Exploiting the role of TEMPO persistent radical as radical scavenger

2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl, commonly known as TEMPO, is one of the most popular nitroxyl radicals. TEMPO radical and its derivatives are stable, so they have many applications: they are extensively used as oxidation catalysts for organic synthesis, mediators for controlled polymerization, spin probes and magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents, and antioxidants in biological systems. The aim of this work is to exploit this last function, the antioxidant power, together with the anti-inflammatory and cytoprotective capabilities of TEMPO radical. To do that, TEMPO grafted polymers PEI, PEG, hydrogels and nanogels have been synthetized using different methods of functionalization with the intention of obtaining a biocompatible material that could have biomedical properties. First of all, a small library of TEMPO-derivatives bearing different functional groups have been synthetized, to permit linear PEG and linear and branched PEI functionalization with different grafting degree. The last step was the synthesis of TEMPO-labelled hydrogels and nanogels to be tested as antioxidant. Thanks to NMR analysis the different molecules obtained where characterized, while EPR analysis was performed on the samples to determine the effective quantity of TEMPO. Concerning nanogels instead, DLS size and zeta potential measurements gave indications on the average size of the dissolved particles in solution and on the superficial charge. Cytotoxicity tests, on two different cell lines (HeLa cells and L929 cells) were carried out on PEI, PEG and nanogels functionalized with TEMPO. Given the good performances registered, the synthesized materials result to be particularly promising for antioxidant activity, opening the way to a possible role in biomedical field.

Il 2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-ossile, comunemente noto come TEMPO, è uno dei nitrossidi più popolari. La molecola TEMPO e i suoi derivati sono radicali stabili, sono coinvolti perciò in diverse applicazioni: sono ampiamente utilizzati come catalizzatori ossidativi nelle sintesi organiche, mediatori per la polimerizzazione controllata, sonde di spin e agenti di contrasto per risonanza magnetica (MRI) e antiossidanti nei sistemi biologici. Lo scopo di questa ricerca è sfruttare quest'ultima funzione, il potere antiossidante, insieme alle capacità antinfiammatorie e citoprotettive del radicale TEMPO. Per fare ciò, si è ricorso alla funzionalizzazione di polimeri quali PEI, PEG, idrogeli e nanogeli, sintetizzati utilizzando metodi differenti, con l'intento di ottenere un materiale biocompatibile che potesse avere proprietà biomediche. In primo luogo, è stata sintetizzata una piccola libreria di derivati del TEMPO, aventi diversi gruppi funzionali, per consentire la funzionalizzazione del PEG lineare e del PEI sia lineare che ramificato con gradi di funzionalizzazione differenti. Successivamente è stata effettuata la sintesi di idrogeli e nanogeli funzionalizzati con la molecola TEMPO, che verranno testati al fine di ottenere un’azione antiossidante. Grazie all'analisi NMR, le diverse molecole sintetizzate sono state caratterizzate, mentre l'analisi EPR è stata eseguita sui campioni per determinare il quantitativo effettivo di TEMPO. Per quanto riguarda i nanogeli, invece, le analisi dimensionali e del potenziale zeta sono state effettuate tramite DLS. Queste hanno fornito indicazioni sulla dimensione media delle particelle disciolte in soluzione e sulla carica superficiale. Sono stati poi effettuati test di citotossicità su due diverse linee cellulari (cellule HeLa e cellule L929) su PEI, PEG e nanogeli funzionalizzati con TEMPO. Date le buone prestazioni registrate, i materiali sintetizzati risultano particolarmente promettenti per l'attività antiossidante, aprendo la strada a un possibile ruolo in campo biomedico.