Sviluppo di metal organic frameworks per l'estrazione di composti bioattivi da Cannabis sativa L.

Fiber-type Cannabis sativa L. is a plant species known for its easy cultivation and rich phytocomplex, which mainly includes terpenoids, non-psychotomimetic cannabinoids, and flavonoids. These compounds are well-known for their health benefits for human health, including antioxidant, anti-inflammatory, and calming effect. For these reasons, this crop is now the subject of renewed interest in many fields such as pharmaceutical and nutraceuticals, among others. Due to the high complexity of this plant, sample preparation is normally necessary to make the sample compatible with downstream analysis. Different approaches have been developed to extract and isolate bioactive compounds from Cannabis sativa L. matrices. These methods normally are tedious, involve time-consuming sample preparation steps, and require the consumption of large amount of organic solvent to extract the analytes of interest. To limit the use of toxic solvents and streamline the overall process, it is crucial to develop more sustainable and efficient methods for the extraction of natural compounds. Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of crystalline materials composed of metal ions connected by organic ligands through coordination bonds. These materials are characterized by the presence of accessible cages, tunnels and modifiable pores, and exhibit high surface areas. Due to their impressive features, together with their versatility, MOFs have gained significant attention in different scientific field, including sample preparation. In this field, MOFs are employed sorbents in different procedures, including solid-phase extraction and different modes of solid-phase microextraction. In this study, we propose the use of MOFs as sorbents in matrix solid phase dispersion (MSPD) to extract non-volatile phytochemicals from different Cannabis sativa L. samples. This technique consists in the direct mechanical blending of the sample (usually a solid) with a solid sorbent, which allows to clean-up and homogenize the matrix. Different MOFs have been tested as sorbents, being the MOFs CIM-80(Al) selected for its higher capacity to efficiently extract both flavonoids and cannabinoids from Cannabis sativa L. samples. Several experimental conditions (amount of sorbent and desorption step) were optimized using an experimental design to obtain the maximum extraction efficiency. In comparison to traditional extraction approaches, the resulting methodology is easier, quicker, and more environmentally friendly while keeping the requirements in terms of sensitivity for the target analytes.

La cannabis sativa L. è una specie vegetale nota per la sua facilità di coltivazione e per il suo ricco fitocomplesso, che comprende principalmente terpenoidi, cannabinoidi non psicotomimetici e flavonoidi. Questi composti sono noti per i loro benefici per la salute umana, tra cui l'effetto antiossidante, antinfiammatorio e calmante. Per questi motivi, il suo utilizzo è oggi oggetto di un rinnovato interesse in molti campi, come quello farmaceutico e nutraceutico. A causa dell'elevata complessità di questa pianta, la preparazione del campione è normalmente necessaria per renderlo compatibile con le analisi. Sono stati sviluppati diversi approcci per estrarre e isolare i composti bioattivi dalle matrici di cannabis sativa L. Questi metodi sono normalmente tediosi, comportano lunghe fasi di preparazione del campione e richiedono il consumo di grandi quantità di solvente organico per estrarre gli analiti di interesse. Per limitare l'uso di solventi tossici e snellire il processo complessivo, è fondamentale sviluppare metodi più sostenibili ed efficienti per l'estrazione dei composti naturali. I Metal-organic frameworks (MOF) sono una classe di materiali cristallini composti da ioni metallici collegati da ligandi organici attraverso legami di coordinazione. Questi materiali sono caratterizzati dalla presenza di gabbie accessibili, tunnel e pori mutabili e presentano aree superficiali ampie. Grazie alle loro straordinarie caratteristiche e alla loro versatilità, i MOF vengono utilizzati in diversi campi scientifici, compresa la preparazione dei campioni. In questo ambito, i MOF sono impiegati come sorbenti in diversi processi, tra cui l'estrazione in fase solida e diverse modalità di microestrazione in fase solida. In questo studio, proponiamo l'uso dei MOF come sorbenti in matrix solid phase dispersion (MSPD) per estrarre sostanze fitochimiche non volatili da diversi campioni di cannabis sativa L. Questa tecnica consiste nella miscelazione meccanica diretta del campione (solitamente un solido) con un sorbente solido, che permette di pulire e omogeneizzare la matrice. Sono stati testati diversi MOF come sorbenti, tra cui il MOF CIM-80(Al), selezionato per la sua maggiore capacità di estrarre efficacemente sia i flavonoidi sia i cannabinoidi dai campioni di cannabis sativa L. Diverse condizioni sperimentali (quantità di sorbente e fase di desorbimento) sono state ottimizzate utilizzando un disegno sperimentale per ottenere la massima efficienza di estrazione. Rispetto agli approcci estrattivi tradizionali, la metodologia risultante è più semplice, più rapida e più rispettosa dell'ambiente, pur mantenendo i requisiti in termini di sensibilità per gli analiti target.