Interazioni tra Proteine e Nanomateriali: Studio Spettroscopico di BSA adsorbita su Nanoparticelle di TiO2

L'introduzione di un biomateriale inorganico in un ambiente biologico comporta il ricoprimento della superficie estranea da parte di uno strato dinamico di proteine presenti nei fluidi corporei, le cui caratteristiche qualitative e quantitative determinano il tipo di interazione specifica con cellule e tessuti. Lo studio dei fenomeni di adsorbimento proteico su superfici inorganiche riveste quindi un ruolo fondamentale per poter acquisire informazioni utili riguardo al mantenimento della struttura e funzionalità proteica in seguito all'adsorbimento. Il biossido di titanio rappresenta un biomateriale attuale, largamente utilizzato in applicazioni biomediche (protesi articolari, impianti odontoiatrici). La prima parte del progetto ha riguardato la caratterizzazione chimico-fisica di tre tipi di nanomateriali: la titania HT, sintetizzata nel laboratorio dipartimentale di Chimica dell'Università di Torino; la titania T-SP e la titania P25, di tipo commerciale. I tre materiali sono stati studiati dal punto di vista strutturale tramite diffrattometria a raggi X, per quanto riguarda le caratteristiche morfologiche e dimensionali, tramite microscopia elettronica in trasmissione, e in termini di caratteristiche di superficie, attraverso spettroscopia FT-IR. Le particelle di titania HT, costituite totalmente dalla fase anatasio, presentano un'estrema regolarità morfologica (bipiramidale) e dimensionale (40-60 nm). La titania T-SP, costituita totalmente da anatasio, pur possedendo particelle per la maggior parte isometriche, con dimensioni considerevolmente minori rispetto alla HT (15-20 nm), mantiene un grado di irregolarità superficiale molto elevato. La titania P25 si presenta invece come un caso particolare a causa della presenza della fase rutilo ed all'elevato grado di disomogeneità tra le particelle in termini di dimensioni (10-50 nm). Tutti i tipi di nanoparticelle espongono prevalentemente le facce (101). La seconda parte del progetto di tesi è stata invece incentrata sullo studio dell'interazione tra i nanomateriali e la proteina BSA, una proteina modello ben caratterizzata dal punto di vista strutturale. In particolare, sono stati presi in considerazione sia aspetti quantitativi, valutati tramite isoterme di adsorbimento, sia aspetti qualitativi, al fine di valutare gli effetti dell'adsorbimento sulla struttura secondaria e terziaria della proteina. Dal punto di vista quantitativo, l'affinità della proteina verso la titania P25 risulta circa un ordine di grandezza maggiore rispetto a quella verso la titania T-SP e HT. Lo studio degli eventuali cambiamenti conformazionali della struttura proteica dopo l'adsorbimento è stato condotto tramite spettroscopia FT-IR in modalità ATR. In tutti i casi, l'interazione con la superficie provoca significative modificazioni della struttura proteica, con la comparsa di segnali assenti nella forma nativa, relativi a strutture di tipo β-sheet e β-turn, nel caso della titania P25 e T-SP, e solo di tipo β-sheet, per la titania HT. Questo studio ha permesso di ottenere, per ogni tipo di nanoparticelle di titania preso in esame, un set di dati preliminare relativo ad una proteina modello. Questi dati potranno essere utilizzati in futuro come base di partenza per eventuali applicazioni, quali l'immobilizzazione di enzimi su nanoparticelle.