Responsabile scientifico: Carlo Ignazio Giovanni Tuberoso
Gruppo di ricerca: Alberto Angioni, Gianfranco Balboni, Monica Deiana, Valentina Onnis, Giorgia Sarais, Paola Scano, Francesco Secci, Graziella Tocco
L’obiettivo principale di questo progetto consiste nello studio di composti naturali e di sintesi innovativi con proprietà antiossi-danti. Tenendo conto delle professionalità coinvolte nel progetto, la ricerca si è svi-luppata su diversi fronti. Innanzitutto si è approfondita la conoscenza della composi-zione in composti fenolici in matrici di ori-gine vegetale (alimenti o prodotti di scarto dell’industria alimentare) non ancora de-bitamente investigate da un punto di vista analitico e con una potenziale ricaduta eco-nomica sul territorio. Lo studio delle strut-ture delle principali molecole antiossidanti di derivazione naturale ha costituto il pun-to di partenza per la sintesi di nuovi com-posti antiossidanti con migliorate proprietà
biologiche. Nelle procedure di sintesi, oltre all’ottenimento di nuovi composti dotati di attività antiossidante, si è cercato di svi-luppare processi ecocompatibili che abbat-tano la produzione di scarti e l’utilizzo di solventi dannosi. Infine, su alcune molecole target, sono stati studiati i meccanismi cel-lulari coinvolti nell’attività antiossidante.
Tra le matrici naturali, i fiori di feijoa (Acca sellowiana (O. Berg) Burret) sono stati oggetto di uno studio particolareggiato (1).
La feijoa è una pianta tropicale ben acclima-tata in Sardegna e nota per i suoi frutti edi-bili. Tuttavia, anche i fiori hanno un valore alimentare e non sono mai stati investigati per il tenore di composti fenolici e la rela-tiva attività antiossidante. Le analisi hanno
Fig. 1. Approccio allo sviluppo di nuovi composti dotati di attività antiossidante
Scienze chimiche – 10 µM, facilmente raggiungibili in vivo con la dieta, non sono risultati tossici per le cel-lule, non modificando in alcun modo la vita-lità cellulare rispetto alle cellule non trattate.
Inoltre è stato osservato che questi composti alle stesse concentrazioni sono stati in grado di bloccare significativamente la produzione dello ione superossido, limitando quindi il danno ossidativo e preservando l’integri-tà delle cellule endoteliali. Attualmente gli stessi composti vengono studiati per la loro capacità di inibire il danno ossidativo nelle cellule Caco-2 (colon adenocarcinoma cells), utilizzate come modello di epitelio intesti-nale, che è noto essere normalmente esposto ad agenti proossidanti di origine alimentare ma anche ad alte concentrazioni di composti fenolici come quelli oggetto di studio.
Sul fronte delle molecole di sintesi, sono state progettate e sintetizzate diverse serie di composti che mimassero le caratteristi-che di antiossidanti naturali. Nello specifi-co, finora sono stati sviluppati:
- indoloidrazoni recanti sulla porzione ben-zilidenica uno o più gruppi fenolici quali farmacoforo per l’attività antiossidante (2).
I nuovi composti hanno dimostrato in sag-gi in vitro attività antiossidanti nei sagsag-gi DPPH•, FRAP e ORAC. Le proprietà antios-sidanti maggiori sono mostrate dai compo-sti recanti due o tre gruppi fenolici in parti-colari posizioni dell’anello benzilidenico. I nuovi indoli idrazoni sono dotati anche di attività fotoprotettiva ad ampio spettro.
- idrossi-metossibenziluree recanti un rag-gruppamento alchil o alchenilpiperazinico.
I nuovi composti sono stati caratterizzati dal punto di vista chimico fisico e sono at-tualmente in corso le valutazioni del loro profilo antiossidante.
- derivati benzofuranici; si tratta di una classe importante di eterocicli contenenti ossigeno presenti in molti prodotti naturali isolati da piante, spugne e funghi. Sono stati sintetiz-zati benzofuranoidrazoni recanti nella por-zione arilidenica uno o più gruppi fenolici quali farmacoforo per l’attività antiossidante e nell’anello benzofuranico un alogeno onde incrementare le proprietà lipofile (3). I nuo-vi benzofurani sono stati caratterizzati dal evidenziato che i composti fenolici più
rap-presentati sono antociani (principalmente cianidina-3-O-glucoside), flavonoli (derivati di quercetina, canferolo e apigenina) e ellagi-tannini (principalmente acido ellagico). Tra i diversi estratti (fiore in toto, petali e succo dei petali) quello ottenuto dal fiore in toto è il più ricco di molecole bioattive e di conseguenza ha mostrato una notevole attività antiossi-dante. Anche gli altri due estratti mostrano interessanti potenzialità in quanto ricchi di antocianine e il succo, grazie alla presenza di glucosio e fruttosio, può essere utilizzato tal quale nella preparazione di nuovi alimenti o integratori. Lo studio della composizio-ne chimica e la valutaziocomposizio-ne dell’attività an-tiossidante degli estratti di fiori di feijoa ha quindi evidenziato che questo prodotto ve-getale è molto interessante per un potenziale utilizzo alimentare e nutraceutico. Inoltre, la produzione massiva di fiori da parte della pianta rende economicamente sostenibile lo sfruttamento di questa biomassa.
Alcuni composti fenolici di origine ali-mentare sono stati oggetto di un’indagine approfondita sui meccanismi cellulari coin-volti nell’attività antiossidante. A questo scopo sono stati selezionati l’idrossitirosolo e il tirosolo, particolarmente concentrati nel-le olive e nell’olio d’oliva, e l’acido ferulico e i suoi isomeri acido isoferulico e idroferu-lico, presenti anch’essi nell’olio d’oliva ma principalmente nella frutta, nell’uva e in di-versi altri vegetali. La prima parte dello stu-dio è stata sviluppata su cellule HUVEC (hu-man umbilical vein endothelial cells), utilizzate come modello di endotelio vascolare, per va-lutare la capacità dei composti antiossidanti di proteggere le cellule endoteliali dal danno ossidativo indotto da specie reattive pro-os-sidanti. È stata effettuata una prima serie di prove sperimentali per valutare l’eventuale tossicità dei composti e stabilire le concen-trazioni più opportune da utilizzare nelle successive prove per la valutazione dell’at-tività antiossidante, valutata come capacità di inibire la produzione dello ione superos-sido, che in vivo può causare effetti deleteri sull’endotelio. È stato osservato che i com-posti fenolici testati alle concentrazioni di 0.1
Scienze chimiche
gruppi idrossilici in relazione al loro numero ed alla loro posizione sul core aromatico. Le molecole ottenute hanno mostrato una spic-cata attività di dual-inhibition nei confronti di due enzimi chiave della replicazione del vi-rus HIV-1: la RNasi H associata alla Trascrit-tasi inversa e la funzione LEDGF-dependent dell’Integrasi. Nello specifico, queste nuove molecole hanno mostrato un’attività inibito-ria di tipo allosterico che potrà fornire nuove informazioni per l’individuazione di nuovi siti bersaglio sugli enzimi succitati, metten-do le basi per lo sviluppo razionale di nuove molecole ad attività antivirale.
Il progetto è al suo primo anno di svi-luppo e alcuni studi sono ancora in pieno svolgimento, ma i risultati preliminari fino-ra ottenuti sono estremamente promettenti per le implicazioni terapeutiche e salutisti-che delle molecole studiate.
punto di vista chimico fisico e sono attual-mente in corso le valutazioni del loro profilo antiossidante. Inoltre, sono attualmente in atto degli studi sulla funzionalizzazione di derivati benzofuranici attraverso nuove re-azioni acido catalizzate, fotoredox e fotoca-talitiche. Nello specifico, è stato sviluppato un processo catalitico in grado di funziona-lizzare opportuni bromoetilbenzofurani da impiegare, oltre che come intermedi sinte-tici per nuove serie di benzofuranidrazoni, come probe luminescenti e come fosfori per la realizzazione di led pH dipendenti.
- derivati tienopirimidinonici e chinazolo-nici. In particolare, l’introduzione di residui aromatici poliidrossilati, noti per la loro at-tività antiossidante, sul core pirimidinonico, si è dimostrata fondamentale per l’attività di inibizione enzimatica dei suddetti derivati.
È stato investigato nel dettaglio il ruolo dei
Carlo Ignazio Giovanni Tuberoso è attualmen-te Professore associato in Chimica degli Alimen-ti (03/D1, CHIM/10) presso la Facoltà di Bio-logia e Farmacia dell’Università degli Studi di Cagliari dove insegna “Chimica degli Alimen-ti” per il corso di Laurea in Chimica e Tecnolo-gia Farmaceutiche e “Prodotti Dietetici” per il corso di Laurea in Farmacia dell’Università di Cagliari. Ad oggi è componente del collegio dei Docenti del Dottorato di Ricerca in Scien-ze della Vita, dell’Ambiente e del Farmaco ed è iscritto alla Società Chimica Italiana (gruppo interdivisionale di Chimica degli Alimenti), alla
Società Italiana di Chimica degli Alimenti (ITA-CHEMFOOD) e all’Ordine dei Farmacisti della Provincia di Cagliari.
Il Prof. Tuberoso si occupa di valorizzare ali-menti tradizionali, in particolare dell’area Me-diterranea, e sviluppare functional foods con particolare attenzione ai composti ad azione antiossidante come le sostanze fenoliche. I ri-sultati ottenuti da progetti in collaborazione con gruppi di ricerca nazionali e internazionali han-no trovato riscontro in numerose pubblicazioni scientifiche internazionali (H-Index = 27 e 2831 citazioni, Scopus 21/04/2019).
Bibliografia
1. Montoro P, Serreli G, Gil KA, et al. Ed-ible feijoa (Acca sellowiana (O. Berg) Burret) flower extracts as a source of phenolic compounds with antioxidant capacity. In: Atti CHIMALI - XII Italian Food Chemistry Congress; Camerino, 24-27 settembre 2018.
2. Demurtas M, Baldisserotto A, Lampronti I, et al. Indole derivatives as
multifunc-tional drugs: synthesis and evaluation of antioxidant, photoprotective and an-tiproliferative activity of indole hydra-zones. Bioorganic Chemistry, 2019; 85:
568-576.
3. Porcu S, Demuro S, Luridiana A, et al.
Brønsted acid mediated cascade reaction to access 3-(2-bromoethyl) benzofurans.
Organic Letters, 2018; 20: 7699-7702.