SPETTROSCOPIA RAMAN ED ANALISI CHEMIOMETRICA MULTIVARIATA PER LO STUDIO DELLE ALTERAZIONI STRUTTURALI CUTANEE INDOTTE DA OSSIDI NANOMETRICI

L'interazione tra nanoparticelle (NP) e cute è uno degli argomenti di carattere biomedico e nanotossicologico di maggiore interesse. I possibili risvolti scientifici coinvolgono molteplici ambiti, tra cui quello farmaceutico per lo sviluppo di metodi di Transdermal Drug Delivery (TDD). E' noto che lo strato corneo della pelle è il maggiore ostacolo alla permeazione cutanea delle molecole. Per questo motivo sono stati sviluppati diversi metodi per aumentare la permeazione di farmaci attraverso tale zona per ottenere un TDD ottimale. Le NP di TiO2 possano trovare applicazione come enhancer di permeazione per la somministrazione di farmaci per via transdermica. La spettroscopia Raman confocale, abbinata a tecniche chemiometriche di analisi multivariata, è stata utilizzata per descrivere le alterazioni indotte dal TiO2 sullo strato corneo di pelle suina ex vivo. È stato sviluppato un modello di classificazione per discriminare i campioni di pelle trattati con TiO2 da quelli non trattati sulla base delle differenziazioni registrate nella regione spettrale compresa fra 2700-2900 cm-1, propria dei modi di stretching alifatici di lipidi e proteine. Sono stati studiati diversi ossidi nanometrici quali titania, ossido di zinco,ematite e magnetite e silice amorfa. Tutti gli esperimenti sono stati effettuati in condizioni di irraggiamento controllato (luce solare simulata e buio) in modo da evidenziare possibili effetti fotoindotti.I parametri strumentali utilizzati hanno permesso di ottenere un elevato numero di dataset spettrali Raman in tempi relativamente ridotti. Il basso rapporto segnale/rumore e l'elevata complessità del sistema ha reso necessario il duplice approccio statistico di Data Mining e di Machine Learning. In primo luogo è stata favorita l'estrazione ¿naturale¿ dell'informazione dai dati, attraverso l'utilizzo dell'algoritmo di Principal Component Anlaysis. In questo modo sono state identificate le variabili contenenti la varianza utile a descrivere l'alterazione strutturale indotta dagli ossidi. Successivamente, utilizzando tale informazione, è stato costruito un sistema di classificazione basato sull'algoritmo Partial Least Square - Discriminant Analysis, di carattere ML in modo da identificare gli ossidi che si comportano come potenziali enhancer di permeazione da quelli che non causano alcun effetto osservabile. Il sistema di classificazione, è stato spinto fino all'ottenimento sia di una scala di quantificazione relativa della suddetta alterazione strutturale, sia dell'efficienza del processo. I meccanismi molecolari alla base delle modificazioni osservate a carico dei lipidi dello strato corneo sono stati investigati mediante alcuni test cell-free in vitro. La capacità dei vari ossidi di produrre radicali liberi è stata investigata mediante la tecnica EPR/spin trapping. Il potere ossidativo verso le componenti lipidiche delle membrane cellulari è stato valutato spettrofotometricamente usando il test di perossidazione dell'acido linoleico, un modello semplice di lipide di membrana. Un approccio multivariato analogo a quello illustrato in precedenza è stato applicato anche ai dataset ottenuti da questi ultimi esperimenti. In questo modo le analisi, condotte per chiarire i meccanismi chimici alla base dell'alterazione strutturale cutanea, sono state in grado di fornire dei risultati migliori sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo, fornendo inoltre nuove prospettive future di analisi strumentale-chemiometrica.