RICERCA ITALIANA     

Sintesi e attività di sensibilizzatori di ossigeno di singoletto innovativi per la terapia fotodinamica

Università degli Studi di Milano-Bicocca

Abstract

La Terapia Fotodinamica (Photodynamic Therapy - PDT) è una terapia non invasiva applicabile ad una vasta casistica di tumori e ad altre affezioni di tipo non neoplastico tra cui la degenerazione maculare senile ed alcune infezioni microbiche. Questa tecnica sta acquisendo una importanza sempre maggiore sia come protocollo clinico sia come terapia innovativa per il trattamento specifico di affezioni non accessibili chirurgicamente. Un tipico trattamento fototerapico prevede l’inoculazione di un fotosensibilizzatore ed il suo successivo accumulo selettivo nella regione interessata dall’affezione. Il fotosensibilizzatore è una molecola dotata di una elevata resa quantica per la fotoproduzione dello stato eccitato di tripletto a più bassa energia. Da questo stato, via trasferimento di energia elettronica, si ottiene la formazione di ossigeno di singoletto (1O2), una specie chimica dotata di elevata reattività e breve tempo di vita. Nel caso di sensibilizzatori dotati di elevate rese di tripletto, l’ 1O2 prodotto a partire da ossigeno nel suo stato fondamentale di tripletto e onnipresente nella maggior parte dei tessuti biologici, porta rapidamente alla morte cellulare, sia per necrosi sia per apoptosi, in dipendenza dalla modalità di azione e dalla localizzazione subcellulare del fotosensibilizzatore. Qualora il fotosensibilizzatore non mostri tossicità intrinseca in assenza di illuminazione, solo le aree irraggiate sono interessate dall’azione fototerapica. La prima generazione >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Luca Beverina Università degli Studi di MILANO-BICOCCA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo del progetto è la progettazione, sintesi e completa caratterizzazione chimica, fotofisica e biologica di nuovi sensibilizzatori di ossigeno di singoletto, che siano efficaci in trattamenti fotodinamici su scala animale e adatti, in prospettiva, per applicazioni cliniche sull’uomo. Questa ricerca fortemente interdisciplinare sarà resa possibile riunendo le conoscenze specifiche di esperti in chimica organica (UR I-III-IV), fotofisica (UR I), e terapia fotodinamica (UR II) e si gioverà di un continuo riscontro fra il design di nuovi sistemi attivi e la caratterizzazioni delle loro performances a tutti i livelli. In dettaglio, e sempre tenendo conto dei risultati che via via saranno ottenuti nello sviluppo della ricerca, il progetto si articolerà in 4 attività, distinte per comodità di esposizione, ma sempre fortemente intersecanti:
1) Progettazione e sintesi dei fotosensibilizzatori (UR- I-III-IV): l’attività sarà focalizzata alla preparazione di prototipi di fotosensibilizzatori di seconda generazione dotati dei requisiti minimi per utilizzo in terapia fotodinamica: elevata resa quantica di produzione di ossigeno di singoletto a seguito di eccitazione ad una lunghezza d’onda compresa nella finestra di trasparenza dei tessuti biologici. L’attività sarà articolata nella preparazione e caratterizzazione di due differenti classi di cromofori: a) squaraine, intrinsecamente dotate di assorbimento nel NIR e luminescenti, la cui resa di generazione di ossigeno di >>>

Risultati parziali attesi

Questo progetto porterà ad un sostanziale sviluppo nella progettazione e sintesi di fotosensibilizzatori a base pentafirinica e squarainica per applicazioni in PDT. In dettaglio:
Fotosensibilizzatori squarainici. I cromofori squarainici sono attualmente oggetto di approfonditi studi in numerose applicazioni tecnologiche. In figura 1 sono evidenti due delle più importanti caratteristiche spettroscopiche pertinenti alla PDT di una squaraina a base pirrolica, recentemente descritta dalla UR I. La banda di assorbimento principale delle squaraine è significatamente estesa nella finestra di trasparenza dei tessuti bioogici, con coefficienti di estinzione molare anche superiori a 240000 [l cm-1 mol-1]. Nessun altro fotosensibilizzatore per PDT possiede un assorbimento spettrale in questa regione comparabile con quello descritto. Ad esempio, il coefficiente di estinzione molare del Foscan® a 650 nm raggiunge solamente i s 25000 cm-1 mol-1. L'efficiente assorbimento delle squaraine è spesso connesso con un'emissione di fluorescenza in grado di permettere la caratterizzazione della localizzazione cellulare e subcellulare del cromoforo con tecniche spettroscopiche di fluorescenza. Abbiamo inoltre dimostrato che le squaraine possiedono una intrinseca, seppur migliorabile, capacità di generare ossiegno di singoletto. Le squaraine mostrano quindi di poter avere comportamento teranostico (terapeutico e diagnostico simultaneo).

Nel corso di questo >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La terapia fotodinamica [1] (PDT) è una terapia non invasiva utilizzata nella cura di tumori, di patologie di origine non neoplastica (i.e. degenerazione maculare senile) e di infezioni microbiche. Tale tecnica si avvale dell'uso di due componenti non tossiche (luce e fotosensibilizzatore) che combinate provocano danno cellulare e tissutale. Tale effetto fu riportato per la prima volta da Raab nei primi del 1900 descrivendo l'effetto ottenuto su un paramecio grazie all'azione combinata di luce visibile e acridine orange.[2] Tuttavia, è solo negli anni '60 che la PDT entra nella sua maturità con il lavoro di Lipson e colleghi i quali ottennero un preparato, detto Haematoporphyrin Derivative (HpD), una miscela complessa di derivati porfirinici monomerici e oligomerici, in grado di accumularsi in quantità apprezzabili all'interno di diversi tessuti tumorali ed esservi ritenuto per lunghi periodi. La distribuzione dell'HpD in vivo a livello tissutale e cellulare può essere studiata per fluorescenza eccitando il composto nella intensa banda di Soret a 400 nm, tipica dei derivati porfirinici, e raccogliendo l'emissione a 600-650 nm. La ricerca nel corso del decennio successivo fu volta all'utilizzo dell'HPD quale agente diagnostico per il cancro. Nel 1972 Diamond e collaboratori compresero che, variando le condizioni di irradiazione, l’effetto fotoindotto poteva essere convertito da semplice diagnosi a cura antitumorale. Nello stesso >>>