progetto tesi dottorato_corr - Dipartimento di Scienze Chimiche

Alla cortese attenzione del direttore della Scuola di Dottorato in Scienze Molecolari,
ind. Scienze Chimiche dell’Università di Padova, Prof. Maurizio Casarin
Progetto di tesi dottorato sul tema
“Energetica delle interazioni metallo – legante”
Dottorando: Dr. Francesco Endrizzi
Supervisore proposto: Prof. Plinio Di Bernardo
Il mio lavoro di tesi riguarderà l’energetica delle interazioni metallo-legante nell’ambito
dello sviluppo di complessi metallici con potenziale azione antitumorale. Il lavoro verrà svolto
presso il laboratorio del prof. Di Bernardo e in collaborazione con il gruppo di ricerca del Dr.
Francesco Tisato, dell’Istituto di Chimica Inorganica e delle Superfici del CNR di Padova.
Allo scopo di ottenere composti metallici innovativi per il trattamento delle neoplasie, sono
stati di recente sintetizzati dal gruppo del Dr. Tisato alcuni composti di rame(I) con leganti
fosfinici che hanno dimostrato una notevole attività citotossica in vitro [1,2]. L’interesse per i
composti a base di rame è giustificato dal fatto che tale metallo, a differenza dei più noti
composti di platino e oro impiegati nel trattamento chemioterapico delle neoplasie, è un
bioelemento ubiquitario importante per il funzionamento di diversi enzimi metabolici degli
organismi viventi. La concentrazione di rame intracellulare è regolata da un meccanismo
omeostatico, mediato da proteine di trasporto che garantiscono un adeguato uptake del metallo
senza raggiungere concentrazioni che possono risultare tossiche per l’organismo [3]. Il rame è
l’unico metallo della serie di transizione ad essere presente come bioelemento prevalentemente
nello stato di ossidazione +1 [4] ed è in grado di coordinarsi a diversi siti biologicamente
rilevanti, come i gruppi solfuro cisteinici e gli atomi di azoto istidinico delle proteine [3].
Molta parte del lavoro fino ad oggi apparso in letteratura sui complessi del rame riguarda
complessi di Cu(II) e solo di recente l’interesse della ricerca si è spostato sui complessi di Cu(I).
In particolare, il gruppo di ricerca che fa capo al dott. Tisato in questi ultimi anni ha sviluppato
una linea di composti di rame(I), stabilizzati da leganti fosfinici con funzioni ossidriliche tali da
permettere al contempo elevata stabilità termodinamica e buona solubilità in acqua. La
caratterizzazione di alcuni di questi composti fosfinici mediante tecnica NMR (31P e
63
Cu) ha
mostrato che il rame, alle concentrazioni relativamente alte richieste dalla tecnica di indagine
(10-2 – 10-3 mol/L), è sempre tetracoordinato: a quattro leganti monodentati a due leganti
fosfinici bidentati. La caratterizzazione delle specie in soluzione mediante spettrometria di
massa ESI ha invece mostrato che, nelle condizioni ESI–MS
1
(ca. 10-5 mol/L), le specie
Marzano, C.; Gandin, V.; Pellei, M.; Colavito, D.; Papini, G.; Gioia Lobbia, G.; Del Giudice, E.; Porchia,
M.; Tisato, F.; Santini, C., J. Med. Chem. 2008, 51(4), 798.
2
Porchia, M.; Benetollo, F.; Refosco, F.; Tisato, F.; Marzano, C.; Gandin, V., J. Inorg. Biochem. 2009,
103, 1644.
3
Maryon, E. B.; Molloy, S. A.; Zimnicka, A. M.; Kaplan, J. H., BioMetals 2007, 20(3-4), 355.
4
Di recente è stato provato che è i il più soft rame(I) e non il rame(II) la specie chimica effettivamente
assorbita dalle cellule mediante i meccanismi di trasporto attivo.
prevalenti sono complessi dicoordinati del tipo “CuL2”[5,6] nel caso di complessi fosfinici
monodentati, mentre quelle prevalenti per complessi chelati sono tetracoordinate ed hanno tutti
e quattro i siti di coordinazione occupati da atomi di fosforo. Studi di speciazione, svolti in via
preliminare presso l’Università di Padova, hanno consentito di razionalizzare i risultati ottenuti
mettendo in luce, in particolare, la necessità che la ricerca di nuove molecole con caratteristiche
mirate sia sempre integrata da studi in soluzione, che consentano di avere un quadro preciso
riguardante la stabilità relativa dei complessi nelle condizioni di impiego. Nel caso specifico, gli
studi di speciazione hanno messo in luce il fatto che i complessi chelati di Cu(I), molto stabili,
presentano modesta attività, in quanto anche alle alte diluizioni nelle quali si trovano i composti
nei liquidi biologici (<10-5 mol/L), essi hanno tutti i siti di coordinazione impegnati, mentre i
complessi non chelati (meno stabili) possono dissociare uno o due leganti fosfinici e permettere
in tal modo l’interazione del rame a siti biologicamente rilevanti.
Il mio lavoro di tesi si propone di approfondire gli studi fin qui condotti sul rame e di
estendere l’indagine a nuovi composti di argento(I) e di oro(I) con leganti coordinanti attraverso
atomi di fosforo. Argento(I) e oro(I) sono isoelettronici con il rame(I) e potrebbero possedere
chimica di coordinazione ed azione citotossica in vitro paragonabili a quella di Cu; tuttavia studi
sulla speciazione e sull’attività biologica di complessi dei due cationi metallici con i leganti
fosfinici usati con Cu(I) non sono ancora apparsi in letteratura. Oltre alla preparazione e
caratterizzazione dei complessi allo stato solido, l’obiettivo primario della mia futura attività di
ricerca sarà quello di definire, attraverso una serie di studi in soluzione nei quali verranno
applicate tecniche anche molto diverse (potenziometria, calorimetria, NMR, spettroscopia UV e
IR, spettrometria di massa), il miglior modello di speciazione di una serie di nuove molecole di
Ag(I) e Au(I). Nel corso delle indagini si avrà modo di valutare la struttura dei complessi in
soluzione
e la loro reattività (dissociazione o sostituzione dei leganti) al variare della
concentrazione o del mezzo ionico. Ciò, in connessione con studi nei quali sarà valutata la
citotossicità dei composti, consentirà di prevedere a quali specie è imputabile l'esplicazione
dell'attività citotossica. In questo contesto, si cercherà una relazione più estesa della classica
SAR (Structure Activity Relationship) che includa anche la valutazione della stabilità in
soluzione (SSAR: Structure Stability Activity Relationship). Data l’elevata solubilità in acqua
dei composti fosfinici, sarà possibile svolgere gli studi anche in ambiente acquoso,
eventualmente in condizioni di forza ionica, pH e temperatura simili a quelle fisiologiche. Per le
ricerche in quest’ambito potrò sfruttare l’esperienza che ho maturato lavorando come borsista
presso il laboratorio del prof. Di Bernardo e quelle che ho acquisito nel corso del mio internato
di tesi specialistica svolto presso il gruppo della Prof. Fregona, durante il quale ho preparato e
caratterizzato alcuni composti di oro(III) con promettente attività antitumorale [7].
5
Marzano, C.; Pellei, M.; Alidori, S.; Brossa, A.; Gioia Lobbia, G.; Tisato, F.; Santini; C., J. Inorg.
Biochem. 2006, 100(2), 299.
6
Marzano, C.; Pellei, M.; Colavito, D.; Alidori, S.; Gioia Lobbia, G.; Gandin, V.; Tisato, F.; Santini, C., J.
Med. Chem. 2006, 49, 7317.
7
“Derivati di oro(III) con dipeptidi funzionalizzati come agenti antitumorali”, tesi di laurea specialistica in
Chimica Industriale, 2008, disponibile presso la biblioteca del Dipartimento di Scienze Chimiche.