Mitochondria-targeted azobenzenes : a possible approach to cell lifespan-extending

The study of the functions of the mitochondrion is nowadays an ever-expanding field. A parameter that has been found to be of fundamental importance is the mitochondrial membrane potential, since it has been linked to the lifespan of cells. In particular, the membrane potential of the mitochondria has been correlated to the production of mitochondrial reactive oxygen species (mROS). So, controlling the polarization of the membrane could lead to a lower production of mROS and so, a slow down of cell ageing. This study was inspired to previous works in our research group which have led to using azobenzene photoswitches as cell stimulators. Herein, a push-pull azoben-zene photoswitch (PP-Mito) has been synthesized, characterized and tested as a possible nanoactuator for mitochondrial membrane depolarization. The design of the photoswitch plays a key role in satisfying requirements to work in the biological field and this will be discussed in depth in this thesis. The photophysical behavior has been studied in different solvents at different concentrations, to determine how this material behaves according to the envi-ronment it comes into contact with. Aggregation phenomena were observed and characterized. Finally, the compound was tested in the cell cultures. A modulation of the membrane of the mitochondria was observed validating this approach in membrane stimulation.

Lo studio delle funzioni del mitocondrio è al giorno d’oggi un campo in continua espansione. Un parametro che è stato riscontrato essere di fondamentale importanza risulta essere il potenziale della membrana mitocondriale, il quale è stato dimostrato essere direttamente collegato alla vita cellulare. In particolare, il potenziale di membrana del mitocondrio è stato osservato essere collegato al processo di produzione di specie reattive dell’ossigeno mitocondriale (mROS). Controllando quindi la polarizzazione del potenziale di membrana si controlla anche la produzione di mROS e conseguentemente anche il rallentamento dell’invecchiamento cellulare. Lo studio è stato ispirato da precedenti lavori nel nostro gruppo di ricerca che hanno utilizzato alcuni azobenzeni come fotostimolatori cellulari. In questo studio, un push-pull azobenzene (PP-Mito) è stato sintetizzato, caratterizzato, e testato come possibile nanoattuatore per la depolarizzazione della membrana mitocondriale. Il design della molecola gioca un ruolo fondamentale nel soddisfare i requisiti necessari per applicazioni biologiche. Questo verrà discusso approfonditamente all’interno della tesi. Il comportamento fotofisico è stato studiato in differenti solventi a diverse concentrazioni in modo di determinare il comportamento della molecola in funzione dell’ambiente in cui entra in contatto. Sono stati osservati e caratterizzati fenomeni di aggregazione. Il composto è stato infine testato in culture cellulari. In quest’ultime, è stato osservato una variazione del potenziale di membrana mitocondriale, questo rende la molecola un valido composto per applicazioni di stimolazione di membrana.