prima volta le competenze di gruppi di ricerca attivi nel campo delle sostanze organiche naturali e dei biopolimeri, della chimica fisica organica, della spettrometria di massa, della risonanza elettronica paramagnetica, dell’elettrochimica, e delle scienze e ingegneria dei polimeri per affrontare in maniera sinergica importanti problematiche concernenti la struttura e il meccanismo di formazione delle eumelanine, un gruppo caratteristico di pigmenti naturali derivanti dalla polimerizzazione ossidativa del 5,6-diidrossiindolo (DHI), dell’acido 2-carbossilico (DHICA) e metaboliti correlati, e per valutare le potenzialità di questi biopolimeri in campo tecnologico. La peculiarità delle eumelanine nell’ambito dei pigmenti naturali è legata al ruolo centrale che esse svolgono nella pigmentazione dei mammiferi e dell’uomo, in cui sono presenti nella pelle, negli occhi, nei capelli e nella substantia nigra. L’importanza sociale e biomedica delle eumelanine è testimoniata dalla loro rilevanza nella pigmentazione etnica, nella fotoprotezione cutanea e in disordini quali albinismo, vitiligine, melanoma e morbo di Parkinson. Recentemente le eumelanine sono diventate oggetto di interesse come potenziali materiali organici funzionali “soft” per le loro inusuali proprietà chimico-fisiche, tra cui lo spettro di assorbimento monotonico nell’intervallo UV-visibile; la presenza di specie radicaliche persistenti e inducibili, evidenziabili mediante EPR; la capacità di legare metalli, le proprietà redox, e la conducibilità elettrica. Secondo alcuni autori, le eumelanine sono semiconduttori amorfi formati da aggregati di particelle, e per tale motivo lo studio di film di eumelanine ottenuti per elettropolimerizzazione di 5,6-diidrossiindoli ha attratto di recente notevole interesse, stimolando ulteriormente la ricerca nel settore. Nonostante i numerosi studi, tuttavia, la struttura delle eumelanine rimane tuttora un enigma, principalmente a causa della completa insolubilità, dell’eterogeneità strutturale, e della mancanza di proprietà spettroscopiche ben definite. Sono tuttora ignoti il peso molecolare medio e il grado di polimerizzazione delle unità 5,6-diidrossiindoliche; il meccanismo di formazione degli oligomeri; l’origine del segnale EPR; la struttura tridimensionale della particella melanica. Lo studio della polimerizzazione ossidativa dei 5,6-diidrossiindoli, in combinazione con la caratterizzazione diretta dei pigmenti, rappresenta al momento l’approccio più promettente per elaborare un modello strutturale realistico delle eumelanine, anche nella prospettiva di mimare il processo naturale della melanogenesi per produrre nuovi materiali dotati di proprietà e caratteristiche strutturali ottimali. Il programma di ricerca sarà pertanto rivolto alla comprensione del meccanismo di ossidazione dei 5,6-diidrossiindoli e dei loro oligomeri, e del processo di conversione di questi nelle particelle melaniche; allo studio delle proprietà radicaliche delle eumelanine, e dei fattori strutturali che le determinano; allo sviluppo di un modello computazionale DFT che consenta di prevedere i meccanismi di polimerizzazione e le proprietà degli intermedi e dei polimeri; alla individuazione di sistemi per il controllo della polimerizzazione e della elettropolimerizzazione dei 5,6-diidrossiindoli al fine di realizzare polimeri biocompatibili, film melanici e compositi di potenziale interesse tecnologico, ad es. nel campo dell’elettronica, dei sensori e dei materiali con proprietà fotovoltaiche. Il raggiungimento di tali obiettivi dipenderà in gran parte dalla comprensione degli effetti dell’aggregazione e dei processi redox sulla formazione degli strati di oligomeri indolici e sulle loro proprietà ottiche. Il progetto si avvale di una solida base di partenza scientifica, maturata in oltre 20 anni di ricerca, e si svilupperà in maniera fortemente coordinata attraverso la stretta interazione dei gruppi partecipanti. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Marco D'ischia Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

La comprensione della chimica ossidativa dei 5,6-diidrossiindoli e la caratterizzazione strutturale delle eumelanine costituiranno il tema centrale del progetto che sarà rivolto al conseguimento dei seguenti obiettivi specifici:
1: La definizione del meccanismo di accoppiamento ossidativo dei 5,6-diidrossiindoli e dei loro oligomeri. In questo ambito, obiettivi principali saranno lo sviluppo di protocolli sintetici per la preparazione di derivati 5,6-diidrossiindolici; la sintesi, l’isolamento e la caratterizzazione strutturale degli oligomeri superiori dei 5,6-diidrossiindoli, es. tetrameri del DHI ed esameri del DHICA; la definizione del meccanismo di dimerizzazione dei monomeri indolici, con particolare riferimento al meccanismo di formazione del dimero 2,2’-biindolile per ossidazione del DHI promossa da ioni metallici; il meccanismo di accoppiamento ossidativo dei dimeri del DHI e del DHICA per dare oligomeri superiori; i fattori che determinano la regiochimica delle reazioni e l’effetto delle differenti condizioni di reazione, quali ad es. l’ossidazione chimica, l’ossidazione enzimatica e l’elettropolimerizzazione.

2: La determinazione del meccanismo di crescita delle particelle melaniche per assemblaggio degli oligomeri indolici. Risultati attesi per questo obiettivo specifico sono: la determinazione del modo in cui si formano le particelle melaniche, per estensione delle catene oligomeriche o per impilamento attraverso interazioni pi di oligomeri relativamente corti; la definizione del meccanismo di interazione delle unità monomeriche con le particelle in crescita, es. per adsorbimento fisico o attraverso un processo redox con il polimero preformato; lo studio dell’effetto sulla struttura e sulle proprietà del polimero delle condizioni di ossidazione, es. chimica, enzimatica, o elettrochimica; la comprensione del meccanismo di aggregazione delle particelle facendo uso di differenti mezzi in cui condurre le reazioni di ossidazione, es. solventi organici, liquidi ionici, o matrici polimeriche.

3: Lo studio delle caratteristiche radicaliche delle eumelanine e degli intermedi oligomerici. Obiettivi principali saranno la identificazione di segnali EPR durante l’ossidazione del DHI in presenza ed in assenza di ioni metallici; la caratterizzazione degli elementi strutturali responsabili del segnale EPR dei polimeri eumelanici; lo studio dell’effetto delle diverse condizioni di ossidazione, es. chimica, enzimatica o elettrochimica, nonché dell’aggregazione e dello stato redox sugli spettri EPR dei pigmenti; la valutazione dell’influenza dei sostituenti elettronattrattori (es. carbossile) o elettrondonatori (es. un gruppo alchilico) sul nucleo 5,6-diidrossiindolico sul segnale EPR dei polimeri; il confronto delle proprietà radicaliche di polimeri ottenuti per ossidazione di monomeri e di dimeri; e la determinazione dei fattori che influenzano le popolazioni di radicali “estrinseci” indotte da radiazioni UV-visibili.

4: Lo sviluppo e l’applicazione di modelli computazionali di tipo DFT per la previsione dei meccanismi di reazione e delle proprietà chimico-fisiche e spettroscopiche di intermedi e polimeri. Obiettivi principali saranno lo studio computazionale di interemdi oligomerici prodotti durante l’ossidazione dei 5,6-diidrossiindoli; lo sviluppo di un modello specifico per studiare le principali specie transienti prodotte per ossidazione dei dimeri; il calcolo dello spettro di assorbimento di presunti intermedi prodotti durante la crescita del pigmento melanico; la previsione delle proprietà EPR di specie intermedie e presunti precursori oligomerici del pigmento.

5: La messa a punto di metodologie efficaci e pratiche per controllare il meccanismo di polimerizzazione dei 5,6-diidrossiindoli o per la preparazione di blends polimeriche per ottenere nuovi materiali biocompatibili e compositi con proprietà compatibili con possibili applicazioni come sistemi fotoassorbenti, sensori, conduttori organici, o filtri solari.

Il raggiungimento di tutti gli obiettivi previsti fornirà una visione del tutto nuova della complessa organizzazione strutturale dei polimeri melanici, forse uno degli ultimi enigmi nella chimica dei pigmenti organici naturali e dei biopolimeri, e offrirà una base di partenza avanzata per lo sfruttamento delle peculiari proprietà chimico-fisiche di eumelanine opportunamente progettate per applicazioni innovative.
Tali obiettivi appaiono realistici per i seguenti motivi:
1) il coordinatore scientifico ed il suo gruppo a Napoli hanno una consolidata esperienza nella chimica dei 5,6-diidrossiindoli, paragonabile a quella di pochissimi altri gruppi al mondo; ed è la prima volta che i temi cruciali della chimica ossidativa dei 5,6-diidrossiindoli e della struttura delle eumelanine vengono affrontati da differenti angolazioni da un gruppo di esperti strettamente coordinati tra loro.
2) Studi precedenti ed in corso nel laboratorio del coordinatore hanno già posto le basi per promettenti risultati nella sintesi di oligomeri 5,6-diidrossiindolici, nella definizione del meccanismo di polimerizzazione e nella analisi computazionale del processo di formazione del pigmento. Gran parte dei risultati è stata ottenuta attraverso un programma di ricerca in collaborazione con il Dr E.J. Land a Daresbury, dove sono disponibili apparecchiature di radiolisi ad impulsi e le necessarie competenze tecnico-scientifiche.
3) I gruppi di ricerca impegnati nel progetto coprono un ampio spettro di competenze che vanno dalla chimica organica alla chimica computazionale, alla chimica fisica, alla risonanza elettronica paramagnetica, alla spetttrometria di massa, alla scienza dei materiali. Tali competenze sono documentato da numerose pubblicazioni di elevata qualità e saranno integrate in maniera sinergica in un solido legame di collaborazione scientifica.
4) Il programma è stato concepito in modo da promuovere la collaborazione e l’interazione tra i gruppi in tutti gli aspetti della ricerca. I risultati di ciascun gruppo saranno utilizzati da tutti gli altri, e sono previsti costanti interazioni tra i laboratori partecipanti. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il presente progetto di ricerca è rivolto allo studio della struttura, meccanismo di formazione e proprietà delle eumelanine, i principali pigmenti dell’uomo e dei mammiferi, attraverso un approccio integrato al meccanismo di polimerizzazione ossidativa dei 5,6-diidrossiindoli, alla caratterizzazione delle proprietà chimico-fisiche dei pigmenti risultanti e alla valutazione delle loro possibili applicazioni tecnologiche. La ricerca sulle eumelanine ha tratto origine dagli studi sulla pigmentazione umana, in quanto sia nell’uomo che nei mammiferi la pigmentazione cutanea dipende per la maggior parte dalla presenza e dai livelli di melanine e pigmenti relazionati nell’epidermide (Prota, 1992). Le melanine di solito vengono suddivise in due classi principali, le eumelanine, nere ed insolubili, ampiamente diffuse nel regno animale, e le feomelanine, varianti di colore giallo-bruno rossiccio contenenti zolfo. Oltre che nei mammiferi, le eumelanine si rinvengono anche in organismi inferiori, quali ad es. i cefalopodi, dove sono prodotte in ghiandole specializzate per la formazione dell’inchiostro nero che gli animali emettono in situazioni di pericolo. Nella cute dei mammiferi, le eumelanine, come le feomelanine, sono prodotte in cellule altamente specializzate, i melanociti. In queste cellule, la biosintesi delle eumelanine è iniziata dalla ossidazione della tirosina a dopachinone catalizzata dalla tirosinasi (Land et al., 2003). Questo subisce ciclizzazione ossidativa per dare il 5,6-diidrossiindolo (DHI) e l’acido 5,6-diidrossiindol-2-carbossilico (DHICA) attraverso un 2,3-diidro-1H-indol-5,6-dione intermedio di colore rosso, il dopacromo. La polimerizzazione ossidativa del DHI e del DHICA fornisce quindi le eumelanine all’interno di organelli detti melanosomi. Il ruolo dei 5,6-diidrossiindoli come precursori essenziali delle eumelanine è noto sin dall’inizio del secolo scorso (Raper, 1927) ed è esemplificato in vitro dalla loro rapida conversione a pigmenti neri insolubili per reazione con ossidanti chimici o enzimatici, radiazioni UV, o per semplice esposizione all’aria in tampone neutro a pH fisiologico. L’importanza socio-economica e biomedica delle eumelanine è nota da tempo e deriva dal loro ruolo centrale nella pigmentazione etnica, nella fotoprotezione cutanea, nell’abbronzatura e in alcuni disordini del sistema pigmentario, quali l’albinismo, la vitiligine e il melanoma (Prota, 1992). Inoltre, un pigmento relazionato alle eumelanine, la neuromelanina, si rinviene nei neuroni dopaminergici pigmentati della substantia nigra pars compacta, ed è stato implicato nella etiopatogenesi del morbo di Parkinson, un disordine neurodegenerativo della terza età (Fedorow et al., 2005). Per la capacità di assorbire la luce visibile, le eumelanine sono state tradizionalmente considerate agenti fotoprotettivi della pelle e degli occhi. Tale visione sarebbe avvalorata dalla minore suscettibilità alle radiazioni UV e dalla minore incidenza di tumori cutanei in individui dalla carnagione scura. Inoltre, le eumelanine si rinvengono negli occhi nell’epitelio pigmentato della retina (RPE) dove si ritiene svolgano una funzione fotoprotettiva assorbendo radiazioni ed interagendo con specie radicaliche reattive (Seagle et al., 2005). Il ruolo fotoprotettivo delle eumelanine è di particolare rilievo se si considera che la morte delle cellule del RPE è associata alla patogenesi della degenerazione maculare dell’età senile (AMD), la principale causa di cecità per gli anziani sopra i 60 anni nei paesi sviluppati.
Più recentemente le eumelanine hanno attratto l’interesse di biofisici e di ricercatori nel campo dei materiali organici funzionali “soft” per le loro peculiari proprietà chimico-fisiche (Meredith et al., 2006). Esse infatti sono dei solidi amorfi costituiti da particelle (Sarna and Swartz, 1998; Nofsinger et al., 2000). E’ interessante a tale riguardo definire qual è la minima unità molecolare che presenti le caratteristiche della melanina e che si aggreghi in soluzione. Esperimenti di wide-angle x-ray scattering (WAXS) hanno portato alla elaborazione di modelli per una struttura “locale” della eumelanina (Cheng et al., 1994) in cui cinque-sette unità indolchinoniche si dispongono in strati impilati distanti 3,4 Å (Simon and Ito, 2004, Clancy and Simon, 2001). Studi di campioni di eumelanina, ottenuta per precipitazione da sospensioni diluite su grafite pirolitica altamente orientata, mediante scanning tunneling microscopy (STM) (Zajac et al., 1994) hanno evidenziato strutture compatte tridimensionali compatibili con il modello di oligomeri indolchinonici impilati. Immagini ottenute con microscopia a forza atomica (AFM) di eumelanina da DHI mostrano la presenza di particelle; i campioni colloidali hanno particelle di altezza media di 13.8 Å, mentre l’altezza media di particelle ottenute per deposizione elettrochimica è di 27.9 Å che corrisponderebbe a circa 6-7 strati impilati, in grossolano accordo con strutture molecolari di 2 nanometri (Gallas et al., 1999, 2000).
Le eumelanine mostrano un assorbimento ampio e monotonico nell’intervallo UV-visibile per il quale manca una spiegazione soddisfacente (Sarna and Swartz, 1998). Le proprietà ottiche sembrano essere una funzione complessa di fenomeni di assorbimento, riflessione e diffusione della radiazione alle varie lunghezze d’onda.
Tutte le eumelanine, sia naturali che sintetiche, contengono radicali persistenti (intrinseci) ed inducibili. In presenza di radiazione visibile o UV, il segnale CW-EPR cresce fino ad uno stato stazionario accompagnato dalla fotoproduzione di radicali estrinseci, per poi decadere reversibilmente al segnale originale intrinseco (Seagle et al., 2005).
Le eumelanine legano metalli e sostanze farmaceutiche (Sarna and Swartz, 1998), subiscono ossidoriduzione e seguono vie di conversione non radiative degli stati elettronici fotoeccitati (Meredith and Riesz, 2004), hanno capacità antiossidanti e di scavenger di radicali, e mostrano conducibilità elettrica in fase condensata. In relazione a quest’ultima proprietà si è speculato che le eumlanine potessero fungere da semiconduttori amorfi bio-organici (McGinness et al., 1974; Tran et al., 2006). L’insieme di tali proprietà ha portato a proporre un utilizzo dei pigmenti in campoi tecnologico come solidi elettronici funzionali soft (Meredith et al, 2006) con buona biocompatibilità e biodisponibilità. Di conseguenza, l’interesse per le eumelanine ed i 5,6-diidrossiindoli è cresciuto esponenzialmente negli ultimi anni ben oltre il tradizionale ambito biomedico (d’Ischia et al., 2005).
Nonostante intensi studi da oltre 50 anni, la struttura delle eumelanine e le loro proprietà chimico-fisiche restano un enigma, e finanche il loro ruolo biologico è oscuro. Tale situazione è dovuta a varie caratteristiche sfavorevoli delle eumelanine, tra cui una generale intrattabilità, un’eterogeneità chimica e la mancanza di proprietà spettroscopiche ben definite (Prota, 1992; Prota et al., 1998). Non è noto quale sia il grado di polimerizzazione dei 5,6-diidrossiindoli nei pigmenti, quale sia l’unità strutturale tridimensionale di base, e quali siano i meccanismi di assemblaggio degli oligomeri. Interessanti indicazioni strutturali sono state ottenute utilizzando la spettrometria di massa MALDI (Napolitano et al., 1996; Pezzella et al., 1997a). I risultati di vari esperimenti hanno rivelato la presenza in pigmenti sia naturali che sintetici di specie compatibili con oligomeri del DHI e del DHICA parzialmente degradati.
A causa delle molteplici difficoltà incontrate nello studio diretto delle eumelanine, un approccio ampiamente utilizzato per la definizione del meccanismo di formazione e della struttura di questi pigmenti si basa sullo studio della chimica ossidativa dei 5,6-diidrossiindoli. Tale processo riveste interesse anche nella prospettiva di imitare la natura per produrre nuovi materiali e di adattare le eumelanine in modo da migliorarne le proprietà e preparare pigmenti sintetici a struttura controllata per applicazioni tecnologiche (Meredith et al., 2006).
Studi rivolti alla caratterizzazione delle specie che si generano nei primi stadi dell’ossidazione dei 5,6-diidrossiindoli hanno portato all’isolamento di una serie di dimeri e trimeri (d’Ischia et al., 2005), le cui strutture hanno rivelato una inattesa propensione all’accoppiamento attraverso legami 2,2’-, 2,4’- e 2,7’-, come si evince dai dimeri isolati. 2,2’-Biindolili si ottengono esclusivamente in presenza di cationi metallici quali rame, zinco e nichel, mentre i 2,4’- e i 2,7’-biindolili si formano in assenza di metalli. Tale regiochimica riflette il peculiare pattern di sostituzione dei 5,6-diidrossiindoli, che ricorda quello dei 2,3-diidrossinaftaleni, e orienta notevole densità elettronica verso la posizione 2 dell’anello indolico. Il decorso dell’ossidazione dipende dal pH. In mezzo acido, l’osidazione del DHI porta alla formazione di esaidrossidiindolocarbazoli isomeri come pigmenti blu che precipitano dalla soluzione (Manini et al., 1998).L’ossidazione del DHICA porta principalmente a prodotti di accoppiamento in 4- e 7-, con un minore coinvolgimento della posizione 3 (Pezzella et al., 1997b). Trimeri lineari del DHICA sono stati isolati come differenti atropoisomeri, fornendo evidenza del carattere chirale degli oligomeri iniziali. In uno studio della chiralità di questi sistemi, è stato preparato un tetramero regiosimmetrico per ossidazione del 4,4’-biindolile. Gli enantiomeri del tetramero sono stati risolti , e le configurazioni assolute sono state assegnate col metodo della chiralità eccitonica (Pezzella et al., 2002; 2003). Sebbene il meccanismo di accoppiamento ossidativo dei 5,6-diidrossiindoli sia ancora oscuro, le strutture degli oligomeri inducono a ritenere che la dimerizzazione comporti l’attacco nucleofilo dell’indolo al 5,6-indolchinone. Utili informazioni sono state ottenute da studi di radiolisi ad impulsi. L’ossidazione monoelettronica del DHI in soluzione acquosa a pH 7.4 porta ad una specie transiente iniziale con massimi a 330 nm e 490 nm (Lambert et al., 1989), attribuibili ad un radicale all’ossigeno (semichinone) (Felix and Sealy, 1981). Sebbene non vi siano dubbi sulla natura dei semichinoni derivanti dalla ossidazione monoelettronica dei 5,6-diidrossiindoli, esistono numerose incertezze sui prodotti di conversione di tali semichinoni. Appare probabile che la reazione comporti un disproporzionamento con formazione dell’indolchinone che può isomerizzare rapidamente a tautomeri di tipo chinonmetide o chinonimmina.
Nulla è noto sulla chimica ossidativa degli oligomeri dei 5,6-diidrossiindoli, a causa anche della mancanza di procedure soddisfacenti per la sintesi dei dimeri. Inoltre, ogni tentativo di studiare le specie che si generano molto dopo lo stadio dei dimeri è risultato infruttuoso per la complessità delle miscele di reazione e la loro insolubilità e instabilità. Ciò nonostante, il raggiungimento di questo obiettivo appare essenziale in quanto la identificazione delle specie che si formano per ossidazione degli intermedi oligomerici e la loro caratterizzazione spettrofotometrica unitamente alle cinetiche di reazione e alla loro reattività potranno fornire nuove importanti indicazioni sulle modalità di formazione e sulle caratteristiche strutturali del polimero eumelanico.
Le proprietà antiossidanti e fotoprotettive delle eumelanine hanno fornito lo spunto per numerosi studi computazionali sui 5,6-diidrossiindoli, sui loro prodotti di ossidazione, sui dimeri e su modelli oligomerici di eumelanine (Galvao and Caldas, 1988, 1990a,b). Le stabilità relative e le energie di eccitazione dei tautomeri del 5,6-diidrossiindolo e del 5,6-indolchinone sono state esaminate al livello DFT, con i funzionali B3LYP e PBE0 (Il’ichev and Simon, 2003). Approcci ab-initio e semiempirici sono stati inoltre utilizzati per esaminare la capacità delle varie specie di fungere da accettori di elettroni (Bolívar-Marinez et al., 1999). Oltre alla descrizione strutturale, questi studi hanno consentito una correlazione fra le proprietà ottiche calcolate e quelle misurate sulle eumelanine, ed hanno fornito un nuovo supporto al modello di semiconduttore proposto per le melanine (Longuet-Higgins, 1960). Studi mediante il funzionale di densità (DFT) sono stati condotti sui monomeri e vari dimeri (Stark et al., 2003a) ed hanno fornito indicazioni in buon accordo con quelle degli studi ab initio (Bolivar-Martinez et al., 1999) e con quelle dei dati sperimentali. Questi studi DFT sono stati quindi estesi ad oligomeri di maggiori dimensioni (Stark et al., 2003b), e in questo caso gli spettri calcolati sono stati interpretati nel senso del modello a “struttura locale” delle eumelanine (Cheng et al., 1994; Zajac et al., 1994). Studi più recenti , sia di carattere sperimentale che teorico, stanno tuttavia rimettendo in discussione il modello tradizionale delle eumelanine come semiconduttori organici amorfi a favore di un modello di disordine chimico (Tran et al., 2006). In un ulteriore studio DFT sono state calcolate le proprietà elettroniche e vibrazionali del DHI e del corrispondente chinone, ed è stata esaminata la notevole variazione del gap HOMO-LUMO fra il diidrossiindolo ed il chinone (Powell et al., 2004), un effetto che è rilevante nell’interpretazione degli spettri delle eumelanine. Le proprietà elettroniche di monomeri “impilati” di eumelanine sono state esaminate con metodi semiempirici (INDO), ed i risultati suggeriscono che la carica si localizzi sulle unità monomeriche, e che il trasferimento elettronico avvenga con un meccanismo di salti elettronici (Bochenek and Gudowska-Nowak, 2003). Da notare che un problema di base comune alla maggior parte degli studi teorici è il carattere spesso ipotetico delle strutture sia dei monomeri che delle specie oligomeriche trattate, prive di supporto sperimentale.
Nel quadro dei presupposti scientifici sopra delineati, il presente progetto di ricerca si inserisce a diversi livelli, che sono stati identificati come punti critici per la comprensione della polimerizzazione ossidativa dei 5,6-diidrossiindoli e della formazione delle eumelanine:
1) il meccanismo di accoppiamento ossidativo dei 5,6-diidrossindoli e dei loro oligomeri;
2) il meccanismo di assemblaggio degli oligomeri indolici nella particella eumelanica in crescita, e la natura degli oligomeri di base che formano la particella;
3) i fattori che determinano le proprietà ottiche e radicaliche delle eumelanine, e le caratteristiche strutturali che ne sono responsabili, nonché l’effetto di sostituenti elettron-attrattori o elettron-donatori del sistema 5,6-diidrossiiindolico sulle proprietà finali del polimero;
4) le potenziali applicazioni tecnologiche di polimeri 5,6-diidrossiindolici come materiali biodisponibili e biocompatibili. <<<