Chimica dei Materiali Ingegnerizzati
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Questions and Answers

Qual è la caratteristica principale della silice mesoporosa?

  • Ha proprietà superparamagnetiche.
  • Ha pori di dimensioni uniformi da 2 a 50 nm. (correct)
  • Non è utilizzata in medicina.
  • È un solido cristallino.

    • Quale funzione svolge un dendrimer?

  • Funziona come catalizzatore in reazioni chimiche.
  • Viene usato come vettore di un principio attivo. (correct)
  • È un tipo di nanomateriale organico.
  • È un composto inorganico utilizzato in elettronica.

    • Quale di questi materiali è noto per le sue proprietà ottiche variabili?

  • Liposomi
  • Quantum dots (correct)
  • Polisaccaridi
  • Ossidi di ferro

    • Qual è un'importante caratteristica degli ossidi di ferro in ambito biomedico?

    <p>Possiedono proprietà superparamagnetiche.</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti affermazioni sui liposomi è vera?

    <p>Possono trasportare principi attivi al loro interno grazie alla loro struttura.</p> Signup and view all the answers

    Cosa caratterizza i fullereni rispetto ad altri materiali?

    <p>Possono esistere in diverse forme geometriche e strutturali.</p> Signup and view all the answers

    Per quale motivo i materiali come TiO2 e ZnO sono considerati utili?

    <p>Possono essere utilizzati in applicazioni tecnologiche e biomedicali.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la principale applicazione dei carbon black?

    <p>Produzione di pigmenti e rinforzo della gomma.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la principale funzione degli aptameri?

    <p>Interagire con specifiche molecole come proteine.</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle tecniche utilizzate per ottenere aptameri?

    <p>SELEX.</p> Signup and view all the answers

    Cosa sono i DNA zyme e RNAzyme?

    <p>Sequenze di DNA e RNA con attività catalitica simile ai ribozimi.</p> Signup and view all the answers

    Quali parametri sono fondamentali per sfruttare la struttura degli acidi nucleici?

    <p>I legami a idrogeno e la stereochimica.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la caratteristica principale della tecnica DNA origami?

    <p>Permette l'assemblaggio preciso di strutture complesse di DNA.</p> Signup and view all the answers

    Perché è più conveniente sintetizzare aptameri rispetto a produrre anticorpi?

    <p>Non necessitano di animali e hanno alta resa di sintesi.</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione è vera riguardo alle strutture secondarie e terziarie degli acidi nucleici?

    <p>Dipendono dalla lunghezza dei filamenti di DNA e RNA.</p> Signup and view all the answers

    Quale di queste tecnologie non sfrutta le caratteristiche degli acidi nucleici?

    <p>Sintesi di proteine.</p> Signup and view all the answers

    Quale processo sfrutta la capacità delle nanoparticelle d'oro di emettere energia sotto forma di calore?

    <p>Fototermica</p> Signup and view all the answers

    Quali sono le proprietà degli SPION che li rendono utili in nanomedicina?

    <p>Proprietà superparamagnetiche</p> Signup and view all the answers

    Cosa accade alle nanoparticelle quando vengono riconosciute dai macrofagi nel circolo sanguigno?

    <p>Vengono interiorizzate e trasformate in endosomi</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'unico aspetto noto riguardo alla tossicità acuta dei nanomateriali?

    <p>Possono sviluppare specie ROS</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle applicazioni principali degli SPION nella diagnostica?

    <p>Analisi NMR</p> Signup and view all the answers

    Quale caratteristica dei nanomateriali d'oro permette loro di essere utilizzati in fotoluminescenza?

    <p>Capacità di assorbire radiazione</p> Signup and view all the answers

    Quali processi vengono utilizzati per l'accumulo di nanomateriali nel sistema sanguigno?

    <p>Target attivo e passivo</p> Signup and view all the answers

    Qual è il rischio associato a nanomateriali la cui dimensione è inferiore a 2 nm?

    <p>Elevata tossicità e attività catalitica</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'obiettivo principale dell'uso di terapie combinate nella cura del cancro?

    <p>Aumentare la profondità di penetrazione dei farmaci nei tumori</p> Signup and view all the answers

    Cosa sono le nanoparticelle teranostiche?

    <p>Nanoparticelle che combinano agenti terapeutici e di imaging</p> Signup and view all the answers

    Quale di questi stimoli è considerato un fattore scatenante per l'attivazione dei nanomateriali?

    <p>Basso pH</p> Signup and view all the answers

    Cosa implica il targeting attivo delle nanoparticelle?

    <p>Legame chimico con gruppi funzionali per riconoscere cellule tumorali</p> Signup and view all the answers

    Qual è la caratteristica del targeting passivo nel drug delivery?

    <p>Sfrutta il basso drenaggio linfatico del sistema tumorale</p> Signup and view all the answers

    Quale effetto è associato alla ritenzione di nanomateriali nelle aree tumorali?

    <p>Effetto EPR</p> Signup and view all the answers

    Quale dei seguenti stimoli esogeni può attivare il rilascio di farmaci dai nanomateriali?

    <p>Campi elettrici</p> Signup and view all the answers

    Quale dei seguenti aspetti non è un vantaggio dell'uso delle nanoparticelle nella terapia del cancro?

    <p>Rispetto dei tempi di trattamento convenzionali</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle caratteristiche principali delle particelle superparamagnetiche?

    <p>Possono rispondere a un campo magnetico esterno.</p> Signup and view all the answers

    Cosa diminuiscono gli SPION nel contesto dell'imaging?

    <p>I tempi di rilassamento.</p> Signup and view all the answers

    Quale applicazione non è associata ai nanomateriali a base di carbonio?

    <p>Produzione di energia elettrica.</p> Signup and view all the answers

    Che ruolo hanno le cellule Schwann nella rigenerazione nervosa?

    <p>Puliscano e stimolino fattori di crescita interni.</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle caratteristiche dei nanotubi di carbonio per la rigenerazione tessutale?

    <p>Hanno una forma tubolare che favorisce l'attacco delle cellule.</p> Signup and view all the answers

    Quale è una potenziale preoccupazione riguardo agli SPION?

    <p>Possono causare tossicità.</p> Signup and view all the answers

    Per cosa viene utilizzata la conducibilità dei nanomateriali a base di carbonio?

    <p>Per supportare la rigenerazione del tessuto nervoso.</p> Signup and view all the answers

    Quale descrizione si applica meglio ai neuroni?

    <p>Sono formati da un assone e sinapsi per comunicare.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Approccio Bottom-Up

    • L'approccio "bottom-up" in chimica si basa sulla manipolazione delle proprietà chimiche di atomi e molecole tramite sintesi chimica.

    Materiali ingegnerizzati

    • Materiali comunemente utilizzati in applicazioni biomedicali, diagnostiche e in nanomedicina includono: fullereni, CNT, grafene, carbon black, SiO2, TiO2, ZnO, quantum dots, Au, Ag, SPION, polimeri, polisaccaridi e liposomi.

    SiO2 mesoporosa (silice)

    • La silice mesoporosa è una classe di setacci molecolari porosi ordinati con mesopori di dimensioni uniformi (2-50 nm).
    • Trova impiego in diversi settori come l'industria petrolifera, cosmetica e medicina.
    • La sua struttura porosa consente l'intrappolamento e il rilascio controllato di farmaci o altre sostanze in risposta a stimoli specifici.

    Quantum Dots

    • I quantum dots sono nanoparticelle di materiali semiconduttori (es. silicio) con proprietà ottiche che dipendono dalla loro dimensione e forma.
    • La radiazione assorbita ed emessa varia a seconda delle dimensioni.
    • Le proprietà ottiche sono influenzate dalla risonanza plasmonica di superficie.

    Ossidi di Ferro

    • Gli ossidi di ferro sono composti naturali comuni e possono essere sintetizzati in laboratorio tramite reazioni acquose in diverse condizioni redox e di pH.
    • Hanno proprietà superparamagnetiche.

    Nanomateriali organici

    • I nanomateriali organici come lipidi, polimeri e polisaccaridi vengono utilizzati in ambito biomedico, cosmetico e alimentare.

    Dendrimeri

    • I dendrimeri sono strutture polimeriche iper-ramificate con strutture molto definite.
    • La loro struttura regolare li rende adatti a fungere da vettori per principi attivi.

    Liposomi

    • I liposomi sono piccole vescicole sferiche a base di fosfolipidi.
    • Le loro proprietà dipendono dalla composizione lipidica, dalla carica superficiale, dalle dimensioni e dal metodo di preparazione.
    • Sono impiegati per il trasporto di principi attivi.

    Caratteristiche funzionali degli acidi nucleici

    • In laboratorio si possono sintetizzare filamenti di DNA e RNA di diverse lunghezze, ottenendo strutture secondarie e terziarie con funzioni specifici.
    • Aptameri: oligonucleotidi di DNA o RNA a filamento singolo con strutture tridimensionali stabili, dipendenti dalla sequenza.
      • Vengono selezionati tramite processi di biologia molecolare evolutiva (SELEX).
      • Hanno affinità per molecole specifiche come proteine.
      • Possono essere considerati anticorpi sintetici.
    • DNA zyme e RNAzyme: sequenze di DNA con attività catalitiche simili ai ribozimi.

    Caratteristiche strutturali degli acidi nucleici

    • Le strutture degli acidi nucleici possono essere sfruttate tramite legami a idrogeno, stereochimica e termodinamica.
    • Tecniche di DNA origami: permettono l'autoassemblaggio del DNA per creare strutture complesse come nanotubi di DNA.

    Terapie combinate

    • Le terapie combinate per il cancro aumentano la penetrazione dei farmaci nei tumori, riducendo il rischio di recidive.
    • Le nanoparticelle teranostiche, contenenti sia agenti terapeutici che di imaging, facilitano la stadiazione della malattia, la scelta del trattamento, la valutazione della risposta e il rilevamento delle recidive.

    Triggered activation

    • La nanomedicina sfrutta gli stimoli del microambiente tumorale (pH basso, glutatione, enzimi) o stimoli esogeni (calore, ultrasuoni, campi magnetici/elettrici) per attivare nanomateriali o rilasciare agenti terapeutici.

    Targeting

    • La funzionalizzazione della superficie delle nanoparticelle con ligandi molecolari consente il drug delivery mirato.
    • Target attivo: i gruppi funzionali sulla superficie dei nanovettori riconoscono il sito bersaglio, permettendo di visualizzare, curare e monitorare la risposta del trattamento patologico.
    • Target passivo: l'effetto EPR (Enhanced Permeability and Retention) sfrutta l'elevata vascolarizzazione dei tumori per accumulare nanomateriali nelle zone tumorali.

    Proprietà ottiche

    • Fotoluminescenza: le nanoparticelle d'oro possono essere utilizzate per la luminescenza e fluorescenza.
    • Fototermica e fotoacustica: le nanoparticelle d'oro vengono utilizzate per il riscaldamento ed i metodi fotoacustici.

    Tossicità dei nanomateriali

    • Non tutti i nanomateriali sono ingegnerizzati e possono essere tossici.
    • I test di tossicità (citotossicità, genotossicità) sono necessari per valutare il rischio.
    • I nanomateriali possono generare specie ROS e, per dimensioni inferiori a 2 nm, hanno elevata attività catalitica.

    SPION (Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles)

    • SPION sono nanomateriali a base di ossidi di ferro con proprietà superparamagnetiche.
    • Vengono utilizzati in nanomedicina per diagnostica, come agenti di contrasto nelle analisi NMR.
    • Rispondono ai campi magnetici esterni, rilasciando calore.
    • Le dimensioni, la forma e l'ingegnerizzazione superficiale degli SPION li rendono riconoscibili dalle cellule del sistema immunitario (es. macrofagi).
    • I macrofagi inglobano gli SPION, degradandoli e rilasciando il ferro.
    • L'accumulo di SPION avviene tramite target attivo e target passivo.

    Applicazioni degli SPION

    • In terapia, gli SPION possono essere utilizzati per il drug delivery.
    • In imaging, gli SPION vengono utilizzati come agenti di contrasto per la risonanza magnetica.
    • Aumentano la visibilità nella risonanza magnetica mediante la diminuzione dei tempi di rilassamento, che dipendono dall'intorno e dal campo applicato.
    • Gli SPION sono considerati non tossici o poco tossici, sebbene sia necessario valutare la tossicità individuale.

    Nanomateriali a base di carbonio (CNT)

    • I nanotubi di carbonio (CNT) vengono utilizzati in nanomedicina per imaging, drug delivery e funzionalizzazione.
    • Il loro principale utilizzo è nella rigenerazione tissutale, soprattutto per il tessuto nervoso.
    • Le loro caratteristiche includono conducibilità termica ed elettrica, assorbimento nel vicino infrarosso (effetto fototermico) e superficie adatta alla rigenerazione tissutale.

    Rigenerazione tissutale

    • I neuroni sono cellule del tessuto nervoso.
    • La guaina mielinica sull'assone può essere danneggiata, portando alla degenerazione dell'assone.
    • Le cellule Schwann intervengono per ripulire e stimolare la rigenerazione delle cellule.
    • L'assone necessita di uno scaffold tubolare per una corretta crescita.
    • I nanotubi di carbonio offrono un supporto ideale per la rigenerazione tissutale, grazie alla loro forma tubolare e alla conducibilità.

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