- Coupling of experimental and computational approaches for the development of new dendrimeric nanocarriers for gene therapy.
- Marson, Domenico
Subject
- molecular dynamic
- dendrimers
- gene therapy
- SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN NANOTECNOLOGIE
- ING-IND/24 PRINCIPI DI INGEGNERIA CHIMICA
Description
- 2013/2014
- Gene therapy is increasingly critical in the treatment of different types of maladies. The approach of gene therapy can be fundamental in dealing with many kinds of tumors, viral infections (e.g., HIV, HSV), and disturbs linked to genetic anomalies. However, the use of nucleic acids is limited by their ability to reach their action site—the target cell and, often, the inside of its nucleus. Dendrimers, on the other hand, are an interesting kind of polymers, the general synthetic scheme of which is relatively of recent development (∼1980). Among the many possible uses of these polymers, they revealed themselves as great nanocarriers for drugs in general, and particularly for genetic material. Many of the properties of these molecules are directly linked to their structure, and this in turn is critically influenced by their molecular composition. Exploiting in silico techniques, we can reveal many informations about the atomistic structure of dendrimers, some of which are otherwise difficult to gather. The interactions between the carrier and its cargo, and also with all the biological systems that are interposed between the administration and the reaching of the target (e.g., serum proteins, lipid membranes. . . ) are of critical importance in the development of new dendrimers for gene therapy. These interactions can be described and studied at a detail once unthinkable, thanks to the in silico simulation of these systems. In this thesis many different molecular simulation techniques will be employed to give a characterization as precise as possible of the structure and interactions of new families of dendrimers. In particular two new families of dendrimers (viologen and carbosilane) will be structurally characterized, and their interactions with albumin and two oligodeoxynucleotide, respectively, will be described. Then, the point of view of these interactions will be changed: the interactions between a fifth generation triethanolamine-core poly(amidoamine) dendrimer (G5 TEA-core PAMAM) and a sticky siRNA will be studied, varying the length and chemical compositions of the overhangs of the siRNA. Studying dendrimers the use of new molecular simulations techniques were deepened, and such techniques will be employed in other parallel projects. We’ll see the steered molecular dynamic method applied in the study of one mutation of the SMO receptor. The development of biological membranes models (that will be used in future to study the interactions of dendrimers with such membranes) was also used to refine and better characterize the σ1 receptor 3D model, previously developed by our research group. A detailed characterization of the putative binding site of this receptor will be given, employing this refined model.
- La terapia genica si sta rivelando sempre più importante nel trattamento di diversi tipi di malattie. Da diversi tipi di tumori alle infezioni virali, quale ad esempio da HIV, fino anche a malattie legate ad anomalie genetiche sono tutti disturbi in cui l’approccio della terapia genica può rivelarsi fondamentale. L’utilizzo di acidi nucleici quali agenti terapeutici è fortemente limitato dalla possibilità di portare queste molecole al loro sito d’azione—la cellula bersaglio e, spesso, l’interno del nucleo di quest’ultima. I dendrimeri d’altro canto sono un interessante tipo di polimero, di cui lo schema generale di sintesi è relativamente recente (∼1980). Tra i diversi loro utilizzi, questi polimeri si sono rivelati anche ottimi agenti di trasporto per farmaci, ed in particolare per materiale genetico. Molte delle proprietà di queste molecole derivano direttamente dalla loro struttura, e questa è influenzata criticamente dalla loro composizione. Mediante tecniche in silico è possibile avere molte informazioni riguardo la struttura dei dendrimeri, alcune delle quali sono altrimenti difficilmente ottenibili. L’interazione tra il trasportatore ed il suo “carico”, come anche con tutti i diversi sistemi biologici che si frappongono tra la somministrazione ed il raggiungimento dell’obbiettivo (ad es. proteine seriche, membrane lipidiche...) è un parametro chiave nello sviluppo di nuovi dendrimeri per la terapia genica. Queste interazioni possono essere descritte e studiate con un dettaglio un tempo impossibile, mediante la simulazione in silico di tali sistemi. In questo lavoro di tesi diverse tecniche di simulazione molecolare saranno utilizzate al fine di dare una caratterizzazione quanto più precisa possibile della struttura e delle intera- zioni di nuove classi di dendrimeri. In particolare sarà data una descrizione strutturale di due nuove famiglie di dendrimeri viologeni e carbosilani, e delle loro interazioni rispettivamente con albumina e due diversi oligodeossinucleotidi. Si alternerà poi il punto di vista da cui studiare tale interazione: sarà data una descrizione dell’interazione tra un dendrimero po- liammidoamminico a nucleo trietanolamminico (TEA-core PAMAM) di generazione 5 e uno sticky siRNA, al variare della lunghezza e tipo di “braccia” del siRNA. Nello studio di dendrimeri alcune nuove tecniche di simulazione molecolare sono state approfondite, e tali tecniche sono state utilizzate anche in altri progetti paralleli. Vedremo la steered molecular dynamic applicata allo studio di una mutazione del recettore SMO. Lo sviluppo di modelli di membrane biologiche (utile in futuro per lo studio dell’interazione di dendrimeri con tali membrane) è stato utilizzato per perfezionare e meglio caratterizzare il modello tridimensionale del recettore σ1, precedentemente sviluppato dal nostro gruppo di ricerca. Una caratterizzazione dettagliata del sito di binding putativo di questo recettore sarà descritta, usando tale perfezionato modello.
- XXVII Ciclo
- 1987
Date
- 2015-11-23T14:12:59Z
- 2015-11-23T14:12:59Z
- 2015-03-23
Type
- Doctoral Thesis
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:units-15109