Marcatura di lipidi: sintesi di analoghi fluorescenti del colesterolo mediante spacer amminoesterei

Lipids are organic molecules of biological interest present in the body as energy reserves, signal transducers and constituents of the cytoplasmic membrane [1]. Lipidomics is the field of research engaged in the quantification and analysis of the lipidome, which represents the totality of lipid species within a biological system. Various lipid molecules are then exploited in the design of delivery systems and probes labeled with fluorescent molecules. Phospholipids, sphingolipids, and cholesterol are the most widely used lipid species due to their biocompatibility, biodegradability, and toxicological safety characteristics. Labeled lipid probes are used to monitor the progress of various biological processes, especially the one involving the cell membrane. They are often made up of a derivatized lipid (e.g., esterified cholesterol), a fluorescent molecule, and one or more additional structures, such as hydrophilic linkers (e.g., PEG), and/or functional groups. The addition of secondary structures changes the chemical and physical characteristics of the probe, altering the distribution of the lipid molecule within the biological system of interest. This experimental thesis project focused on the synthesis of esterified cholesterol derivatives labeled with Fluorescein Isotiocyanate (FITC). The synthetic procedure specifically involves two derivatives, 2-azidoacetic ester and 5-azidovaleric ester (as in figure). The synthesis of the two compounds has been varied several times in order to optimize yield and purity of the final products. The fluorescent lipid derivatives will then be used as cell culture feeds so that probe breakdown and distribution at the cytoplasmic membrane can be monitored [2].

I lipidi sono molecole organiche di interesse biologico presenti nell’organismo in qualità di riserve energetiche, trasduttori di segnale e costituenti della membrana citoplasmatica [1]. La lipidomica è il campo di ricerca impegnato nella quantificazione e analisi del lipidoma, il quale rappresenta la totalità delle specie lipidiche all’interno di un sistema biologico. Diverse molecole lipidiche vengono poi sfruttate nella progettazione di sistemi di veicolazione e di sonde marcate con molecole fluorescenti. Fosfolipidi, sfingolipidi e colesterolo sono le specie lipidiche più usate, grazie alle loro caratteristiche di biocompatibilità, biodegradabilità e sicurezza tossicologica. Le sonde lipidiche marcate vengono usate per monitorare l’andamento di diversi processi biologici, soprattutto a livello della membrana cellulare. Sono spesso strutture composte da un lipide derivatizzato (e.g., colesterolo esterificato), una molecola fluorescente e una o più strutture aggiuntive, come linker idrofili (e.g., PEG), e/o particolari gruppi funzionali. L’aggiunta di strutture secondarie modifica le caratteristiche chimico-fisiche della sonda, alterando la distribuzione della molecola lipidica all’interno del sistema biologico di interesse. Questo progetto di tesi sperimentale si è concentrato sulla sintesi di derivati del colesterolo esterificati e marcati con Fluoresceina Isotiocianato (FITC). La procedura sintetica riguarda in particolare due derivati, l’estere 2-azidoacetico e l’estere 5-azidovalerico (in figura). La sintesi dei composti è stata variata più volte, al fine di ottimizzare resa e purezza dei prodotti finali. I derivati lipidici fluorescenti saranno poi utilizzati come nutrimento di colture cellulari in modo tale da poter monitorare ripartizione e distribuzione della sonda a livello della membrana citoplasmatica [2].