Un colorante rosa, un fascio di luce e gli alberi molecolari che lo trasportano

Il rosa bengala è un colorante rosa che gli oculisti usano già come strumento diagnostico. Ha però un secondo talento: quando lo colpisce una luce del colore giusto, produce forme di ossigeno molto reattive che danneggiano ciò che hanno intorno. Se il colorante si trova dentro una cellula tumorale e la si illumina, la cellula può essere distrutta. È l’idea della terapia fotodinamica, un approccio reale e consolidato, usato per esempio contro alcuni tumori della pelle. Il problema è portare il colorante dove serve.

Un colorante che resta sulla soglia

Nell’organismo il rosa bengala ha una carica negativa, che gli rende difficile attraversare la membrana grassa che avvolge ogni cellula. Viene anche eliminato in fretta, con un’emivita di circa 30 minuti, e in soluzione tende ad aggregarsi, il che ne riduce l’efficacia.

In uno studio ci siamo chiesti come riesca a entrare nelle cellule. Le misure di laboratorio e le nostre simulazioni concordavano: il rosa bengala si ferma sulla superficie della membrana, senza attraversarla da solo. Gli esperimenti su cellule di fegato e di intestino hanno poi indicato come via d’accesso principale una famiglia di proteine di trasporto, gli OATP.

Alberi molecolari

I dendrimeri sono molecole di sintesi che si ramificano da un nucleo centrale come un albero, più e più volte, fino a formare una piccola particella quasi sferica. Quelli che abbiamo studiato, chiamati PAMAM e PPI, sono ricoperti all’esterno di cariche positive. Il rosa bengala è negativo, quindi i due si attraggono.

Abbiamo simulato ciascun dendrimero circondato da dieci molecole di rosa bengala. In tutti i casi le dieci molecole sono state catturate entro 16 nanosecondi, e nessuna si è staccata nei 200 nanosecondi successivi. Le simulazioni hanno mostrato anche che i dendrimeri PPI sono più rigidi dei PAMAM, e che i complessi differiscono per quanto resta carica la loro superficie una volta legato il colorante.

I colleghi in laboratorio hanno provato le stesse coppie su tre linee di carcinoma basocellulare, il tumore della pelle più comune. Sotto la luce ogni complesso era più tossico per le cellule del rosa bengala da solo, e nessuno era tossico al buio. Anche il vettore meno efficace ha quasi raddoppiato la quantità di colorante entrata nelle cellule. La classifica dei vettori corrispondeva a quanto suggerivano le simulazioni: il complesso con la superficie più positiva portava dentro più colorante, quello più vicino alla neutralità ne portava meno.

Mezzo albero

Il lavoro più recente riguarda i dendroni, cioè singoli rami di un albero di questo tipo. Alcune di queste molecole hanno un lato che ama l’acqua e uno che la respinge, e possono riunirsi spontaneamente in minuscole sfere cave capaci di trasportare un farmaco. Era già noto che i dendroni triazina-carbosilanici aiutano il rosa bengala a entrare nelle cellule e ne potenziano l’effetto sotto la luce.

Le nostre simulazioni hanno mostrato che dendroni e rosa bengala si legano rapidamente e restano uniti, tenuti insieme soprattutto dall’attrazione tra cariche opposte, in particolare in ambiente più acido. Quanto ciascun dendrone si piega e cambia forma influiva sulla stabilità della coppia. Gli esperimenti hanno confermato che i complessi si formano, e che l’acidità cambia quante molecole di colorante si legano e l’energia in gioco.

Perché conta

Nulla di tutto questo è già una terapia: sono studi su cellule e al computer. Danno però un quadro più chiaro di quali caratteristiche chimiche permettano a un vettore di trattenere bene un farmaco attivato dalla luce, il tipo di regola che aiuta i chimici a progettare vettori migliori invece di provarli uno per uno.

Questi studi sono nati dalla collaborazione con gruppi sperimentali dell’Università di Łódź, in Polonia, e con altri partner europei; il nostro contributo sono state le simulazioni molecolari.

Leggi l’articolo: Zizzi, Sztandera, Gorzkiewicz, Buczkowski, Apartsin, Deriu, Klajnert-Maculewicz, Nanoscale 17(3), 1433–1448 (2025). doi:10.1039/d4nr02335h

Vedi anche: Sztandera et al., Journal of Medicinal Chemistry 64(21), 15758–15771 (2021). doi:10.1021/acs.jmedchem.1c01080

Vedi anche: Sztandera et al., Bioelectrochemistry 152, 108449 (2023). doi:10.1016/j.bioelechem.2023.108449