L’Unione internazionale di chimica pura e applicata (International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC) definisce la chimica supramolecolare come segue:
“Un campo della chimica relativo a specie di complessità maggiore delle molecole, che sono tenute insieme e organizzate mediante interazioni intermolecolari. Gli oggetti della chimica supramolecolare sono le supermolecole e altre entità polimolecolari che risultano dall’associazione spontanea di un gran numero di componenti in una fase specifica (membrane, vescicole, micelle, strutture allo stato solido ecc.)”
L’attenzione alla chimica supramolecolare, in particolar modo negli ultimi anni, ha destato grandissimo interesse nel mondo accademico, al punto che i numerosi progressi fatti in questo campo hanno portato all’assegnazione di due premi Nobel: nel 1987 a Jean-Marie Lehn, Donald J. Cram e Charles J. Pedersen per la realizzazione e utilizzo di molecole che sviluppano, per la loro struttura specifica, interazioni ad alta selettività (carcerandi), e nel 2016 a Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa per la loro progettazione e produzione di macchine molecolari.
Applicazioni farmaceutiche
Recentemente l’attenzione della chimica supramolecolare si è concentrata sullo studio e lo sviluppo di sistemi, basati su interazioni supramolecolari, in grado di somministrare farmaci su scala nanometrica. A tal proposito, sono stati fondamentali gli studi eseguiti per valutare biocompatibilità, caricamento del farmaco, stabilità, superamento di barriere biologiche, targeting e rilascio controllato. I trasportatori di farmaci supramolecolari ricoprono un ruolo centrale nello sviluppo di questa disciplina, e possiedono una struttura chimica tale da permettere un rilascio mirato in seguito al caricamento del farmaco. Le interazioni reversibili che vengono a stabilirsi tra farmaco e vettore possono essere sfruttate per il rilascio del farmaco stesso in funzione di condizioni fisiologiche locali associate ad uno stato patologico (es. pH, temperatura, ipossia).
Numerosi studi sono stati eseguiti su trasportatori polimerici e peptidici. Inoltre, molto promettenti sono i risultati ottenuti dal rilascio controllato di farmaci da parte di liposomi (vescicole sferiche a doppio stato fosfolipidico). Molto spesso il caricamento del farmaco può essere eseguito mediante incapsulamento passivo (oppure attivo) o coniugazione covalente. Nel primo caso, il caricamento del farmaco comporta l’incapsulamento dell’agente farmacologico durante la formazione della macromolecola (incapsulamento passivo) oppure dopo la sua formazione (incapsulamento attivo). Considerando i liposomi, il farmaco può essere incapsulato nello spazio acquoso interno, o incorporato nel doppio strato fosfolipidico mediante interazioni covalenti, non covalenti, ioniche, elettrostatiche e steriche. Nel caso della coniugazione covalente, il farmaco è legato alla molecola trasportatrice tramite un legame fisiologicamente labile.
Recentemente, la medicina supramolecolare è stata fortemente oggetto di studio, in particolar modo per lo sviluppo di nuovi farmaci contro il cancro. L’utilizzo di calix[n]areni (CX), ciclodestrine (CD), cucurbiturili (CB) e pillarareni si sono dimostrati promettenti supramolecole utilizzabili a scopo chemioterapico. Il ruolo della chimica supramolecolare si è rivelato davvero significativo nella somministrazione di farmaci e, specialmente negli ultimi anni, sono stati ottenuti sorprendenti e promettenti risultati.
Riferimenti
- Wen-Chao Geng, Ze-Tao Jiang, Shi-Lin Chen, Dong-Sheng Guo. Supramolecular interaction in the action of drug delivery system, Royal Society of Chemistry, Chem. Sci, 2024.
- Xin Jin, Lijuan Zhu, Bai Xue, Xinyuan Zhu, Deyue Yan. Supramolecular nanoscale drug-delivery system with ordered structure, National Science Review, 2019.
- Sherif Ashraf Fahmy , Jana Brüßler , Mohamad Alawak , Mayyada MH El-Sayed , Udo Bakowsky , Tamer Shoeib. Chemotherapy Based on Supramolecular Chemistry: A Promising Strategy in Cancer Therapy, Pharmaceutics. 2019.
- Peng Liu , Guiliang Chen, Jingchen Zhang. A Review of Liposomes as a Drug Delivery System: Current Status of Approved Products, Regulatory Environments, and Future Perspectives, Molecules, 2022.
- ‘supramolecular chemistry’ in IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 3rd ed. International Union of Pure and Applied Chemistry; 2006.
