Structure based vegetable tanning design: come la Risonanza Magnetica Nucleare può accelerare la selezione di nuove molecole concianti a basso impatto ambientale
Articolo a Cura di Laura Ragona NICE-NMR group SCITEC-CNR, Simona Tomaselli NICE-NMR group SCITEC-CNR, Katiuscia Pagano NICE-NMR group SCITEC-CNR
Pubblicato sulla rivista CPMC n.3 (2021)
Riciclare materiali e sostanze di scarto dell’industria è ormai una domanda obbligatoria del mercato, dei programmi di ricerca e sviluppo e della politica. In quest’ottica le conoscenze chimiche a livello molecolare dei processi coinvolti nella concia, riconcia e rifinizione delle pelli sono fondamentali per poter progettare innovazioni tecnologiche di processo e individuare dei segmenti produttivi nell’ambito dei quali orientare l’impiego degli scarti trasformati.
La conoscenza a livello molecolare dell’interazione tra il collagene e molecole concianti come, ad esempio, i polifenoli largamente impiegati nell’industria della pelle è di fondamentale importanza in un’ottica di ottimizzazione dei processi conciari.
Una delle tecniche di elezione per lo studio delle interazioni tra le macromolecole peptidiche, quali il collagene, e le piccole molecole è la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR). Tale tecnica si basa sull’osservazione delle risonanze di atomi come 1H, 13C, 15N, e permette di ottenere informazioni molto dettagliate, a livello atomico, sulla struttura sia di piccole molecole organiche che di macromolecole, quali peptidi e proteine. Tramite misure NMR è possibile infatti misurare delle distanze tra atomi, rilevare la presenza di legami idrogeno, individuare i gruppi chimici coinvolti nelle interazioni e misurare delle costanti di affinità tra due molecole che interagiscono. La tecnica permette anche di individuare i componenti di miscele complesse, distinguendoli per pesi molecolari, dimensioni.
Il gruppo di ricerca NICE-NMR (Nmr structure, dynamics, Interactions of maCromoleculEs) dell’Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche (SCITEC) del CNR di Milano ha riconosciute competenze nell’impiego della Risonanza Magnetica in soluzione per la caratterizzazione di strutture peptidiche e proteiche, delle interazioni tra proteine/peptidi e piccole molecole, nonché nel calcolo di modelli strutturali dei complessi mediante metodi di docking ab initio e guidati da dati sperimentali.
Lo studio strutturale mediante NMR e metodi computer-aided è una tecnica largamente utilizzata negli approcci di structure based drug design. Tale approccio permette di progettare nuovi farmaci a partire dalla conoscenza molecolare del sistema biologico target e utilizzando le conoscenze strutturali acquisite nel caso di ligandi di cui sia stata caratterizzata l’interazione. L’individuazione di nuovi potenziali farmaci può essere poi effettuata o tramite ricerca in database di molecole già esistenti e con attività farmacologica nota o tramite disegno de novo di molecole che soddisfino i vincoli chimico-fisici evidenziati nello studio strutturale del sistema recettore-ligando e in base alle proprietà di affinità.
Il gruppo NICE, in qualità di partner di SSIP nell’ambito di un Programma di Open Innovation denominato “Leather Innovation Challenges 2025”, intende implementare questo tipo di strategia per la messa a punto di un nuovo approccio di “structure based vegetable tanning design” (SBVTD), basato sulla conoscenza strutturale a livello atomico del complessi collagene-molecola conciante. Partendo da peptidomimetici rappresentativi della struttura tridimensionale e delle caratteristiche chimico-fisiche del collagene naturale,si studieranno le interazioni molecolari con molecole polifenoliche ad attività conciante nota. Questi studi servono per poter creare un sistema modello sul quale testare in vitro nuove potenziali molecole da utilizzare in concia e riconcia. In base alle caratteristiche strutturali dei complessi verranno selezionate infatti nuove molecole polifenoliche con potenziale attività nei processi di concia e riconcia. Tali molecole verranno scelte da database e tra i prodotti di scarto dell’industria agroalimentare. Ripercorrendo la strada dello studio strutturale (NMR + docking) i complessi collagene-nuovi polifenoli verranno selezionati in base alle proprietà chimico-fisiche e alla loro capacità di stabilire interazioni con il collagene rilevanti per il processo di concia. Le molecole selezionate saranno anche testate su estratti di collagene ottenuti da scarti solidi dell’industria delle pelli tramite approcci enzimatici. Le più promettenti verranno poi utilizzate in test di concia/riconcia sulla scala di laboratorio ed eventualmente indirizzati ad uno scale up industriale.
Questo approccio da un lato permetterà di selezionare nuove potenziali molecole per favorire l’innovazione dei processi di concia, dall’altro consentirà la messa a punto di un sistema modello collagene – molecola conciante sul quale testare in vitro e in silico le nuove molecole che si vogliono inserire in un processo conciario, permettendo un notevole risparmio di tempo e di energie al settore.
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