FERMENTAZIONE BATTERICA E SINTESI CHIMICA ASSISTITA DALLE MICROONDE PER LA PRODUZIONE DI POLIMERI BIODEGRADABILI E BIOCOMPATIBILI UTILIZZABILI IN CAMPO FARMACEUTICO

Two approaches have been developed for obtaining new polymers which, in the pharmaceutical field, have the features of biodegradability or biocompatibility with a wider opportunity of utilization with respect to poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), the progenitor and by far the most commonly encountered poly(hydroxyalkanoate) (PHA) in nature. The first approach regarded the study on the capability of Pseudomonas aeruginosa to grow and synthesize PHAs using odd carbon atoms fatty acids as carbon source, from heptadecanoic to eneicosanoic, and also to explore sistematically the variation in the physical properties of these PHAs in comparison to those obtained from even-carbon sources. Furthermore the capability of the same bacterium to synthesize PHAs by using B. carinata oil or oleic, erucic and nervonic acids as fermentative substrates in nitrogen deprived medium has been ascertained.The PHA from B. carinata oil is a transparent material having a Tg of 47 °C, totally amorphous, easily crosslinkable if left in air and exposed to light. The double bonds in the structure allow its functionalization and derivatization. PHAs produced by using erucic and nervonic acids are transparent as well, but partially cristalline with rubber-like characteristics and therefore their proposed use is as scaffold material for tissue engineering and in the field of the drug delivery system (DDS). The second developed approach regarded the chemical synthesis of P(HB-co-CL) copolymers by using PHB and poly(epsilon-caprolactone) (PCL) as reagents, or terpolymers P(HB-co-HV-co-CL) by using the copolymer P(HB-co-24%mol HV) and PCL, by a transesterification reaction catalyzed by 4-toluenesulfonic acid. The obtained copolymers and terpolymers are random or microblock depending on the reaction time, amount of catalyst or type of heating used. They are able to produce colloidal micro- or nanosuspension to be used in the DDS. The polymers obtained both by bacterial fermentation or chemical synthesis have been characterized by GPC for molecular weight determination, 1H and 13C-NMR for structural determination, GC for comonomeric composition, DSC for thermal properties and ESI MS or MALTI-TOF MS for sequencing of repetitive units or terminal groups determination.

Sono state sviluppate due metodiche per l ottenimento di nuovi polimeri che, nel settore farmaceutico, possiedano caratteristiche di biodegradabilità e di biocompatibilità con più ampia possibilità d impiego rispetto al poli(3-idrossibutirrato) (PHB), il capostipite più noto e diffuso tra i poli(idrossialcanoati) (PHA). La prima ha riguardato lo studio sulla capacità di Pseudomonas aeruginosa di crescere e sintetizzare PHA utilizzando come sorgente di carbonio acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio, dall eptadecanoico all eneicosanoico e di esplorare sistematicamente le variazioni delle proprietà fisiche di questi PHA paragonandoli a quelli ottenuti da sorgenti a carboni pari. E stata anche accertata la capacità dello stesso batterio di produrre PHA utilizzando olio di Brassica carinata, acido oleico, erucico o nervonico, come substrati fermentativi in medium privo di azoto. Il PHA da olio di B. carinata è un materiale trasparente, completamente amorfo con una Tg di -47 °C, che reticola molto velocemente all aria e alla luce. La presenza di doppi legami nella struttura ne consente la funzionalizzazione e la derivatizzazione. I PHA da acido erucico e nervonico sono anch essi trasparenti, parzialmente cristallini con caratteristiche simili alla gomma e quindi utilizzabili come scaffold nell ingegneria dei tessuti o per la produzione di drug delivery system (DDS). La seconda metodica sviluppata ha riguardato la sintesi chimica di copolimeri P(HB-co-CL) utilizzando PHB e poli(epsilon-caprolattone) (PCL) come reagenti, oppure terpolimeri P(HB-co-HV-co-CL) utilizzando il copolimero (PHB-co-24%mol HV) e PCL, mediante la reazione di transesterificazione catalizzata dall acido p-toluensolfonico. I copolimeri e terpolimeri ottenuti sono random o a microblocchi a seconda della durata della reazione, della quantità di catalizzatore e del tipo di riscaldamento utilizzati. Essi sono in grado di formare micro- e nanosospensioni colloidali utilizzabili nel DDS. I polimeri ottenuti sia per fermentazione batterica che per sintesi chimica sono stati caratterizzati mediante GPC per la determinazione dei pesi molecolari, 1H e 13C-NMR per per la determinazione della struttura, GC per la composizione comonomerica, DSC per le proprietà termiche ed ESI MS o MALDI-TOF MS rispettivamente per la sequenza delle unità ripetitive o dei gruppi terminali.