INDICE:
PREMIO SAPIO PER
L’AMBIENTE E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
PREMIO SAPIO PER L'ENERGIA
E I TRASPORTI 2003
PREMIO SAPIO PER LA SALUTE
ED IL SOCIALE 2003
PREMIO SAPIO NMR
PREMIO SAPIO PER LE TECNICHE
ANALITICHE PER LA RICERCA 2003.
PREMIO SAPIO “MENZIONE
SPECIALE” 2003
PREMIO SAPIO PER L’AMBIENTE E LO SVILUPPO SOSTENIBILE
Dott. Pasquale Avino
Nato a Roma, ricercatore presso l’Istituto
Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro
(ISPESL)
Titolo dei risultati di ricerca
Determinazione e distribuzione spazio-temporale del
materiale carbonaceo nel particolato atmosferico come
nuovo tracciante nella contaminazione ambientale.
Ruolo del ricercatore
Pasquale Avino: supervisore della ricerca e ricercatore
principale.
Motivazione del Comitato Scientifico.
Sia con il Premio Sapio Energia e Trasporti sia con
il Premio Sapio Ambiente e Sviluppo Sostenibile si
è voluto lanciare un segnale forte che sancisca
la necessità di operare scelte verso uno sviluppo
che sia effettivamente durevole, costruito in prospettiva,
che tenga conto di ciò che lasceremo domani
alle future generazioni.
Un riconoscimento quindi ai più giovani
ai quali è affidato un compito arduo che richiede
determinazione e dinamismo.
La ricerca presentata dal dott. Avino
sia per i contenuti affrontati sia per i risultati
ottenuti è pienamente in linea con questa impostazione
e con la finalità scientifica del Premio che,
anche nel suo lungo tour scientifico, ha focalizzato
l’attenzione sulle problematiche e sulle soluzioni
legate allo sviluppo di nuove fonti energetiche, condizione
questa indispensabile per uno sviluppo di qualità.
Sintesi contenente una breve descrizione dei
risultati di ricerca
Il materiale particellare carbonioso è un parametro
di fondamentale importanza ai fini della valutazione
della qualità dell’aria. Esso è
costituito da una frazione organica, nota come carbonio
organico (OC), e da una frazione resistente all’ossidazione
ad una temperatura di 350°C denominata carbonio
elementare (EC). L’OC è una miscela complessa
di più classi di composti (idrocarburi, composti
ossigenati, acidi organici, ecc.) e ha un’origine
sia primaria sia secondaria. L’OC primario viene
emesso principalmente come particelle submicroniche
da processi antropogenici e/o biogenici e l’OC
secondario può avere origine dalla condensazione
gas-particella di composti organici volatili a bassa
tensione di vapore o dall’adsorbimento chimico
e/o fisico di specie gassose su particelle. L’EC
ha una struttura grafitica ed è essenzialmente
un inquinante primario emesso direttamente durante
i processi di combustione.
Dal punto di vista della granulometria, le particelle
al di sotto di 10 µm (soprattutto PM10 e PM2.5)
sono quelle più dannose per la salute dell'uomo
e allo stesso tempo sono quelle che maggiormente interessano
i processi di assorbimento e di trasformazione di
inquinanti gassosi e i fenomeni di trasporto a grande
distanza.
Nella ricerca vengono studiati i livelli di concentrazione
del materiale particellare (PM10), del carbonio elementare
(EC) e del carbonio organico (OC) misurati in aree
urbane e remote. Principale risalto è dato
allo studio analitico della separazione tra le due
frazioni. Viene inoltre studiata l’evoluzione
spazio-temporale delle due frazioni e più generale
investigata l’evoluzione temporale delle particelle
carboniose in atmosfera in funzione delle sorgenti
emissive di origine antropica e naturale e della dinamica
diffusiva dei bassi strati dell’atmosfera
Breve descrizione dell’applicazione
pratica dei risultati di ricerca
Sviluppo di metodologie per la determinazione del
carbonio organico ed elementare del particolato nel
particolato. Implementazione dei sistemi di misura
di inquinanti sul particolato (nitrati e solfati).
Descrizione tecnica dei risultati di ricerca
Il materiale particolato (PM) in atmosfera è
un inquinante complesso sia per la sua origine naturale
e/o antropogenica che per la sua granulometria: per
questi motivi può essere considerato un parametro
di fondamentale importanza ai fini della valutazione
della qualità dell’aria sia in aree urbane
che remote.
Le principali sorgenti naturali sono l’eruzione
dei vulcani, l’erosione delle rocce, gli aerosol
marini, le emissioni biogeniche, ecc., mentre le principali
sorgenti antropogeniche sono i processi di combustione
e specifiche attività industriali. Dal punto
di vista granulometrico, le particelle al di sotto
di 10 ?m (frazione toracica e respirabile) sono quelle
più dannose per la salute dell’uomo e
nello stesso tempo sono quelle che maggiormente interessano
i processi di adsorbimento e di trasformazione di
inquinanti gassosi e fenomeni di trasporto a grande
distanza. Infatti, aree lontane da sorgenti di emissioni,
quali ad esempio aree marine o aree remote, possono
subire la ricaduta di sostanze inquinanti dovuta a
fenomeni di trasporto.
La componente carboniosa di cui è costituito
il materiale particellare può essere utilizzata
come un nuovo tracciante utile per la valutazione
della contaminazione di un determinato ambiente. La
frazione carboniosa è costituita da un complesso
miscuglio di sostanze contenenti atomi di carbonio
che vengono normalmente classificati in due principali
componenti: carbonio elementare (EC) e carbonio organico
(OC). OC è una miscela complessa di più
classi di composti (idrocarburi, ossigenati, ecc.)
e ha un’origine sia primaria che secondaria:
l’OC primario è emesso principalmente
come particelle sub-microniche mentre l’OC secondario
può avere origine dalla condensazione gas-particella
di composti organici volatili a bassa tensione di
vapore o dall’adsorbimento chimico e/o fisico
di specie gassose sulle particelle. EC ha invece una
struttura grafitica ed è essenzialmente un
inquinante primario emesso direttamente durante i
processi di combustione. È da sottolineare
che quando la differenza tra le due frazione non è
dal punto di vista termico ma dal punto di vista ottico,
la frazione elementare prende il nome di “black
carbon” (BC).
La determinazione del carbonio totale (TC) nel particolato
e la separazione del carbonio elementare dal carbonio
organico possono essere eseguite con differenti metodiche
analitiche che sfruttano le differenti proprietà
ottiche, termiche o chimiche delle particelle. Vi
è una varietà di metodiche ottiche basate
sul principio della misura della trasmittanza o della
riflettanza di un raggio di luce incidente su particelle
raccolte su filtro. Recentemente sono stati sviluppati
vari procedimenti di misure termiche che consentono
anche la separazione del carbonio elementare dal carbonio
organico sia attraverso una pre-estrazione con solvente
della componente organica o direttamente mediante
due stadi di combustione/ossidazione a due diverse
temperature.
Il metodo utilizzato in questa ricerca si basa sulla
diversa composizione della sua frazione organica ed
elementare: la frazione organica viene determinata
dopo riscaldamento a 350°C e determinazione come
CO2 mediante un rivelatore non dispersivo infrarosso
mentre la frazione resistente alla temperatura di
ossidazione di 350°C è il carbonio elementare.
L’importanza del materiale carbonaceo nella
valutazione della qualità dell’aria è
evidenziata dalla correlazione tra OC ed EC. In quest’ambito
infatti sono stati condotti studi che hanno individuato
come il traffico nelle aree urbane sia la principale
fonte di emissioni di inquinanti di origine primaria
mentre nelle aree verdi risulta importante il contributo
di OC primario di origine biogenica (piante). A tal
scopo è risultato molto utile il comportamento
del rapporto TC(=EC+OC)/EC: infatti nelle aree verdi
la presenza di emissioni primarie di origine biogenica
dà come risultato un valore di TC/EC differente
(maggiore) rispetto all’analogo in un’area
urbana ad alto traffico.
La ricerca è stata condotta essenzialmente
in due siti di Roma: una stazione è localizzata
nel centro della città, in via Urbana (S. Maria
Maggiore), interessata da una alta densità
di traffico autoveicolare, mentre la seconda nel parco
di Villa Ada, una zona non direttamente influenzata
dai flussi di traffico cittadino. L’evoluzione
spazio-temporale delle particelle carboniose è
stata interpretata mediante la misura della radioattività
naturale utilizzata come tracciante della diffusione
verticale nei bassi strati dell’atmosfera. La
separazione di EC da OC effettuata mediante un metodo
termico con due stadi di ossidazione a due temperature
(350°C e 750°C) ci ha consentito anche di
identificare le fonti primarie di EC derivanti dal
traffico autoveicolare, di differenziare quelle primarie
biogeniche ed antropogeniche di OC e quelle secondarie
di OC.
I risultati della ricerca, tutt’ora in corso,
evidenziano che il monitoraggio della frazione carboniosa
presente nel materiale particellare in sospensione
è molto importante per avere una conoscenza
più approfondita della qualità dell’aria
specialmente nelle aree urbane in cui la sorgente
emissiva più importante è il traffico
autoveicolare.
Il metodo analitico adottato che sfrutta le proprietà
termiche delle particelle consente una misura diretta
del materiale carbonaceo e presenta un notevole vantaggio
rispetto al metodo dei fumi neri previsto dalla normativa
vigente che opera una misura indiretta del materiale
carbonioso mediante assorbimento di luce.
In definitiva, l’utilizzo di tale metodologia
d’indagine porta a esprimere le seguenti valutazioni:
misura fondamentale per la valutazione dell’inquinamento
atmosferico da processi di combustione;
utilizzo di questa misura come indice specifico dell’inquinamento
da traffico autoveicolare;
misura molto significativa ai fini della tutela della
salute dell’uomo per l’elevata permanenza
delle particelle carboniose nell’atmosfera e
per i numerosi processi di trasformazione chimico-fisici
che esse possono subire nell’atmosfera;
la buona correlazione tra i valori di OC ed EC mette
in evidenza che nell’area del centro storico
di Roma la sorgente più importante della frazione
carboniosa nel particolato è il traffico autoveicolare;
la separazione tra EC, di origine primaria, ed OC,
di origine primaria e secondaria, è di fondamentale
importanza per lo studio degli effetti pneumoconiogeni,
e più in generale per gli effetti tossici,
e per lo studio dei meccanismi di formazione degli
inquinanti fotochimici.
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PREMIO SAPIO PER L'ENERGIA E I TRASPORTI 2003
Dott. Agostino Iacobazzi
Nato a Roma, Responsabile di progetto per le celle
a combustibile a bassa temperatura
presso l’Enea ( Ente per le Nuove tecnologie,
l’Energia e l’Ambiente)
Titolo dei risultati di ricerca
Trasferimento tecnologico fra strutture di ricerca
e industria privata, finalizzato alla creazione di
nuove realtà industriali nazionali nel campo
delle tecnologie delle celle a combustibile ad elettrolita
polimerico
Ruolo del ricercatore
Agostino Iacobazzi: Promotore e supervisore dell’attività
Motivazione del Comitato Scientifico.
Sia con il Premio Sapio Energia e Trasporti
sia con il Premio Sapio Ambiente e Sviluppo Sostenibile
si è voluto lanciare un segnale forte che sancisca
la necessità di operare scelte verso uno sviluppo
che sia effettivamente durevole, costruito in prospettiva,
che tenga conto di ciò che lasceremo domani
alle future generazioni.
Un riconoscimento quindi ai più giovani ai
quali è affidato un compito arduo che richiede
determinazione e dinamismo.
Al lavoro presentato dal dott. Iacobazzi va il riconoscimento
per il tema affrontato nella ricerca: un ambito oggi
importantissimo su cui si giocano tutte le soluzioni
prospettate in ambito energetico.
Sintesi contenente una breve descrizione dei
risultati di ricerca
Fino alla fine degli anni ‘90 il sistema della
ricerca pubblica nel campo delle celle a combustibile
ad elettrolita polimerico ha sempre collaborato con
l’industria detentrice del know-how, approfondendo
specifiche tematiche individuate di comune accordo.
Le competenze nel campo delle celle a combustibile
ad elettrolita polimerico possedute dalle strutture
di ricerca pubbliche sono però tali da permettere
l’ingresso sul panorama dei produttorià
di nuove aziende private, pur se non completamente
in possesso del know-how necessario. Si è quindi
operato uno screening tra i possibili soggetti industriali
interessati, per esplorare le situazioni più
promettenti.
In particolare, individuando nella società
Roen Est di Bologna competenze tali da far presupporre
risultati industriali rilevanti, il dott. Iacobazzi
si è fortemente impegnato nel creare un progetto
comune di sviluppo. I risultati, negli anni 2000 -
2003 sono stati entusiasmanti, con la messa punto
di una tecnologia innovativa unica fra i produttori
mondiali di celle e con la creazione in pochi anni
di un polo industriale (Roen Est - Arcotronics NISSEI)
di rilevanza internazionale
Breve descrizione dell’applicazione
pratica dei risultati di ricerca
Nell'ambito della collaborazione fra ENEA e Roen-Est,
il gruppo di
ricercatori della divisione IDROCOMB/ENEA composto
da A. Pozio, L. Giorgi,
S. Galli, R.F. Silva, M. De Francesco, R. Lo Presti,
M. Lupo e da A. Danzi
della Roen-Est, hanno raggiunto i seguenti obiettivi:
· sviluppo di soluzioni innovative per l'ingegneria
di stack e celle
· test di laboratorio di prototipi di potenza
crescente
· realizzazione di prototipi di sistemi completi
di potenza 2-5 kW
Nell’ambito di tale accordo ENEA e Roen Est
hanno sviluppato conoscenze e tecnologie di interesse
per lo sviluppo industriale delle celle ad elettrolita
polimerico, realizzando soluzioni molto interessanti
dal punto di vista industriale per quanto riguarda
la preparazione dei componenti attivi e l’ingegneria
di stack, nell’ottica di una riduzione dei costi
di produzione ed un aumento delle caratteristiche
di operabilità e manutenibilità del
sistema.
Nell’ambito della collaborazione è stata
creata la Roen Est, società che ha tra gli
scopi societari quello di sviluppare sistemi di generazione
di piccola potenza (1-20 kW) con celle a combustibile;
in questi tre anni ha lentamente conquistato un ruolo
nel panorama delle celle a combustibile, avviando
diversi contatti sia con soggetti internazionali (Università
di Duisburg, Johnson Mattey, Università di
Theran, Idatech, Toyota, God’Power High Tech
Shangai) che con realtà industriali nazionali
(Sapio, SOL, MTS, Eurocarbo, Ausimont, Cuneo Associati,
…..), in grado di fornire il supporto tecnico,
finanziario e logistico per dare avvio ad una produzione
su scala industriale.
Attualmente la società si è fusa con
il gruppo Arcotronics per dare vita alla Arcotronics
Fuel Cell.
Descrizione tecnica dei risultati di ricerca
La collaborazione ENEA-Roen Est ha permesso
di sviluppare delle celle a combustibile ad elettrolita
polimerico che presentano diverse caratteristiche
innovative:
1) sviluppo della tecnologia chiamata “MEGA”
(Membrane Electrode Gasket Assemby) per la realizzazione
delle parti attive della cella, in stretta integrazione
con le guarnizioni.
Nella tecnologia MEGA la guarnizione è iniettata
direttamente sul bordo dell’assemblato membrana/elettrodo,
preparato precedentemente
A partire da un brevetto della Roen Est sull’iniezione
della guarnizione e facendo uso di un materiale siliconico
particolare, prodotto in Italia e di cui Roen Est
ha l’esclusiva per l’uso nel campo delle
celle a combustibile, è stata messa a punto,
in collaborazione con ENEA, la relativa ingegneria
di cella
La tecnologia MEGA offre diversi vantaggi rispetto
alla soluzione tradizionale:
- Risparmio effettivo di membrana di circa il 5 -
10 % con conseguente riduzione dei costi
- Processo di lavorazione facilmente industrializzabile:
realizzazione di assemblati di grossa area, tranciatura
e successiva iniezione della guarnizione
- Riduzione del tempo di fabbricazione (iniezione
della guarnizione in 15sec @ 60C°)
- Possibilità di controllo qualità:
le singole celle possono essere testate singolarmente
prima di essere assemblate nello stack
- Semplificazione della manutenzione: è possibile
disassemblare lo stack e sostituire i soli elementi
danneggiati, senza alcun degrado delle prestazioni
2) Nello sviluppo della tecnologia sono stati individuati
materiali per la realizzazione dei componenti dello
stack, particolarmente indicati per la produzione
industriale a basso costo. In particolare si è
messa a punto la tecnologia dei piatti bipolari in
materiali compositi a base di grafite, che permettono
lo stampaggio ad iniezione dei pezzi, con una conseguente
diminuzione di costi
La sinergia fra i diversi aspetti di innovazione tecnologica,
mirati da un lato ad un miglioramento delle prestazioni,
dall’altro ad una diminuzione dei costi ha permesso
di disporre già oggi di una tecnologia di celle
a combustibile con buone prestazioni e con costi industriali
che facilmente possono scendere sotto i 300 €/kW.
Tali costi sono da confrontare con un mercato che,
pur nella prototipicità dei prodotti disponibili,
non vede prezzi inferiori ai 5000 €/kW.
La collaborazione fra ENEA e Roen Est sta ora continuando
nell’ottica di realizzare stack e sistemi di
potenza crescente, fino a 50 kW.
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PREMIO SAPIO PER LA SALUTE ED IL SOCIALE 2003
Dott.ssa Caterina Pistarini
Nata ad Alessandria, dirigente di 2° livello presso
la Fondazione Salvatore Maugeri -Istituto Scientifico
di Montescano
Titolo dei risultati di ricerca
Profilo degli aminoacidi plasmatici dopo
trattamento riabilitativo in pazienti con esiti di
trauma cranico: rapporti con le funzioni cognitive.
Le motivazioni del Comitato Scientifico
Le problematiche della riabilitazione delle
Persone colpite da una grave cerebrolesione traumatica
sono molto vaste e di grande rilevanza anche sociale:
la tempestività della presa in cura riabilitativa,
la qualità delle procedure di trattamento,
la capacità di realizzare un completo Progetto
Individuale che sappia integrare sinergicamente tutti
gli strumenti per la cura ed il recupero funzionale,
sono elementi determinanti per una effettiva possibilità
di riconquistare una autonomia motoria, cognitiva
e relazionale. La Ricerca presentata si fonda su una
serie di indagini cliniche approfondite e significative
che aprono un suggestivo e nuovissimo fronte per ulteriori
sperimentazioni di questi risultati in campo clinico,
allo scopo di offrire nuove possibilità terapeutiche
a molti di questi soggetti. La tematica affrontata,
la validità e novità dei risultati e
questa concreta prospettiva sono pienamente in linea
con le finalità e lo spirito del Premio Sapio
e costituiscono l'insieme delle motivazioni dell'assegnazione
del Premio stesso alla Dottoressa Caterina Pistarini
autrice della Ricerca, perchè possa ulteriormente
sviluppare il proprio lavoro.
Sintesi contenente una breve descrizione dei
risultati di ricerca
In uno studio condotto su pazienti con esiti di grave
cerebrolesione acquisita ricoverati presso l'Istituto
Scientifico di Montescano è stata documentata
l'esistenza di importanti alterazioni del profilo
degli aminoacidi plasmatici. Dopo ciclo di riabilitazione,
i pazienti con trauma cranico hanno una normale quantità
totale di aminoacidi plasmatici. Tuttavia, il profilo
aminoacidico risulta profondamente alterato. La conseguenza
è che il cervello del paziente ha una ridotta
disponibilità di aminoacidi a catena ramificata.
In modo particolare si verifica una ridotta concentrazione
plasmatica di tirosina ed istidina, mentre normale
è il livello di triptofano. In questi pazienti
risulta pertanto ridotta la disponibilità di
sintesi di catecolamine con conseguente difficoltà
di neurotrasmissione adrenergica ed istaminergica.
PREMIO SAPIO NMR
Dott. Renzo Bazzo
Nato a Treviso, Senior Investigator presso
IRBM di Pomezia (Roma).
Titolo dei risultati di ricerca
Studi strutturali su enzimi virali (HCV,
HIV) e relativi inibitori
Ruolo del ricercatore
Renzo Bazzo: dirigente laboratorio di Risonanza Magnetica
Nucleare
Motivazioni del Comitato Scientifico
Per i suoi importanti contributi nel campo
delle applicazioni della spettroscopia NMR alla soluzione
di rilevanti problemi in biologia strutturale.Di particolare
importanza sono gli studi riguardanti gli agenti virali
quali il virus dell’epatite C (HCV) e dell’AIDS
(HIV). I risultati delle sue ricerche rappresentano
una valida piattaforma per la progettazione di farmaci
ad alta specificità per un trattamento terapeutico
di queste patologie di forte impatto sociale.
Sintesi contenente una breve descrizione
dei risultati di ricerca
L'applicazione dell' NMR allo studio e alla
determinazione strutturale di importanti agenti virali
appartenenti al virus dell'epatite C (HCV) e dell'
AIDS (HIV), nonchè alla caratterizzazione di
composti inibitori, ha fornito cruciali informazioni,
utili per la scoperta e la ottimizzazione di nuovi
farmaci
Breve descrizione dell’applicazione
pratica dei risultati di ricerca
La ricerca suddetta è parte dello
sforzo complessivo dell'IRBM rivolto alla scoperta
di nuovi farmaci per curare importanti malattie umane
Descrizione tecnica dei risultati di ricerca
La determinazione strutturale via NMR di
enzimi virali permette di progettare piccole molecole
che hanno lo scopo di legarsi alle molecole di enzima
per inibirne la funzione. Tali piccole molecole sono
da considerarsi i primi composti precursori dei futuri
farmaci. L'NMR interviene anche nella individuazione
e nella caratterizzazione di essi fornendo preziose
indicazioni per l' attività di sintesi chimica
tesa a migliorarne le caratteristiche di attività,
efficacia e tollerabilità. Particolarmente
nel progetto relativo al sistema enzimatico della
proteasi NS3 del virus dell'epatite C (HCV), i risultati
strutturali ottenuti con l'NMR sull'enzima stesso
e su diversi inibitori hanno permesso di chiarire
il meccanismo di inibizione e di elucidare le caratteristiche
molecolari del sito attivo, permettendo un importente
avanzamento della ricerca per l'ottenimento di farmaci.
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PREMIO SAPIO PER LE TECNICHE ANALITICHE PER
LA RICERCA 2003.
Dott.ssa Marina Carini
Nata a Milano, lavora presso Università
degli Studi di Milano, Istituto Chimico Farmaceutico
Tossicologico
Titolo dei risultati di ricerca
Sviluppo e applicazione delle tecniche di
Spettrometria di massa (MS, MS/MS, GC/MS, LC-MS, LC-MS/MS)
nel settore farmaceutico, biomedico,fitochimico e
tossicologico.
Ruolo del ricercatore
Marina Carini: Nella maggior parte dei casi ricercatore
principale, e più recentemente anche supervisore
Motivazioni del Comitato Scientifico
Fra i candidati del premio, diversi ad alto
livello, merita una considerazione particolare la
prof.ssa Marina Carini poiché le ricerche eseguite
e presentate sono strettamente collegate all' ambito
analitico e impostate sullo studio delle diverse potenzialità
delle tecniche di spettrometria di massa. Gli studi
condotti seguono ampiamente l'evoluzione tecnica e
considerano diversi campi di applicazione fra i quali
il farmaceutico, il biomedico, il fitochimico e non
ultimo quello tossicologico. Appare evidente l'interesse
del candidato per l'analisi in spettrometria di massa
di miscele complesse naturali o di sintesi, che portano
a risultati applicabili nel controllo di qualità
a livello industriale. Grande interesse rivestono
le ricerche di farmaci ad uso veterinario nel materiale
biologico di specie animali commestibile ,apportando
un notevole contributo alla difesa della salute del
consumatore.
La commissione unanime dichiara la prof.ssa Marina
Carini vincitore del Premio Sapio.
Sintesi contenente una breve descrizione
dei risultati di ricerca
Le ricerche raggruppate in questa tematica,
che si estendono dal 1981 a tutt’oggi, si sono
rivolte all’applicazione delle tecniche di spettrometria
di massa (utilizzando diversi sistemi di ionizzazione)
anche in accoppiamento ai sistemi cromatografici GC
e HPLC nei settori dell’analisi chimico-farmaceutica,
dell’analisi chimico tossicologica e della fitochimica.
In particolare la ricerca si è sviluppata secondo
le seguenti principali tematiche:
1. studio del destino metabolico in vitro e in vivo
di farmaci
Le ricerche raggruppate in questa tematica hanno avuto
per oggetto da un lato la caratterizzazione strutturale
dei principali metaboliti di farmaci ad attività
tubercolostatica, antilipemica ed anti-infiammatoria
dopo isolamento da sistemi in vitro (frazioni subcellulari
epatiche di ratto) e in vivo (liquidi biologici) nel
ratto e nell’uomo, mediante l’impiego
di tecniche analitiche diversificate, la loro determinazione
quantitativa in tessuti e liquidi biologici e lo studio
dei sistemi enzimatici epatici responsabili della
loro formazione. Particolare interesse è stato
rivolto alle tecniche di spettrometria di massa, che
utilizzano sia l’impatto elettronico (EI) che
i più moderni sistemi di ionizzazione “soft”
per la caratterizzazione di molecole termolabili,
polari e ad elevato peso molecolare (FD, Field Desorption
; FAB, Fast Atom Bombardment; ESI, Electrospray Ionization;
API, Atmospheric-Pressure Ion-spray Ionization) e
più recentemente alle tecniche di accoppiamento
LC-MS e LC-MS/MS.
2. Sviluppo E APPLICAZIONE di NUOVE metodologie DI
spettrometria di massa per l’analisi QUALI/QUANTITATIVA
di farmaci in matrice complessa
Le ricerche raggruppate in questa tematica si sono
rivolte allo studio delle potenzialità delle
moderne tecniche di spettrometria di massa (MS/MS,
GC/MS, FAB/MS, API/MS) nell’analisi diretta
di composti di interesse farmaceutico e cosmetico
(farmaci antielmintici, antibiotici, agenti anabolizzanti,
principi attivi di piante medicinali, conservanti,
tensioattivi) in miscela complessa (tessuti e liquidi
biologici, estratti vegetali, prodotti cosmetici).
3. isolamento, caratterizzazione e valutazione dell’attività
biologica di principi attivi di origine naturale ad
uso farmaceutico e cosmetico
In questa tematica sono raggruppate le ricerche volte
all’isolamento, alla caratterizzazione, all’analisi
quantitativa e alla valutazione dell’attività
biologica in sistemi in vitro e in vivo di principi
attivi naturali di interesse farmaceutico. In particolare,
mediante tecniche estrattive e cromatografiche (TLC,
HPLC), e mediante tecniche spettroscopiche (UV-Visibile,
NMR) e di spettrometria di massa (EI-MS, FD-MS, FAB-MS,
LC-MS, LC-MS/MS), è stato possibile isolare
da estratti di Aesculus hippocastanum L., Hedera helix
L., Helichrysum italicum G. Don, Helichrysum stoechas,
Echinacea angustifolia, Krameria triandra, e Ilex
Paraguayensis, e succesivamente identificare i singoli
componenti (o frazioni omogenee) ad attività
antiedematosa, antijaluronidasica e antiossidante/radical
scavenging.
4. studio dell’attività e dei meccanismi
di reazione di peptidi endogeni con specie carboniliche
citotossiche.
In questa tematica, la più recente, è
stata studiata la capacità quenching di peptidi
cisteinici (glutatione) e istidinici nei confronti
di aldeidi a,b-insature, prodotti di perossidazione
lipidica ad elevato potenziale citotossico, tra cui
acroleina e 4-idrossi-trans-nonenale (HNE) presentano
la maggiore reattività. In particolare è
stata studiata l’attività della carnosina,
un dipeptide (b-alanil-L-istidina) presente ad elevate
concentrazioni (20 mM) nei tessuti cerebrale e muscolare.
Di questa molecola sono stati caratterizzati mediante
analisi ESI-MS/MS e LC-MS/MS i prodotti di coniugazione
con HNE sia in soluzione fisiologica che in tessuto
muscolare di ratto, e gli studi sull’acroleina
sono tuttora in corso.
Breve descrizione dell’applicazione
pratica dei risultati di ricerca
Per quanto riguarda gli studi sul metabolismo
farmaci, il significato principale risiede nella definizione
delle vie metaboliche, indispensabile ai fini della
comprensione dell’attività farmacologica
(metaboliti attivi), nonché della cinetica
di eliminazione del farmaco e quindi della eventuale
tossicità.
La valutazione delle potenzialità delle diverse
tecniche di spettrometria di massa non solo ampliano
le conoscenze di base (in termini di definizione di
limiti e/o vantaggi), ma trovano ampio riscontro applicativo,
in quanto le metodologie sviluppate e applicate a
settori di interesse diversificati, sono a disposizione
della comunità scientifica accademica e industriale.
Per quanto concerne gli studi sulle droghe vegetali,
l’opportuna combinazione tra test preliminari
in vitro per la determinazione dell’attività
radical scavenging e uno screening analitico mediante
analisi LC-MS (supportato dalle informazioni UV-DAD)
rappresentano un valido approccio nella ricerca di
nuovi polifenoli ad attività biologica (e di
nuove fonti vegetali che li contengono), da utilizzarsi,
sottoforma di estratti/frazioni standardizzati, in
formulazioni farmaceutiche, integratori dietetici
o prodotti cosmetici per incrementare le difese endogene
antiossidanti in tutte quelle situazioni fisio-patologiche
che comportano elevato stress ossidativo.
Descrizione tecnica dei risultati di ricerca
TEMATICA 1) Nella prima serie di ricerche
lo studio del metabolismo in vitro e in vivo di farmaci
tubercolostatici (pirazinamide), antilipemici (bezafibrato,
tiadenolo), anti-infiammatori non steroidei (tenoxicam,
nimesulide) è stato affrontato procedendo all’isolamento
dei principali metaboliti da sistemi in vitro (frazioni
subcellulari epatiche di ratto) e in vivo (liquidi
biologici) nel ratto e nell’uomo mediante tecniche
cromatografiche convenzionali e alla caratterizzazione
strutturale mediante spettrometria di massa utilizzando
sia la tecnica EI che i sistemi di ionizzazione “soft”
FD (Field Desorption), FAB (Fast Atom Bombardment),
API (Atmospheric-Pressure Ion-spray Ionization), ESI,
(Electrospray Ionization).
In una seconda serie di ricerche lo studio del metabolismo
è stato affrontato utilizzando le tecniche
LC-MS e LC-MS/MS. La tecnica API a ioni positivi ha
per esempio consentito di caratterizzare i prodotti
di coniugazione del noto farmaco antitumorale cis-platino
con il glutatione (GSH) nel plasma umano o di ratto,
mentre la tecnica ESI, in accoppiamento ad un sistema
HPLC in fase inversa con rivelazione a fotodiodi (UV-DAD),
è stata utilizzata per lo studio del metabolismo
in vivo dei flavonoidi, consentendo di caratterizzare
i principali metaboliti plasmatici, urinari e fecali
dei flavonoidi contenuti in un estratto commerciale
di Ginkgo biloba, pianta medicinale ad attività
neuroprotettiva e anti-ischemica, in seguito a somministrazione
orale nel ratto. Mediante analisi HPLC-UV-MS (con
interfaccia APCI) è stato studiato il meccanismo
di attività antiossidante del farmaco anti-infiammatorio
non sterorideo Tenoxicam: è stato possibile
stabilire che il farmaco, per esposizione ad un flusso
di radicali HO° generati per sonolisi dell’acqua,
va incontro ad estesa degradazione ossidativa, con
formazione di 6 prodotti principali. Sono state inoltre
messe a punto nuove metodologie LC-UV-DAD e LC-UV-DAD-MS/MS
per lo studio del destino metabolico di una nuova
classe di farmaci NO-FANS (anti-infiammatori non steroidei
a rilascio di NO) sia in sistemi in vitro che in vivo,
utilizzando inizialmente quale molecola prototipo
la “Nitroaspirina”, acido 2-(acetilossi)
benzoico 3-(nitrossimetil)fenilestere ed estendendo
in seguito le ricerche a un altro NO-FANS (nitroflurbiprofen).
In particolare è stato studiato il metabolismo
in vitro nel ratto (frazioni subcellulari epatiche)
della nitroaspirina, allo scopo di definire le principali
vie di detossificazione epatica della molecola e le
relative cinetiche di biotrasformazione, base indispensabile
per gli studi sul metabolismo in vivo nell’animale
e nell’uomo che sono attualmente in corso. Mediante
analisi LC-ESI-MS/MS a ioni positivi e negativi è
stata identificata una nuova via metabolica, strettamente
correlata alla struttura chimica della nitroaspirina,
alternativa a quella comunemente proposta per i nitrati
organici usati in terapia cardiovascolare (es. nitroglicerina),
che comporta la formazione di un derivato tioetereo
di coniugazione con il glutathione 1-(glutation-S-il)metilene-3-idrossibenzene.
Al fine di una migliore comprensione del meccanismo
d'azione del nitroflurbiprofene (molecola ad elevata
attività antiinfiammatoria a livello del sistema
nervoso centrale, e per queste proprietà indicata
nel trattamento del morbo di Alzheimer), è
stata messa a punto una nuova metodologia LC-UV-DAD
e LC-MS/MS (interfaccia ESI) per l'identificazione
e la determinazione quantitativa del nitroflurbiprofen
e dei suoi potenziali metaboliti a livello plasmatico
e nel tessuto cerebrale di ratto in seguito a somministrazione
acuta sia per via orale che intraperitoneale. I risultati
ottenuti hanno consentito di stabilire da un lato
che il rilascio di NO non avviene nel tessuto cerebrale
e dall’altro che l’attività farmacologia
della molecola a livello cerebrale è mediata
prevalentemente dal metabolita flurbiprofene.
TEMATICA 2) E’ stata svolta una serie di ricerche
volte allo studio delle potenzialità di una
tecnica di spettrometria di massa MS/MS nell’analisi
“diretta” in matrice complessa di composti
di interesse farmaceutico. L’approccio metodologico,
basato sull’applicazione della tecnica CAD MIKES
(Collisionally Activated Dissociation Mass Analysed
Ion Kinetic Energy Spectrometry) consente, in un’unica
soluzione strumentale che prescinde da sistemi cromatografici
(spettrometro a doppio fuoco e a geometria inversa),
la separazione dei singoli componenti presenti in
matrice complessa e la loro caratterizzazione strutturale,
ovviando ai convenzionali e laboriosi processi di
estrazione e purificazione del campione. In particolare
la tecnica CAD MIKES è stata applicata all’analisi
chimico-tossicologica, per l’analisi di residui
di farmaci antielmintici appartenenti a classi chimiche
diverse, (nitroxynil, rafoxanide, ossiclozanide, closantel,
levamisolo, tiabendazolo, mebendazolo, fenbendazolo
e febantel), antibiotici (tetraciclina), agenti anabolizzanti
(dietilstilbestrolo, zeranolo e trenbolone) nel latte
e nei tessuti commestibili di bovino e ovino con limiti
di rivelamento compresi tra 14 ppt e 1 ppb. Contemporaneamente
la spettrometria di massa collisionale è stata
utilizzata per l’identificazione diretta dei
metaboliti di un farmaco in matrice biologica, di
principi attivi di interesse biologico, quali saponine
e tannini in matrice vegetale (Hedera helix L. foglie,
Hamamelis virginiana L. corteccia) e di agenti antimicrobici
in matrice cosmetica.
Il problema dell’analisi “diretta”
di componenti di miscele complesse quali i tensioattivi
è stato affrontato attraverso l’applicazione
di altre tecniche di spettrometria di massa: GC/MS
(analisi di miscele di tensioattivi non ionici, i
derivati polietossilati di alcooli superiori), FAB-MS
e API-MS (tensioattivi non ionici, anionici, anfoteri
e cationici come tali e in prodotti cosmetici).
TEMATICA 3) Nell’ottica dell'allestimento di
frazioni standardizzate in principi attivi ad attività
antiossidante, le ricerche si sono rivolte all’isolamento
e alla caratterizzazione dei principali derivati polifenolici
ad attività antiossidante di diverse specie
vegetali (Gingko biloba, Calendula officinalis, Tilia
cordata, Krameria triandra, Ilex Paraguayensis, Helichrysum
H. stoechas) attraverso un frazionamento della droga
ed uno screening “bioguidato”, che prevede
la determinazione su ciascun estratto dell’attività
radical scavenging in modelli di membrana e cellulari
e successiva analisi LC-UV-DAD-MS/MS (diversi sistemi
di ionizzazione).
La tecnica TI (Thermospray Ionization), in accoppiamento
ad un sistema HPLC-UV-DAD in fase inversa, è
stata utilizzata per l’identificazione dei principi
attivi di alcune piante medicinali contenenti flavonoli
bi- e triglicosidici ad elevato peso molecolare. Per
quanto concerne la Ratania (Krameria triandra), pianta
medicinale originaria del Sud America nota per le
proprietà astringenti ed antimicrobiche, al
fine di ottenere un rapido fingerprint dei costituenti
presenti nelle frazioni a maggiore lipofilia, è
stato impiegato un approccio LC-MS con interfaccia
Particle Beam e ionizzazione a impatto elettronico
(EI): sulla base degli ioni molecolari e dei patterns
di frammentazione, nelle frazioni a maggior lipofilia
sono stati identificati complessivamente 9 derivati
lignanici, prevalentemente riconducibili alla struttura
base del 5-propenil-benzofurano, sostituito in posizione
2 con residui idrossi- o diidrossifenilici, responsabili
dell’attività antiossidante. Per la definizione
strutturale dei componenti della frazione più
polare si è ricorsi ad una tecnica di ionizzazione
“soft”, la spettrometria di massa FAB-MS/MS,
che ha consentito di identificare direttamente sulla
matrice vegetale i seguenti derivati polifenolici
: catechina-3-O-gallato, catechina-glucoside, catechina-diglucoside,
due proantocianidine dimeriche (catechina-afzelechina
; catechina-catechina) e i corrispondenti derivati
sostituiti con un gruppo diidrossifenilpropanoico,
acido clorogenico (caffeoilchinico) ed il corrispondente
metilestere. La presenza di numerosi derivati polifenoli
a struttura catecolica giustifica la maggiore attività
antiossidante dell’estratto a maggiore polarità
(butilacetato).
Mediante tecniche LC-UV-DAD, LC-MS e LC-MS/MS, è
stato possibile inoltre identificare i principali
derivati fenolici ad attività antiossidante
di un estratto acquoso di foglie di Maté (Ilex
Paraguayensis), ottenuto per infusione della droga.
In particolare si è utilizzato un sistema di
spettrometria di massa a trappola ionica con interfaccia
APCI (Atmospheric Pressure) a ioni negativi, la dissociazione
degli ioni precursori per collisione (CID, collision-induced
dissociation) in parallelo all’impronta UV-DAD.
In tal modo sono stati identificati 10 componenti
principali, di cui 3 isomeri dell’acido caffeoil-chinico:
clorogenico, neo-clorogenico, cripto-clorogenico,
3 isomeri dell’acido dicaffeoil-chinico, rutina,
un derivato diglicosidico della luteolina e 2 caffeoil-glucosidi.
L’estratto acquoso presenta un’attività
antiossidante superiore rispetto al composto di riferimento
acido clorogenico, ad indicare un effetto cooperativo
antiossidante dei diversi componenti polifenolici.
Helichrysum H. stoechas è una specie ampiamente
diffusa nell'area mediterranea, ma a tutt’oggi
poco studiata da un punto di vista fitochimico. Lo
studio ha avuto pertanto per oggetto l’isolamento
di una frazione flavonoidica e l’identificazione
dei suoi principali componenti attraverso l’impiego
combinato della cromatografia liquida accoppiata alla
spettrometria di massa (Ion Trap con interfaccia APCI
a ioni positivi e negativi) e ad un rivelatore UV-DAD
(diode-array detector). Tale frazione è costituita
da 10 derivati fenolici, appartenenti a classi chimiche
diverse, tra cui 3 isomeri dell’acido caffeoilchinico
(acidi clorogenico, neo-clorogenico e cripto-clorogenic),
2 isomeri dell’acido dicaffeoilchinico, 2 glucosidi
isomeri della naringenina (5 e 4’), quercetina-3-O-glucoside,
kaempferolo-3-O-glucoside (astragalina), apigenina-7-O-glucoside,
apigenina-4’-O-glucoside e 4,2’,4’,6’-tetra-idrossicalcone-2’-O-glucoside.
TEMATICA 4) Gli studi più recenti e tuttora
in corso, hanno come finalità la definizione
della capacità quenching di peptidi endogeni
cisteinici (glutatione) e istidinici nei confronti
di aldeidi a,b-insature (altamente citotossiche) che
si generano durante i processi di degradazione ossidativa
di molecole biologiche diversificate (lipidi, carboidrati
e aminoacidi), implicate nello sviluppo e progressione
di patologie cardiovascolari (aterosclerosi, complicazioni
a lungo termine del diabete) e neurodegenerative (Alzheimer
e Parkinson), nonché dell’invecchiamento
cutaneo. In particolare è stata studiata l’attività
nei confronti del 4-idrossinonenale (HNE), principale
prodotto di perossidazione lipidica, sia del glutathione
che della carnosina, un dipeptide (b-alanil-L-istidina)
presente ad elevate concentrazioni (20 mM) nei tessuti
cerebrale e muscolare. Di entrambi i peptidi sono
stati caratterizzati mediante analisi ESI-MS/MS i
prodotti di coniugazione con HNE in soluzione fisiologica;
mediante analisi LC-MS/MS (interfaccia ESI) è
stata dimostrata la loro formazione direttamente in
matrice biologica (tessuto muscolare di ratto). Sono
stati infatti identificati 3 principali addotti di
Michael dell’HNE con glutatione, carnosina e
anserina (derivato N-metilico della carnosina, presente
in elevate concentrazioni nel tessuto muscolare).
Questi risultati sono significativamente rilevanti
da un punto di vista biologico, perché dimostrano
che anche dipeptidi endogeni con residui di istidina
concorrono con il glutatione nel processo di detossificazione
cellulare e tissutale di aldeidi citotossiche.
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PREMIO SAPIO “MENZIONE SPECIALE”
2003
Dott.ssa Silvia Bradamante
Nata a Milano, Senior Scientist presso il CNR - Istituto
Scienze e Tecnologie Molecolari - Università
degli Studi di Milano
Titolo dei risultati di ricerca
Sviluppo e utilizzo di metodologie di indagine spettroscopica
NMR nel settore chimico, biomedico e biotecnologico.
Le motivazioni del comitato scientifico.
"Riconoscimento per la produzione scientifica
nel settore dell'utilizzo delle tecnologie NMR e per
la capacità di saper realizzare efficaci soluzioni
di collaborazioni tra ricerca pubblica e ricerca industriale
privata. Questo aspetto coniuga perfettamente gli
auspici enunciati durante la premiazione dello scorso
luglio 2002".
Sintesi contenente una breve descrizione dei
risultati di ricerca
Le ricerche si estendono dal 1972 a tutt’oggi
e la produzione scientifica si compendia in 122 pubblicazioni
su giornali a circolazione internazionale e 150 comunicazioni
a congressi nazionali ed internazionali.
Attualmente i campi in cui è focalizzata la
sua attività di ricerca sono:
1. materiali organici multifotonici in relazione alla
caratterizzazione molecolare ed elettronica di cromofori
a base eterociclica Questi materiali sono di grande
attualità per le possibili terapie alternative
delle neoplasie.
2. lo studio della degradazione di polimeri organici
dovuta a danni ossidativi di considerevole interesse
nella conservazione di materiali massivi industriali.
3. indagini a carattere biotecnologico relative alla
produzione di statine con l'utilizzo di metodi statistici
e di nuove tecnologie atte all'identificazione di
co-metaboliti
4. progettazione e sviluppo di un bioreattore flow-lift,
in particolare adatto alla strumentazione NMR.
Questi progetti sono sviluppati in collaborazione
con:
Università degli Studi di Milano, Università
degli Studi di Milano Bicocca, Università dell’Insubria,
Erasmus University Rotterdam, Olanda.
e hanno ottenuto supporto da industrie ed
enti dei rispettivi settori quali:
ASI - Agenzia Spaziale Italiana
ESA - European Space Agency
Bruker Biospin
Carlo Gavazzi Space
Recordati s.r.l.
Molecular Probes
Gruppo Sapio
Nell’ambito delle collaborazioni sviluppate
tra ricerca pubblica e ricerca industriale privata
recentemente e’ stato costituito fra Sapio Produzione
Idrogeno ed Ossigeno S.r.l. e Università degli
Studi di Milano Bicocca il Consorzio CMG - Centro
Metrologico Gas con lo scopo di promuovere attività
di ricerca scientifica e tecnologica e di sviluppare
nuovi processi produttivi e nuove tecnologie nel campo
delle miscele gassose e del loro utilizzo.
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