Come si legge uno spettro NMR?

Per poter leggere e interpretare bene uno spettro NMR, può essere utile  seguire uno schema fisso che ci aiuti ad avere un certo ordine mentale. Contare il numero di picchi nello spettro: A ciascun picco corrisponderà  un idrogeno chimicamente diverso dagli altri, più intenso sarà il segnale  più idrogeni ci saranno, se la molecola è nota sapremo dal principio  quanti segnali differenti aspettarci. Calcolare l’area di ogni picco e l'area totale, confrontandole con il numero  di idrogeni presenti nella formula bruta possiamo capire a quanti idrogeni  corrisponde ogni singolo segnale. Analizzare la formula bruta e eventuali altri spettri (IR e massa) per  individuare i gruppi funzionali e la eventuale presenza di doppi legami o  di anelli, ovvero calcolare il GDI, il grado di insaturazione della molecola. Partendo da sinistra ovvero dal segnale degli idrogeni più deschermati che  sono quelli legati ai gruppi funzionali: Analizzare il chemical shift di ogni picco  con l'ausilio di tabelle e regole  di additività per capire che tipo di idrogeni danno origine al segnale. si inizierà ad avere un'idea sui gruppi funzionali presenti e sui legami  della molecola.  Analizzare la molteplicità m di ogni picco per capire quanti idrogeni sono  vicini all’idrogeno che da origine al segnale -->  formula: H vicini = m – 1.  Questo ci fa capire chiaramente come sono legati tra loro i frammenti della  molecola. Passo passo è utile scrivere la struttura di ogni piccola porzione di molecola  individuata, cominciando dal gruppo funzionale e individuando le sequenze di atomi concatenati sfruttando gli accoppiamenti di spin di idrogeni vicini,  si inizia così a ipotizzare una possibile struttura.  E' sempre opportuno alla fine verificare che tutti  i dati combacino e parliamo  quindi di formula bruta, chemical shift, aree dei picchi e di molteplicità,  confrontiamo quelli della molecola che proponiamo con quelli dello spettro  incognito e devono combaciare. NMR Simulator seguendo questo link potete accedere ad un tool  di simulazione online di spettri NMR.

Farmacoforo

Un farmacoforo è un'entità che consiste dell'insieme di fattori elettronici e sterici che sono necssari a una molecola per esercitare il suo effetto farmacologico! 

Non è quindi una molecola ma qualcosa di astratto, qualcosa che la molecola deve possedere e che ci aspettiamo che molecole con identico meccanismo d'azione e sito d'azione condividano. Più che all'intera molecola si riferisce a una parte della molecola, a quella che interagisce con il bersaglio. 

Il farmacoforo è una buona base per iniziare una progettazione farmaceutica, è la parte essenziale, la restante parte della molecola sarà quella modificabile per migliorare aspetti farmacodinamici, farmacocinetici, tossicità, solubilità ect..

Nell'immagine possiamo vedere come più che descrivere che gruppi funzionali specifici siano necessari un farmacoforo descrive che tipo di interazione o gruppo sia necessario, ex un gruppo cationico, un gruppo aromatico. 

Tratto da http://www.my-personaltrainer.it/farmacologia/potenza-efficacia-farmaco-39.html

Cinetica - Chimicafisica

Le reazioni chimiche sono processi nei quali, in seguito alla rottura dei legami chimici esistenti tra gli atomi delle molecole delle sostanze messe a reagire, gli atomi liberati si arrangiano in modo diverso contraendo tra loro nuovi legami per formare le molecole delle sostanze finali. Lo studio delle reazioni chimiche si propone essenzialmente due obiettivi principali, ovvero’:
 1. - esaminare quali condizioni debbono essere soddisfatte affinché una data reazione avvenga spontaneamente; 
2. - esaminare quali sono i fattori che influiscono sul tempo richiesto affinché una data reazione giunga a completezza

.................Cinetica

Chimica Supramolecolare

Premio Nobel per la Chimica nel 1987

La chimica supramolecolare è una branca della chimica oggigiorno in forte espansione.

« Chimica degli aggregati molecolari di più alta complessità risultanti dall'associazione di due o più specie chimiche legate assieme da forze intermolecolari. »

(Jean-Marie Lehn)

I materiali si autoriparano così ci cambieranno la vita

Dal polimero a prova di graffio alla plastica che sia aggiusta da sola, viaggio tra le ultime novità della scienza dei materiali. Ispirate a soluzioni naturali o basate su principi chimici, queste sostanze potrebbero presto rivoluzionare la nostra vita quotidiana

di GIULIA BELARDELLI
Mentre la chimica tradizionale studia prevalentemente composti formatisi in seguito a reazioni che modificano la natura dei legami covalenti, la chimica supramolecolare studia le interazioni non covalenti, reversibili tra le molecole, queste interazioni sono alla base degli studi supramolecolari e sono le interazioni deboli che vanno dal legami idrogeno, quello di coordinazione del metallo, le forze idrofobiche,le forze di Van der Waals e infine le interazioni elettrostatiche. Sono interazioni deboli e quindi facilmente reversibili.Un altro concetto molto importante è la complementarietà! Complementarietà tra cariche, forme e proprietà del sistema che stiamo analizzando, tanto che si arriva a parlare di recettore molecolare, questa è una chiara analogia con i sistemi biologici; la chimica supramolecolare è importante perchè le interazioni non covalenti sono cruciali nei processi biologici e questi infatti spesso sono alla base di nuovi studi supramolecolari; per esempio le macromolecole proteiche e gli acidi nucleici sono di natura supramolecolare. Altri casi di chimica supramolecolare possono essere gli eteri a corona (adiuvanti nel solubilizzare certi composti e nel migliorare la nucleofilia) o le ciclodestrine (presentano un cavità poco polare nella quale possoo ospitare molecole apolare, anch'esse sono sfruttate e migliorare la solubilità).
Per studiare complessi e polimeri supramolecolari sono molto importanti la Temperatura, la concentrazione dei monomeri e la polarità del solvente usato (a seconda che possa o meno formare legami H o della sua polarità può competere con i monomeri). In ogni caso sia i monomeri che i polimeri studiati devono essere solubili nel solvente impiegato.
Applicazioni:

1. I processi di autoassemblaggio vengono studiati per sviluppare nuovi materiali
2. Nanotecnologia
3. Catalisi supramolecolare, le interazioni non covalenti vengono sfruttate per favorire reazioni diminuendo l'energia di attivazione (eteri a corona).
4. Per creare microambienti di reazione utilizzando micelle e dendrimeri
5. Studi farmacologici sulle interazioni farmaco-sito di legame e per realizzare rilascio sito specifico
6. Macchine supramolecolari, eseguono funzioni di calcolo trasducendo segnali fotonici elettrici o chimici

Supramolecular chemistry in Science

Liposomi: effetto EPR

L'effetto EPR è l'aumentata permeabilità e ritenzione (enhanced permeability and retention (EPR) effect) alla quale vano incontro molecole di certe dimensioni ( come liposomi, nanoparticelle e farmaci macromolecolari) che tendono ad accumularsi nel tessuto tumorale piuttosto che nel tessuto sano. 

Il fenomeno è dovuto alle modalità di crescita (molto veloci) delle masse tumorali che stimolano la formazione di vasi sanguigni. La massa tumorale ha bisogno di ossigeno e ammassi tumorali intorno ai 150-200 μm necessitano propri vasi sanguigni per potersi rifornire di ossigeno. I nuovi vasi sanguigni che si formano sono anormali per forma e organizzazione o meglio disorganizzazione, al contrario dei normali vasi che formano una barriera omogenea, questi, posseggono delle fenestrature nell'endotelio vascolare. 

Inoltre al tessuto tumorale manca di solito il drenaggio linfatico.

La combinazione di fenestrature e mancanza di drenaggio è appunto l'effetto EPR, le molecole sono troppo grandi per attraversare il normale epitelio mentre possono attraversare quello irregolare delle masse tumorali, una volta nella massa tumorale non possono essere rimossi per mancanza di drenaggio.

Nel caso dei liposomi possiamo sfruttare l'effetto EPR: per evitare che interagiscano con l'endotelio dei vasi, usiamo dei liposomi sufficientemente grandi che possiedano una membrana resistente e meno fluida possibile, che risulteranno avere una scarsa capacità di interazione con le cellule dell'endotelio vascolare e che possano passare soltanto nei distretti tumorali sfruttando le fenestrature presenti. 

Si possono calibrare in modo molto opportuno le dimensioni in funzione delle fenestrature presenti perchè la dimensione dei liposomi è molto facilmente modulabile.


Liposomi: Direzionamento Passivo

A New Concept for Macromolecular Therapeutics in Cancer Chemotherapy: Mechanism of Tumoritropic Accumulation of Proteins and the Antitumor Agent Smancs

Yasuhiro Matsumura and Hiroshi Maeda

Liposomi: direzionamento passivo

I liposomi hanno una somiglianza molto evidente con le membrane biologiche per composizione, struttura (che ricorda la struttura delle cellule). Quando vennero introdotti in campo farmaceutico si pensava che l'organismo non li riconoscesse come agenti estranei, in realtà i liposomi vengono opsonizzati e catturati dai macrofagi pochi istanti dopo il loro ingresso nel circolo sanguigno.

Nonostante la loro somiglianza strutturale, anche inserendo fosfolipidi scelti per renderli più somiglianti possibili alle cellule i liposomi vengono opsonizzati.

L'opsonizzazione inizialmente può sembrare un limite però in realtà è una possibile e buona strategia per direzionare i farmaci sistema fagocitario mononucleare.

Quindi noi somministriamo dei liposomi contenenti il nostro farmaco e non prendiamo precauzioni (non lo funzionalizziamo) nel giro di pochi minuti vengono marcati dalle opsonine, successivamente riconosciuti dai macrofagi per poi essere fagocitati e trasferiti nei distretti dove verranno degradati o espulsi. Possiamo sfruttare questo processo di direzionamento passivo, senza modificare la struttura dei liposomi per veicolare i farmaci negli organi del sistema immunitario e raggiungere l'obiettivo terapeutico.

Liposomi: Effetto EPR





Aulton - Tecnologie farmaceutiche: Progettazione e allestimento dei medicinali - Michael E. Aulton,Kevin M.G. Taylor

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1755943

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3599573/pdf/1556-276X-8-102.pdf

Liposomi

I liposomi sono delle strutture di aggregazione di fosfolipidi in acqua che sono diversi rispetto ai classici fosfolipidi che, in acqua per minimizzare il contatto con l'acqua delle code idrofobiche danno origine a micelle.

Nel caso dei fosfolipidi, abbiamo due catene apolari, la loro conformazione geometrica non gli permette di chiudersi a formare delle micelle bensì permette di formare dei doppi strati, dove le code idrofobiche degli acidi grassi che esterificano gli ossidrili in posizione 1 e 2 del glicerolo si interfacciano, mentre, le porzioni polari sono rivolte a contatto verso l'acqua. C'è soltanto una interazione sfavorita lateralmente che porta questi sistemi a chiudersi con l'ausilio di un piccolo contributo energetico dando origine ai liposomi. 

I liposomi sono molto utili nelle strategie formulative, infatti sono eccellenti strutture per trasportare i farmaci, perchè abbiamo detto possono sciogliere farmaci idrofili nella cavità acquosa e farmaci idrofobici nelle catene idrofobiche dei fosfolipidi inoltre possono trasportare disciolti anche farmaci anfipatici che si possono ripartire tra le due regioni del sistema.

I liposomi sono molto utili anche come modello di membrana, infatti hanno una somiglianza strutturale con le membrane biologiche, la conformazione del liposoma, così come quella di altre strutture di natura lipidica, può essere modulata con l'aggiunta di colesterolo che li rende più simili alle membrane biologiche sia per proprietà che per composizione. 

Possono essere anche utilizzati come modello per studi per esempio di interazione di membrane biologiche con i farmaci. 

La somministrazione endovena di liposomi che si utilizza per il direzionamento sito-specifico non è l'unico modo di utilizzare i liposomi per il trasporto di farmaci infatti possono essere anche utilizzati per l'applicazione topica: in commercio ci sono dei prodotti a base di liposomi (Pevaryl lipogel, usati per trasporto di un agente antifungino).

Possono essere usati anche per via inalatoria: sottoforma di spray, di areosol per la somministrazione nasale, polmonare, in funzioni delle dimensioni si va via via sempre più in profondità come quando si ha a che fare con la nebulizzazione. 

Possono essere somministrati per la via orale, che è la via in cui sono più difficilmente utilizzati infatti i sistemi liposomiali sono molto sensibile al pH e all'azione degli enzimi, non hanno perciò una grande stabilità all'ambiente gastrointestinale, possono comunque essere utilizzati anche per questa via. 

In generale i liposomi sono dei sistemi biocompatibili e biodegradabili, possono avere dimensioni che vanno da 30-40 nm fino a diversi micron, quindi possono essere utilizzati in un range dimensionale molto ampio, essendo biodegradabili non hanno bisogno, anche se innietati in distretti particolari, di essere allontanati per filtrazione renale, vengono anche degradati e eliminati sotto forma di monomeri. 

Rispetto ad altri sistemi a rilascio modificato dei farmaci, hanno una grandissima versabilità applicativa: 

● Possiamo avere dimensioni da pochi nm a diversi micron, possiamo avere dimensioni in funzioni dell'obiettivo. 

● Possiamo cambiare il numero delle lamelle, abbiamo liposomi unilamellari, oligolamellari, multilamellari e attraverso determinati metodi di preparazione si può ottenere un numero controllato di lamelle e quindi una capacità di trasporto di farmaci che può essere modulata. 

● Possono essere carichi superficialmente, perchè il gruppo fosforico già di per sé carico, può essere esterificato con diversi gruppi carichi differentemente a seconda delle necessità e questo può servire per interagire elettrostaticamente con tessuti, gruppi cellulari che abbiano una carica particolare. 

● Possiamo modificare la fluidità e rendere più o meno stabile la membrana che quindi tratterrà il farmaco in modo differente, per esempio c'è la possibilità di utilizzare il colesterolo per modificare la fluidità della membrana, ma possiamo utilizzare fosfolipidi a differenti temperature di transizione che si trovino allo stato di gel più stabile o allo stato di cristallo liquido, allo stato di cristallo liquido sono più permeabili e allo stato di gel sono meno permeabili. 

● E' possibile funzionalizzare la superficie senza modificare le caratteristiche chimico-fisiche del sistema infatti i liposomi sono degli aggregati molecolari di grandi dimensioni, che possono sopportare, mantenendo invariate le loro proprietà delle molecole molto grandi come anticorpi monoclonali, questo permette di raggiungere un direzionamento sito specifico ad alta selettività.

●Essendo strutturalmente molto simili alle membrane cellulari, i liposomi, possono interagire con le cellule in diversi modi e la possibilità di attraversare l'endotelio dei vasi anche senza l'effetto EPR.

Modalità di interazione con le cellule : 

1. Endocitosi.
2. Adsorbimento, (favorito dalla somiglianza strutturale) può avvenire sia un attraversamento da parte del liposoma, che solo il passaggio del contenuto del liposoma per diffusione.
3. Fusione tra la membrana liposomiale e la membrana cellulare. Questo meccanismo può permettere una diffusione dall'endotelio vasale e perciò consentire una extravasazione del contenuto.
4. Trasferimento reciproco di lipidi 
5. Cammino attraverso pori. Ci sono dei piccoli pori con dimensioni che dipendono dal distretto vascolare, di non più di 10-20 nm, solitamente le FFRM sito-specifico non possono passare attraverso però i  liposomi  non sono rigidi, sono flessibili, si adattano alla forma dei pori e passano secondo gradiente allungandosi. 

Tutti i meccanismi avvengono simultaneamente ma si ha la preferenza per uno o per l'altro a seconda della composizione del liposoma.

Se sono preponderanti componenti più flessibili il passaggio tra i pori è favorito,mentre se abbiamo una grande somiglianza strutturale con le membrane biologiche sarà favorito lo scambio o la fusione,  tutto dipende dalla progettazione e dal target terapeutico. 

Perchè utilizzarli per FFRM parenterale? 

• Direzionamento
• Solubilità di farmaci
• riduzione della tossicità, perchè il farmaco viene rilasciato solamente nel sito attivo.

I liposomi utilizzati per via parenterale possono dare un targeting passivo e uno attivo e una componente essenziale di targeting fisico.

Per maggiori dettagli https://www.yumpu.com/it/document/view/15280880/liposomi-liposomi-parametro-surfattante-n-033-micelle-sferiche-/5

Liposomi: effetto EPR