Caratterizzazione di chitina e chitosano derivati dal dittero Hermetia illucens per applicazione in campo cosmetico e farmaceutico

La resistenza agli antibiotici rappresenta una delle emergenze sociali e sanitarie più urgenti a livello globale insieme alla resistenza alle terapie contro il cancro: l'uso di agenti chemioterapici convenzionali e l'uso indiscriminato e prolungato di antibiotici ha contribuito rispettivamente allo sviluppo di cellule tumorali resistenti e microrganismi (virus, batteri e funghi) resistenti alle terapie convenzionali. Nella ricerca di nuovi farmaci sicuri ed efficaci, è stata recentemente prestata maggiore attenzione a una classe di composti biologicamente attivi: i peptidi antimicrobici (AMP), piccole proteine bioattive, naturalmente prodotte da tutti gli organismi viventi come componenti dell’immunità innata. Gli AMP possono avere numerosi vantaggi rispetto agli antibiotici convenzionali, quali bassi livelli di resistenza, attività ad ampio spettro con tossicità ospite minima, effetti sinergici e rapida uccisione del microrganismo. Molti studi hanno anche dimostrato che alcuni AMP presentano attività citotossica contro le cellule tumorali e sono definiti come peptidi antitumorali (ACP). Le interazioni fra le membrane dei microrganismi e gli AMP dipendono dalle forze elettrostatiche fra gli AMP carichi positivamente e la membrana dei microorganismi carica negativamente per la presenza di acido teicoico sulla parete di batteri Gram positivi e del lipolisaccaride sulla parete esterna dei batteri Gram negativi, con un meccanismo di azione che può essere membranolitico e non membranolitico. Similmente ai batteri, le cellule tumorali hanno una carica netta negativa dovuta all’elevata espressione di molecole anioniche, quali fosfoatidilserina e mucine O-glicosilate, sul lato esterno della membrana; questo permette interazioni elettrostatiche tra gli ACP e la superficie di molte cellule tumorali. Inoltre, gli ACP possono destabilizzare più facilmente la membrana delle cellule tumorali data la sua maggiore fluidità e la maggiore presenza, rispetto alle cellule sane, di microvilli sulla superficie cellulare e possono, una volta penetrati all’interno della cellula, interrompere l'integrità delle membrane mitocondriali cariche negativamente, con conseguente rilascio di potenti proteine pro-apoptotiche. Gli AMP sono prodotti da tutti gli organismi, ma gli insetti sono tra le fonti più ricche e innovative. Lo scopo della nostra ricerca è quello di individuare principi farmacologicamente attivi di origine naturale a partire dall'insetto Hermetia illucens (Diptera, Stratiomyidae), da utilizzare per lo sviluppo di farmaci antimicrobici e antitumorali alternativi o a sostegno di terapie convenzionali già in uso. La componente peptidica è stata isolata dall'emolinfa di larve immunizzate (con batteri Gram-positivi o Gram-negativi) e non immunizzate e analizzato per valutare l’attività antimicrobica e anticancro. Le proprietà antimicrobiche sono state analizzate mediante saggi di diffusione in agar e microdiluizioni scalari contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi, mentre l'effetto antitumorale è stato valutato mediante saggio MTT in diverse linee cellulari tumorali. 349 SESSIONE XI GENETICA, GENOMICA E BIOTECNOLOGIE PRESENTAZIONE ORALE XXVII CONGRESSO NAZIONALE ITALIANO DI ENTOMOLOGIA 12 - 16 GIUGNO 2023, PALERMO Caratterizzazione di chitina e chitosano derivati dal dittero Hermetia illucens per applicazione in campo cosmetico e farmaceutico Micaela Triunfo1, Rosanna Salvia1 , Carmen Scieuzo1, Anna Guarnieri1 , Dolores Ianniciello1 , Antonio Franco1, Giovanna Donnarumma2, Beatrice Coltelli3, Angela De Bonis1, Patrizia Falabella1 1 Università degli Studi della Basilicata, Italia; 2 Università della Campania “Luigi Vanvitelli”, Italia; 3 Università di Pisa, Italia La chitina e il chitosano sono polimeri naturali di grande interesse tecnologico ed economico, con numerose applicazioni in diversi ambiti. La chitina è un componente strutturale dell'esoscheletro degli artropodi e della parete cellulare di funghi e lieviti; a causa della sua insolubilità, la chitina è convertita nel suo derivato deacetilato, il chitosano. Attualmente, la chitina è estratta industrialmente dagli scarti della pesca, costituiti principalmente dai gusci dei crostacei. Il dibattito sulla sostenibilità di questa risorsa e il costante aumento della domanda sul mercato di chitina e chitosano hanno spinto la ricerca verso fonti alternative. Gli insetti stanno riscuotendo grande interesse, in particolare gli insetti bioconvertitori come Hermetia illucens. Attualmente, H. illucens è allevato per la produzione di mangimi ad alto contenuto proteico, ma il suo allevamento genera anche grandi quantità di biomassa di scarto ricca di chitina, costituita dalle esuvie derivanti dai processi di muta e dagli adulti morti, che potrebbero essere sfruttati come fonte per l'estrazione di questo polimero. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di sviluppare una procedura adeguata per la purificazione della chitina e la successiva produzione di chitosano da diverse biomasse generate dall'allevamento del dittero H. illucens. Da larve, esuvie pupali e adulti è stata estratta chitina con resa, caratteristiche chimiche e purezza simili a quella disponibile in commercio dai crostacei. Le esuvie pupali sono state la biomassa più ricca di chitina (25.5%) e anche la più facile da raccogliere dall'allevamento di insetti, rappresentando così la biomassa di scelta per la produzione di chitosano. Dalla chitina, il chitosano è stato prodotto mediante deacetilazione eterogenea e omogenea; i due metodi hanno mostrato differenze significative in termini di efficienza di deacetilazione, resa, grado di deacetilazione e grado di cristallinità, tutte a favore del metodo eterogeneo. La caratterizzazione mediante spettroscopia, diffrattometria e miscoscopia dei diversi chitosani ha confermato la loro somiglianza con il polimero commerciale, dal quale differiscono per la minore viscosità e peso molecolare. I diversi campioni di chitosano prodotti da H. illucens hanno mostrato caratteristiche diverse, dipendenti in particolare dal metodo di deacetilazione e dalla decolorazione della chitina, che hanno portato a una variazione rispettivamente del grado di deacetilazione e del peso molecolare. Sono state valutate anche le proprietà biologiche del chitosano utili per applicazioni in ambito biomedico e cosmetico. I valori di IC50 (mg/mL) hanno mostrato una buona attività di radical scavenging dei chitosani prodotti da H. illucens. Tutti i chitosani, in particolare quelli eterogenei, sono stati in grado di ridurre l'espressione di IL-6, IL-8, IL-1α e TNF-α, dimostrando di essere dei buoni agenti antinfiammatori già a 6 ore dal trattamento. Inoltre, tutti i campioni di chitosano hanno modulato positivamente l'espressione del peptide antimicrobico HBD-2, dimostrando un'attività antimicrobica indiretta che può essere associata a quella diretta già dimostrata. A partire da questo studio, si cercherà di mettere in relazione le specifiche caratteristiche fisico-chimiche, morfologiche e biologiche dei chitosani prodotti da H. illucens con le specifiche applicazioni di interesse.