Nanosistemi

Dendrimeri

I dendrimeri sono molecole che contengono una serie di ramificazioni che si estendono da un nucleo centrale, generalmente presentano diverse copie dello stesso gruppo funzionale al termine delle ramificazioni.

La parola dendrimero deriva dal greco “dendron” che significa “albero”. Viene utilizzato anche il termine “dendrone” che indica una parte del dendrimero.

Considerati per decenni come sottoprodotti insolubili della formazione dei polimeri, sono diventati oggetto di ricerca negli anni ’70.

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Dendrimeri

All’interno di un dendrimero si individuano diverse parti distinte: un nucleo (core) polifunzionale, delle unità ramificanti, i rami e i gruppi funzionali superficiali. Ogni ramificazione successiva è detta generazione (GN).

Dal punto di vista topologico, si possono distinguere tre parti: il nucleo polifunzionale, gli strati interni, la superficie.

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Dendrimeri e polimeri

Polimeri iper-ramificati e dendrimeri derivano concettualmente entrambi dalla ripetizione di un unità strutturale ramificata, ma sono il risultato di strategie sintetiche diverse e possiedono proprietà diverse.

I polimeri iper-ramificati sono ottenuti per polimerizzazione di un monomero ramificato e presentano strutture irregolari e ricche di difetti.

I dendrimeri sono il risultato di condensazioni ripetitive della stessa unitàramificata e sono caratterizzati da strutture definite e altamente regolari.

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Dendrimeri e polimeri

Altre differenze tra un dendrimero e un polimero, anche ramificato, sono:• Un dendrimero può essere isolato come un singolo composto

monodisperso, mentre i polimeri sono sempre miscele di molecole di peso molecolare diverse distribuite attorno ad un peso molecolare medio;

• Le proprietà di un dendrimero sono dominate dai gruppi funzionali terminali, quelle di un polimero dalla catena polimerica.

• Un polimero può crescere teoricamente in modo illimitato, la crescita di un dendrimero, per motivi sterici, si ferma ad una certa generazione.

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Sintesi dei dendrimeriVi sono essenzialmente due strategie sintetiche che possono essere adottate per la preparazione di dendrimeri: l’ approccio convergente e l’approccio divergente.

Con l’approccio divergente, il dendrimero viene preparato a partire da un nucleo polifunzionale per successive aggiunte di ramificazioni.

La crescita è veloce, ma è probabile la presenza di difetti, soprattutto alle alte generazioni

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Sintesi dei dendrimeri

La crescita del dendrimero è lenta, ma sono evitati difetti e si ottengono dendrimeri monodispersi .

Con l’approccio convergente, si parte dalle unità funzionali superficiali e si aggiungono progressivamente ramificazioni interne.

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Dendrimeri PAMAMSintesi dei dendrimeri PAMAM: approccio divergente

G1

G4

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Dendrimeri PAMAM

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Dendrimeri poli(aril-eteri)Sintesi con approccio convergente

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Dendrimeri poli(aril-eteri)Dallo stesso dendrone, cambiando il core, si ottengono dendrimeri diversi

Sintesi peptidica dei dendroni su fase solida, approccio divergente, assemblaggio dei dendronicon disolfuri, approccio convergente

Dendrimeri peptidiciNanosistemi

Strutture dendritiche di poli-lisinaNHFmoc

Tentagel-RAM

1) Piperidine, DMF2) Fmoc-Gly-OH EDC, HOBt, DIPEA CH2Cl2 / DMF

3) Piperidine, DMF

4) Fmoc-Cys(Trt)-OH HBTU, HOBt, NMM CH2Cl2 / DMF

NH

O HN

O

HN

SH

Fmoc 1) Piperidine, DMF

2) Fmoc-Lys(Fmoc)-OH HBTU, HOBt, NMM CH2Cl2 / DMF

NH

O HN

O

HN LysLys

Lys

SH

N NN

BocBoc

COOH

HBTU, HOBt, NMM CH2Cl2 / DMF

1) Piperidine, DMF

2)

3) TFA / iPr3SiH / CH2Cl2H2N

O HN

O

HN LysLys

Lys

TACNTACN

TACNTACN

SHG lyC ysLys

T A C N T A C N

C ysLys

Lys L ysT A C N

T A C N T A C N

T A C N

G ly G lyC ys

LysLys Lys

Lys

L ys

Lys

L ysL ys

L ys

Lys

L ys

Lys

Lys L ysLys

T A C NT A C NT A C N

T A C NT A C N

T A C N

T A C N TA C N

T A C NT A C N

T A C NT A C N

T A C N

T A C NT A C N

TA C N

G lyC ysLys

Lys LysLys

LysLys

LysT A C N

T A C NT A C N

T A C N T A C NT A C N

T A C N

T A C N

d-2 d-4 d-8 d-16

GlyCysLys

TACN TACN

GlyCysLys

TACN TACN

CysLys

Lys LysTACN

TACN TACN

TACN

GlyCysLys

Lys LysTACN

TACN TACN

TACN

Gly GlyCysLys

Lys LysLys

LysLys

LysTACN

TACNTACN

TACN TACNTACN

TACN

TACNGlyCysLys

Lys LysLys

LysLys

LysTACN

TACNTACN

TACN TACNTACN

TACN

TACN

GlyCys

LysLys Lys

Lys

Lys

Lys

LysLys

Lys

Lys

Lys

Lys

Lys LysLys

TACNTACNTACN

TACNTACN

TACN

TACN TACN

TACNTACN

TACNTACN

TACN

TACNTACN

TACN

GlyCys

LysLys Lys

Lys

Lys

Lys

LysLys

Lys

Lys

Lys

Lys

Lys LysLys

TACNTACNTACN

TACN

TACN

TACN

TACN TACN

TACNTACN

TACNTACN

TACN

TACNTACN

TACN

D4D4D8D8

D16D16

D32D32

TACN =NH HN

N

O

GlyCysLys

TACN TACN

GlyCysLys

TACN TACN

GlyCysLys

TACN TACN

GlyCysLys

TACN TACN

CysLys

Lys LysTACN

TACN TACN

TACN

GlyCysLys

Lys LysTACN

TACN TACN

TACN

Gly CysLys

Lys LysTACN

TACN TACN

TACN

GlyCysLys

Lys LysTACN

TACN TACN

TACN

Gly GlyCysLys

Lys LysLys

LysLys

LysTACN

TACNTACN

TACN TACNTACN

TACN

TACNGlyCysLys

Lys LysLys

LysLys

LysTACN

TACNTACN

TACN TACNTACN

TACN

TACNGlyCysLys

Lys LysLys

LysLys

LysTACN

TACNTACN

TACN TACNTACN

TACN

TACNGlyCysLys

Lys LysLys

LysLys

LysTACN

TACNTACN

TACN TACNTACN

TACN

TACN

GlyCys

LysLys Lys

Lys

Lys

Lys

LysLys

Lys

Lys

Lys

Lys

Lys LysLys

TACNTACNTACN

TACNTACN

TACN

TACN TACN

TACNTACN

TACNTACN

TACN

TACNTACN

TACN

GlyCys

LysLys Lys

Lys

Lys

Lys

LysLys

Lys

Lys

Lys

Lys

Lys LysLys

TACNTACNTACN

TACN

TACN

TACN

TACN TACN

TACNTACN

TACNTACN

TACN

TACNTACN

TACN

GlyCys

LysLys Lys

Lys

Lys

Lys

LysLys

Lys

Lys

Lys

Lys

Lys LysLys

TACNTACNTACN

TACNTACN

TACN

TACN TACN

TACNTACN

TACNTACN

TACN

TACNTACN

TACN

GlyCys

LysLys Lys

Lys

Lys

Lys

LysLys

Lys

Lys

Lys

Lys

Lys LysLys

TACNTACNTACN

TACN

TACN

TACN

TACN TACN

TACNTACN

TACNTACN

TACN

TACNTACN

TACN

D4D4D8D8

D16D16

D32D32

TACN =NH HN

N

O D-32

D-16D-8D-4

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Purezza e struttura dei dendrimeri

L’impaccamento delle catene dipende anche dalle proprietà del solvente.Non è ancora chiara del tutto la localizzazione dei gruppi terminali

Opportunamente purificato. Il dendrimero è costituito da una singola molecola.

Nanosistemi

Struttura dei dendrimeri

Nanosistemi

Dendrimeri per nano-biotecnologiaIn modo simile alle micelle, i dendrimeri possono disperdere al loro interno molecole organiche

Nanosistemi

Dendrimeri per nano-biotecnologiaRilascio controllato per protonazione dei gruppi amminici terminali.

Dendrimero biodegradabile

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Dendrimeri multifunzionali

Utilizzando l’approccio sintetico più conveniente è possibile creare dendrimeri multifunzionali sia sulla superficie che negli strati interni.

Nanosistemi

Dendrimeri multifunzionaliL’approccio convergente sembra essere più adatto allo sviluppo di sistemi multifunzionali

Nanosistemi

Dendrimeri multifunzionaliL’approccio convergente sembra essere più adatto allo sviluppo di sistemi multifunzionali

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Dendrimeri light-harvesting