Computational modelling to characterize dendrimer nanocarriers for siRNA delivery in chronic obstructive pulmonary disease

La Broncopneumopatia Cronica Ostruttiva (BPCO) è un’infiammazione polmonare progressiva caratterizzata da limitazione di flusso espiratorio. Ad oggi a livello mondiale si stima che 328 milioni di persone siano affette da BPCO e si prevede che diventi la quarta causa di morte entro il 2030 con più di 65 milioni di casi l’anno. Il successo dei trattamenti medici mediante acidi nucleici, come DNA e silencing interference RNA è fortemente legato al design di efficienti tecnologie di rilascio. I dendrimeri cationici rappresentano un’interessante possibilità come vettori grazie a noti vantaggi di efficienza, di basso costo, di produzione e di versatilità d’applicazione nel trattamento di molteplici malattie e disturbi. Il presente lavoro di tesi, svolto presso l’Istituto Dalle Molle di Studi sull’Intelligenza Artificiale di Lugano (CH), ha avuto lo scopo di investigare a livello computazionale su scala atomica il meccanismo di legame di diversi dendrimeri con un modello di siRNA, per l’ottenimento di efficienti sistemi di rilascio per il trattamento di BPCO. In primo luogo sono stati realizzati i modelli di tre dendrimeri con differente funzionalizzazione ed è stato eseguito uno studio preliminare di caratterizzazione in acqua. In seguito, mediante la dinamica molecolare è stato analizzato il complesso, esplorandone le caratteristiche di legame in termini energetici e strutturali. Si è evidenziato come i cambiamenti conformazionali e la presenza di cariche sulla superficie dei dendrimeri condizionassero il legame con il siRNA. La diversa funzionalizzazione dei dendrimeri infatti influisce fortemente sulla topologia e sulle proprietà fisico-chimiche che guidano l’interazione con gli agenti terapeutici e l’ambiente. I risultati di questo lavoro apportano un contributo significativo al futuro design di vettori di acidi nucleici selettivi, caratterizzati dal miglior compromesso tra stabilità del complesso e abilità di rilascio del sistema.