Sintesi e Caratterizzazione di Nuovi Co-cristalli di Interesse Nutraceutico = Synthesis and Characterization of New Nutraceutical Co-crystals

Questa tesi è focalizzata sulla sintesi e caratterizzazione di nuovi co-cristalli di interesse nutraceutico. Lo studio è stato effettuato attraverso l’applicazione dell’ingegneria dei cristalli, che rappresenta un approccio razionale per il design di solidi molecolari con proprietà chimiche e fisiche desiderate. Alla base dell’ingegneria dei cristalli vi è lo studio delle interazioni deboli che possono instaurarsi tra due (o più) molecole diverse, stabilizzando la struttura cristallina. In questa tesi si riporta la sintesi di cristalli multicomponente ovvero di materiali cristallini che presentano nella loro struttura reticolare due o più molecole distinte legate attraverso questo tipo di interazioni. A seconda della natura delle molecole si possono ottenere diversi tipi di cristalli multicomponente: sali, solvati, idrati e co-cristalli. Negli ultimi anni, la co-cristallizzazione è stata identificata come il metodo più efficiente e versatile per la sintesi di nuovi materiali solidi cristallini di interesse farmaceutico e nutraceutico, in particolar modo per migliorare le proprietà di molecole target, quali durata di conservazione, velocità di dissoluzione e biodisponibilità. Se uno dei composti è un ingrediente farmaceutico attivo (API), allora si parla di co-cristalli farmaceutici, e l'altro composto prende il nome di co-former. Questa tesi verte sulla scoperta e caratterizzazione di nuovi co-cristalli di due molecole di interesse nutraceutico, la Curcumina, un fenolo idrofobico estratto dal rizoma della pianta Curcuma Longa, e la Naringenina, appartenente alla classe dei flavonoidi. Queste due molecole sono note specialmente per le loro proprietà farmacologiche e biologiche, quali antiossidanti, antinfiammatorie, antimicrobiche e anticarcinogeniche. Tuttavia, queste molecole presentano una scarsa solubilità in acqua, scarsa biodisponibilità e uno scarso assorbimento ed è per questo che si cerca di migliorarne le proprietà fisico-chimiche attraverso la co-cristallizzazione. La prima fase del lavoro di tesi è stata dedicata alla ricerca di co-former ideali per la co-cristallizzazione condotta mediante uno screening virtuale multi-componente, tramite l’utilizzo del software Mercury del Cambridge Crystallographic Data Center (CCDC). L’analisi è stata condotta attraverso due concetti fondamentali: complementarietà molecolare e capacità di formare interazioni favorevoli di legame ad idrogeno con le molecole target del lavoro di tesi. Tale approccio ha consentito di selezionare in modo mirato i co-former con maggiore potenziale per la formazione di co-cristalli. Di questi, gli esperimenti sono stati focalizzati in particolare su due co-former i cui co-cristalli rispettivi con Curcumina e Naringenina non sono descritti in letteratura. I metodi impiegati per verificare l’ottenimento di nuove fasi co-cristalline sono stati la diffrazione dei raggi X su polveri (PXRD), la spettroscopia Raman, la calorimetria a scansione differenziale (DSC) e l’analisi termogravimetrica (TGA). Queste analisi hanno confermato l’isolamento di due nuovi co-cristalli, Curcumina-Prolina e Naringenina-Teofillina. Infine, per il co-cristallo di Curcumina, è stato possibile ottenere un diagramma di fase che identifica la regione di stabilità di formazione del co-cristallo applicando un metodo sistematico che sfrutta le solubilità dei componenti puri e la comprensione dei fattori termodinamici che influenzano la formazione del co-cristallo.