Network Toscana Life Sciences: Single Item

• Sviluppo di nuove metodologie sintetiche per la costruzione regio- e stereoselettiva (enantio- e diasteroselettiva) di nuovi legami C-C e C-eteroatomo. Utilizzo e sviluppo di processi enantioselettivi attraverso catalisi asimmetrica omogenea. Queste competenze sono estremamente importanti per la costruzione di molecole ad alto valore aggiunto quali i farmaci, gli addittivi, ed i profumi che sempre di più necessitano di essere sintetizzati e commercializzati in forme enantiomericamente pure.
• Chimica dei carboidrati; sviluppo di metodologie sintetiche per la glicobiologia, processi di glicosilazione stereoselettiva attraverso l'uso di epossidi ed aziridine derivate da glicali, costruzione stereoselettiva di O-,C,-, N-, ed S-glicosidi.
• Utilizzo di "liquidi ionici" (sali organici, liquidi a temperatura ambiente, spesso usati come solventi non convenzionali a basso impatto ambientale) in reazioni organiche e processi catalizzati. Studio delle proprietà macro e microscopiche di nuovi liquidi ionici, nonché della loro tossicità e impatto ambientale. Applicazione dei liquidi ionici nella sintesi organica e nei processi biocatalizzati per ottenere composti bioattivi (farmaci, polimeri, etc).
• Sintesi di nuovi ausiliari chirali per la risoluzione di intermedi utili per la sintesi di composti farmacologicamente attivi.
• Sintesi di nuovi agenti antiossidanti ed antiinfiammatori permeabili alla barriera emato-encefalica.
• Sintesi di agenti di immagine, basati sulla presenza di recettori estrogenici, marcati con isotopi a vita breve (18F e 11C) per la diagnosi del tumore del seno.
• Uso di biocatalizzatori nella sintesi asimmetrica. Utilizzo di materiali biologici di facile reperibilità per l'ottenimento di composti chirali.
• Studio del metabolismo ossidativo (catalizzato dai citocromi P 450) di alcuni composti biologicamente attivi.
• Sviluppo di efficaci metodi di screening (High Throughput Screening) per la determinazione delle proprietà idrolitiche di enzimi.

Farmaceutico-Tecnologico Applicativo:

La tecnologia farmaceutica si occupa della trasformazione dei principi attivi in medicinali che i pazienti possono assumere direttamente o attraverso somministrazione praticata da altri. La molecola del farmaco viene sottoposta a trasformazioni al fine di poter assumere caratteristiche adeguate alla somministrazione. Il farmaco viene utilizzato dopo averlo formulato mediante l'impiego di sostanze ausiliari o eccipienti, in grado di favorire la preparazione della forma finale. Queste sostanze possono modificare l'attività farmacologica del principio attivo, modificandone la biodisponibilità e in altre parole, la sua efficacia terapeutica. L'attività di ricerca nel campo della tecnologia farmaceutica e biofarmacia è indirizzata:

• allo sviluppo di forme farmaceutiche per migliorare l'attività farmacologica di farmaci da somministrare topicamente per via oculare, cutanea, mucosale e ungueale. Nello studio della forma farmaceutica e nella scelta degli eccipienti viene ritenuta importante un' attenta valutazione della tossicità che gli eccipienti potrebbero manifestare. A tale scopo vengono eseguiti studi di tossicità in vitro su culture.
• Progettazione e preparazione di formulazioni farmaceutiche innovative, inclusi sistemi a rilascio controllato e sito-specifico di farmaci, ad applicazione topica (cutanea, buccale, oftalmica) e orale. Particolare rilievo viene dato alla somministrazione transmucosale studiando promotori polimerici di assorbimento (ad es., derivati del chitosano).
• E' inoltre in corso lo sviluppo di nuovi dispositivi medici coadiuvanti della risoluzione di lesioni dermiche.

Biologia Farmaceutica (Fitochimica):

• Analisi fitochimica (isolamento e identificazione di metaboliti secondari, volatili e non volatili) e controllo di qualità di piante medicinali, aromatiche e alimentari, provenienti da varie aree geografiche, con test di attività biologica degli estratti ottenuti e dei metaboliti secondari isolati. L'interesse e l'attualità di queste ricerche stanno nell'approfondimento dello studio delle piante medicinali e dei principi attivi in esse contenuti e nella convalida del loro utilizzo come piante delle medicine tradizionali e come preparati fitoterapici o erboristici.
• Valutazione della capacità di inibizione della germinazione di semi da parte di sostanze naturali. Estrazione ed analisi di metaboliti secondari in colture in vitro di cellule, organi e tessuti vegetali di piante medicinali.

• Sintesi di alcuni building blocks chirali per l'industria chimica ed in particolare per l'industria farmaceutica.
• Sintesi enantioselettiva di frammenti di molecole naturali biologicamente attive quali: l'"E  Ring" dei due agenti antitumorali Caliceamicina ed Esperamicina, l'anello cicloesanico dell'agente immonosuppressivo FK-506 e la tetralina di Wong, intermedio chiave per la preparazione industriale degli antibiotici antitumorali antraciclinici.
• Scoperta e studio della nuova reazione di addizione di litio enolati di chetoni ad epossidi.
• Individuazione di efficaci processi di addizione di nucleofili ad epossidi utili per la costruzione regioselettiva di buiding blocks importanti per il loro utilizzo da parte della l'industria farmaceutica.
• Sintesi di vaccini antipneumococcici a struttura oligosaccaridica, sintesi di glicomimetici (azazuccheri e carbazuccheri) biologicamente attivi come inibitori di glicosidasi (anti-diabetici, anti-obesità), sintesi di composti eritrodifferenziatori a struttura glicidica.
• Sintesi stereoselettiva di alfa e beta O- e C-glicosidi attraverso processi non catalizzati: sintesi stereoselettiva di pseudoglicali.
• Messa a punto di nuovi metodi per l'introduzione di nuovi sostituenti marcati nelle posizioni 11beta e 7alfa della molecola dell'estradiolo. 

Farmaceutico- Tecnologico Applicativo:

• La tecnologia farmaceutica ha messo a punto metodiche di valutazione della tossicità "in vitro" di eccipienti destinati alla produzione di forme farmaceutiche per uso oculare. Più specificatamente, il gruppo di ricerca ha messo a punto metodologie alternative all' uso dell'animale nel Draize test (che utilizza l'occhio dell'animale da esperimento per la valutazione della tossicità di sostanze chimiche), ad ha acquisito competente nell'uso di colture cellulari.
• La tecnologia farmaceutica, nella prospettiva di una valutazione sia dell'efficacia, che della tossicità dei preparati per uso dermatologico (farmaceutici e cosmetici), ha messo a punto tecniche di estrazione ed analisi quantitativa degli "ingredienti attivi" (farmaci, filtri solari) depositati negli strati cutanei dopo applicazione dei prodotti per uso dermatologico.
• Sono stati sviluppati progetti di ricerca di rilevante interesse nazionale (PRIN) dal titolo: "Impiego di nuovi chitosani per la promozione dell'assorbimento trans-mucosale di farmaci", finanziato dal MIUR nel 2002, e: "Idrogel: matrici, micro- a nano-particelle per il rilascio modificato di farmaci", finanziato dal MIUR nel 2003.

Biologia Farmaceutica (Fitochimica):

Il gruppo partecipa attivamente alle attività didattiche della Facoltà di Farmacia, Università di Pisa, attività inerenti le piante medicinali, ed in particolare è stato il soggetto trainante nella scuola di specializzazione in "Scienza e Tecnica delle Piante Officinali", attivata presso la nostra Università di Pisa dal 1978 al 2003, e che attualmente ha ceduto il testimone al nuovo corso di laurea triennale in "Tecniche Erboristiche" a seguito della recente riforma universitaria (DL n. 509 del 1999).

• Brevetto B02003A000630 "Metodo per il trattamento di eterocicli ossigenati a piccolo anello".  Questo brevetto presenta un nuovo e pratico processo per la preparazione regio- e stereoselettiva, a partire da epossidi, di arilossi alcooli, intermedi sintetici molto importanti per la sintesi di composti biologicamente attivi, in condizioni neutre, blande e senza l'intervento di catalizzatori metallici. I reagenti utilizzati (arilborati) sono ottenuti facilmente per transesterificazione da catecolo ed un trialchilborato.
• Brevetto US2004029819 "Process for the synthesis of optically active anthracyclines". Questo brevetto, nato da una collaborazione con i Laboratori Guidotti (Pisa),  descrive la sintesi di antracicline otticamente attive in cui l'intermedio sintetico chiave, la tetralina di Wong, viene preparata attraverso una reazione di diidrossilazione asimmetrica condotta su un enone, seguita dalla trasformazione del diolo in un cloroacetato da cui poi il cloro viene allontanato in modo originale. Il processo descritto nel presente brevetto è attualmente utilizzato su scala industriale presso i Laboratori Guidotti (gruppo Menarini) di Pisa.
• Brevetto WO 03/029263 (10.04.2003) "3-Deoxy-3-amide derivatives of carbohydrates as inducers of erythroid cell differentiation." Questo brevetto, nato da una collaborazione con la Chiesi Farmaceutici, descrive la sintesi di una serie di ammidi ottenute per acilazione della posizione 3 di derivati glicidici amminati. Alcuni di questi derivati hanno dimostrato interessanti capacità di differenziare in senso eritroide cellule umane leucemiche
• Brevetto n. F199A000166, "Processo per sintesi biocatalizzate"  Italia 1999. Questo brevetto descrive la sintesi di alcooli secondari enantiomericamente puri ottenuti per riduzione dei corrispondenti chetoni utilizzando una sospensione in acqua di carote sminuzzate.
• Brevetto n. US6043376 A 20000328 "Synthesis of alpha-methyl-alpha-substituted-alpha-amino acids". Questo brevetto riporta la sintesi di ammino acidi quaternari.
• Brevetto in corso di presentazione sulla sintesi di nuovi agenti risolventi.
• Costruzione di un efficace metodo di screenig fluorogenico accoppiato all'uso del periodato (un High Throughput Screening) per la determinazione della attività idrolitica di enzimi che utilizza come substrato versatili derivati, semplici da preparare, della cumarina. 

Farmaceutico-Tecnologico Applicativo:

Il gruppo ha attivato progetti di ricerca con soggetti esterni all'Università, quali industrie farmaceutiche (Farmigea, Molteni Farmaceutici, ACRAF, Abiogen, Polichem, Bottega Verde) che hanno portato allo sviluppo commerciale di prodotti farmaceutici ed alla stesura di numerosi brevetti tra cui i più rappresentativi sono elencati qui sotto elencati:

• brevetto WO97/28787, PCT Int. Appl. 1998 "Ophthalmic solutions viscosified with tamarind seed polysaccharide";
• brevetto n. WO99/04823 PCT Int. Appl. 1999 "Process for solubilizing pharmaceutically active ingredients in water and in aqueous vehicles";
• brevetto n ITRM99A000719, 2001 "Use of ubiquinone Q10 for the local treatment and prevention of post-surgical ophthalmologic pathologies";
• brevetto n. WO03011249, PCT Int. Appl. 2003 "Ophthalmic composition containing N-acetyl-cysteine for the treatment of dry-eye syndrome".

La collaborazione del nostro Dipartimento con la ditta Pietrasanta Pharma di Viareggio ha portato ai seguenti risultati nell'arco degli ultimi due anni:

• è stato recentemente messo in commercio il prodotto Resolve" gel, un gel al silicone, con aggiunta di vitamina E, per la riduzione delle cicatrici;
• è arrivato alla fase finale lo sviluppo della formulazione di un cerotto adesivo medicato con diclofenac sodico, per il trattamento topico dei dolori muscolari;
• è in fase di messa a punto il processo di produzione di un nuovo idrogel contenente clorexidina, per la risoluzione delle ferite cutanee e delle piaghe da decubito.

Biologia Farmaceutica (Fitochimica)

• La ricerca sviluppata ha consentito di raggiungere competenze elevate nel campo dell'analisi delle piante medicinali, volte a valorizzare le risorse naturali del nostro paese e  di quelli in via di sviluppo, contribuendo talvolta alla conferma dell'uso etnobotanico di certe specie vegetali o alla scoperta di specie mai studiate prima e all'isolamento e caratterizzazione di nuove strutture chimiche, dotate di attività biologiche interessanti.
• Impiego di prodotti naturali a base di vegetali come sostanze attive nella produzione di farmaci e/o integratori alimentari per uso veterinario dotati di attività antiparassitaria nei confronti di protozoi, elminti ed acari, oltre all'impiego di sostanze naturali di origine vegetale come erbicidi a basso impatto ambientale in agricoltura.

• Gli spettri infrarossi (IR) vengono registrati con uno spettrofotometro Infrared Mattson mod.3000, operante in Trasformata di Fourier, con una risoluzione di 4 cm-1.
• Per la registrazione degli spettri ultravioletti (UV) viene utilizzato uno spettrofotometro Jasco 7850 a doppio raggio interfacciato ad un computer MS DOS.
• Gli spettri di risonanza magnetica nucleare 1H e 13C NMR vengono registrati con uno strumento Bruker AC 200 operante in trasformata di Fourier con un magnete da 4.7 Tesla, con radiofrequenza di 200.13 MHz per il protone e di 50.33 MHz per il 13C.
• Gli spettri di massa ESI o APCI  sono  eseguiti con uno strumento LCQ Advantage ThermoFinnigan.

• gascromatografi con colonne capillari anche chirali per la separazione di enantiomeri e quindi per valutare la purezza enantiomerica dei composti preparati a possibile attività biologica;
• HPLC analitici anche con colonne chirali (vedi sopra);
• le tecniche di estrazione, purificazione ed analisi sono da ricondurre alle più moderne metodiche utilizzate nei nostri laboratori, quali estrazione in Soxhlet, macerazione e sonicazione (estrazione con ultrasuoni), purificazioni cromatografiche (SPE, TLC, CC, DCCC, CPC, LPLC, MPLC, CPC e HPLC) e analisi HPTLC, HPLC, GC-MS e LC-MS, nonché determinazione strutturale attraverso tecniche spettrofotometriche e spettroscopiche (IR, UV, MS ed NMR sia mono che bidimensionali, utilizzando correlazioni sia omonucleari che eteronucleari). Inoltre sono stati messi a punto metodi analitici HPTLC, HPLC-UV, HPLC-DAD, GC-MS ed LC-MS-MS al fine di studiare la composizione di estratti totali di piante e dei loro olii essenziali.

• uno strumento Waters composto da due unità pompa W600E e da un detector UV W486 o da un detector a fotodiodi modello PDA 996, supportati dal programma gestionale Millennium 32 (Waters),
• un cromatografo HPLC semipreparativo Shimadzu LC‑8A munito di detector ad indice di rifrazione Waters R 401,
• CPC (centrifugal partition chromatography) SANKI-SIC, Japan.

• laboratorio e attrezzature per colture cellulari;
• n. 4 HPLC,
• spettrofotometro UV,
• light scattering,
• viscosimetro rotazionale a stress controllato,
• apparecchiatura per la determinazione della forza e del lavoro di adesione di sistemi polimerici su superficie mucose;
• liofilizzatore semi-industriale,
• ultracentrifuga,
• calorimetro differenziale a scansione (DSC),
• reometro rotativo,
• contatore Coulter per la classificazione dimensionale di particelle
• mini spray-dryer per la preparazione di microsfere
• stabulario per conigli.

1. "Sintesi e proprietà di liquidi ionici: un innovativo mezzo di reazione eco-compatibile" (con coordinatore nazionale). All'interno del programma generale, tendente ad ottenere le informazioni necessarie per un uso ottimizzato dei liquidi ionici nella sintesi organica e nei processi catalizzati, il programma dell'Unità di Ricerca di Pisa, si articola su due linee parallele: a) lo studio delle proprietà chimico-fisiche dei liquidi ionici (IL) e degli effetti specifici e aspecifici che questi mezzi possono esercitare su alcune tipiche reazioni organiche e processi catalizzati; b) lo studio del decorso stereochimico e cinetico di alcune reazioni enzimatiche in liquidi ionici. I liquidi vengono quindi applicati in reazioni specifiche, quali le alogenazioni aromatiche, reazioni catalizzate da metalli (reazione di Stille) e reazioni catalizzate da enzimi (epossido idrolasi ed ossidasi).
2. "Eterocicli non-aromatici in processi stereocontrollati" (con coordinatore locale). Vengono esaminati vari aspetti della chimica, della reattività  e sintesi innovativa di sistemi eterociclici. L'unità pisana rivolge la propria attenzione particolarmente all'uso in reazioni stereo- e regioselettive di sistemi a piccolo anello quali gli epossidi, le aziridine e gli ossertani allo scopo di individuare procedure innovative per la sintesi di molecole otticamente attive e/o buildig blocks chirali da utilizzare per la costruzione di composti a possibile interesse biologico.
3. "Approcci sintetici a vaccini di nuova formulazione mediante sintesi di antigeni saccaridici complessi e nuovi adiuvanti in grado di potenziarew la risposta immunitaria" (con coordinatore locale). L'unità pisana , assieme ad altre del medesimo network, si occupa solo di sintesi organica, mentre altre unità si occupano solo di modellistica molecolare e di caratterizzazione farmacologica dei prodotti sintetizzati.
4. "Impiego di nuovi chitosani per la promozione dell'assorbimento trans-mucosale di farmaci". Attività specifica dell'Unità di Pisa: Applicazione oculare dei sistemi indicati e valutazione dell'assorbimento transcorneale dei farmaci.
5. "Idrogel: matrici, micro- a nano-particelle per il rilascio modificato di farmaci".  Attività specifica dell'Unità di Pisa: preparazione di idrogeli a base di chitosano per il rilascio controllato di farmaci nel tratto gastro-intestinale.
6. "Studio quali quantitativo delle salvie prodotte attraverso colture  cellulari ed hairy roots" (con coordinatore locale).
7. "Produzione di metaboliti secondari  nelle piante medicinali in coltura artificiale" (con coordinatore locale).

• Il gruppo di Chimica dei Carboidrati, del settore scientifico-disciplinare della Chimica Organica,  partecipa pure ad un progetto, finanziato dalla Associazione Veneta per la lotta alla Talassemia, riguardante la sintesi di derivati glicidici ad attività anti-talassemica. Il progetto è inserito nel network internazionale "ThalLab" al quale partecipano gruppi di diversi paesi (Italia, Israele, Stati Uniti) operanti nell'ambito delle ricerche sulla terapia farmacologica e farmacogenomica della talassemia.
• Un gruppo di Chimica Organica partecipa al Programma Europeo COST (European COoperation in the field of Scientific and Technical research), Action D25: "New Biotransformations Using Enzymes and Catalytic Antibodies" di cui è coordinatore il Prof. Jean-Loius Reymond della Università di Berna ed a cui partecipano pure ricercatori delle Università di Oxford, Darmstadt, Stoccolma, e Leeds. Questa collaborazione era già precedentemente attiva a partire dal 1998 all'interno del precedente Programma COST D12 "New Biotransformations Using Engineered Enzymes and Catalityc Antibodies" terminato nel 1992.
• Il gruppo Farmaceutico-Tecnologico Applicativo  ha ottenuto e concluso le ricerche nell'ambito di un finanziamento dalla comunità europea per un progetto di ricerca sulla tossicità oculare (EU-Project BMH4-97-2324) di durata triennale (1997-200) in collaborazione con le Università di Tampere (Finlandia), Ioannina (Grecia) e Brema (Germania) e con la partecipazione di due industrie farmaceutiche finlandesi (Orion Pharma e Santen Oy). Il gruppo di ricerca Farmaceutico-Tecnologico Applicativo ha pure aderito al Galenos Network for Pharmaceutical Sciences, all'interno del quale numerose Università Europee, mediante periodi di formazione e workshop, si sono attivate per l'attribuzione a ricercatori che già hanno conseguito un dottorato di  ricerca nel proprio paese di origine, di ottenere un Dottorato di Ricerca Europeo in Advances Drug Delivery (EuroPhD).
• Il gruppo di Fitochimica è stato inoltre finanziato all'interno del FIRB 2001 con il progetto "Composti naturali ad attività antiparassitaria contro Cryptosporidium parvum, di nematodi responsabili della strongilosi gastroenterica degli ovini e di acari della rogna (Sarcoptes scabiei e Psoroptes cuniculi).

Partecipa al Programma Europeo COST  Action E39: "Forests, tree, and human health and well being, Working Group 2  "Forest Products, Forest Environment and Human Health: tradition, reality and perspectives".

Ed è inoltre coinvolto in alcuni programmi di ricerca dell'UE: in particolare:

1. ha fatto parte di un "Research Training Network" dal titolo: "INCHECO - Insect Chemical Ecology: integrated approach to defence strategies in herbivorus Hymenoptera";
2. ha partecipato ai programmi INTERREG II A ed attualmente è coinvolto in INTERREG III A e III B sempre su temi riguardanti le piante medicinali ed aromatiche dell'area mediterranea;
3. partecipa anche al progetto INTERREG III 2000-2006 ALCOTRA (Alpi Latine Cooperazione Transfrontaliera) sulla "Valorizzazione a scopi commerciali delle potenzialità del genere Salvia".