A membrane-targeted photoswitch for modulation of cell activity

One of the research lines that currently generates more interest in the scientific community is certainly the one related to the use of functional materials for biological and medical applications. Specifically, in this thesis, the focus is on photochromic materials, their properties and current uses. To this purpose, two new amphiphilic molecules, Ziapin 1 and Ziapin 2, have been synthetized and characterized. Biocompatibility, localization and possible functional effects at the cellular level have been evaluated. In particular, electrophysiology experiments on non-excitable cells have underlined a significant variation of the cellular membrane potential following optical stimulation with visible light: this effect can be explained by the presence of the molecules within the phospholipidic double layer of the cell membrane and the following photoisomerization-related conformational change. In conclusion, Ziapin 1 and Ziapin 2 turn out to be two newly synthetized molecules which are able to produce an interesting biological effect that might be used for future applications in the context of neuroscience and biomedicine.

Una delle linee di ricerca che attualmente suscita maggior interesse all’interno della comunità scientifica è sicuramente quella relativa all’utilizzo di materiali funzionali per applicazioni biologiche e medico-sanitarie. Nello specifico, in questa tesi, l’attenzione è rivolta a materiali fotocromici, alle loro proprietà e correnti usi. A tal fine sono state sintetizzate e caratterizzate due nuove molecole anfifiliche, Ziapin 1 e Ziapin 2. Ne sono stati valutati la biocompatibilità, la localizzazione e possibili effetti funzionali a livello cellulare. In particolare, esperimenti di elettrofisiologia su cellule non eccitabili hanno evidenziato una significativa variazione del potenziale di membrana in seguito a stimolazione ottica con luce visibile; tale effetto è spiegabile con la presenza delle molecole all’interno del doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare e il conseguente cambiamento conformazionale dovuto alla fotoisomerizzazione. In conclusione, Ziapin1 e Ziapin2 risultano quindi essere due molecole di nuova sintesi in grado di generare un interessante effetto biologico che potrà essere utilizzato per future applicazioni nell’ambito delle neuroscienze e biomedicina.