Sviluppo di tecniche analitiche green per il recupero e la valorizzazione di cannabinoidi minoritari ed altre molecole bioattive ad alto valore aggiunto da scarti di lavorazione dell’industria della canapa

La Cannabis Sativa L. è una delle specie vegetali più versatili e discusse al mondo. Essa contiene, infatti, molti composti biologicamente attivi, quali cere, terpeni e, in particolare, cannabinoidi. Tra quest’ultimi, il più conosciuto è il delta-9-tetraidrocannabinolo (Δ9 -THC), noto per la sua attività psicotropa e il cui utilizzo è sottoposto a limiti di legge in diversi Paesi, mentre il primo cannabinoide ad essere isolato e utilizzato in ambito medico è il cannabidiolo (CBD). Esso non ha attività psicotropa ed ha permesso di studiare nel dettaglio la funzione del sistema endocannabinoide umano. La canapa è stata ampiamente coltivata in Italia e nel resto del mondo fino a circa la metà del ‘900 per ottenerne fibre da utilizzare nell’industria tessile. Tuttavia, la sua filiera ha poi subito un lento declino a seguito di motivazioni economiche, politiche e sociali. Negli ultimi anni, però, si riscontra un rinnovato interesse nei confronti di questa coltivazione, che, grazie alle sue caratteristiche intrinseche, risponde a molti dei principi della green economy. La canapa, infatti, è nota per la sua azione fitodepuratrice e può essere utilizzata per la rigenerazione dei terreni. [1] I settori in cui oggi la canapa trova impiego sono in costante crescita. Alcuni esempi sono l’industria cartaria, quella chimica ed agro-alimentare la nutraceutica oltre ovviamente al settore terapeutico e medico. L'estrazione del CBD rappresenta la principale applicazione industriale della canapa. A seguito della lavorazione vengono generati scarti che dovranno a loro volta essere sottoposti a processi di smaltimento. Questo ovviamente influisce sull’impatto ambientale oltre che sull’economia dell’industria che deve sostenere tali spese. Attualmente sono noti almeno un centinaio di cannabinoidi che vengono naturalmente sintetizzati dalla pianta ma l’attività biologica di gran parte di essi è, ad ora, sconosciuta. Tuttavia, alcuni studi recenti hanno dimostrato che estratti di cannabis provenienti da diversi ceppi, pur avendo concentrazioni di CBD confrontabili, hanno però effetti anticonvulsivanti diversi, il che suggerirebbe che i metaboliti minori della cannabis, come ad esempio i cannabinoidi a bassa abbondanza (normalmente considerati scarto della lavorazione del CBD), potrebbero svolgere un ruolo cruciale nel determinare le proprietà farmaceutiche della cannabis e dei suoi derivati. [2] Un altro aspetto molto interessante su cui si sta ponendo attenzione di recente è l’effetto della chiralità dei cannabinoidi sull'attività biologica, considerato che questa è strettamente influenzata dalla stereochimica. Sebbene ne esistano alcuni achirali, molti cannabinoidi possiedono uno stereocentro e si ritiene che vengano per lo più sintetizzati sotto forma di singolo enantiomero ((-) - forma trans) dalla pianta. Tuttavia, non è da escludersi la presenza di tracce dei corrispondenti (+)-enantiomeri. Per questo motivo diventa importante non solo studiare l'effetto biologico dei diversi enantiomeri dei cannabinoidi ma anche caratterizzarli in termini di purezza enantiomerica e stereostabilità.

Questo progetto di dottorato si pone dunque l’obiettivo di sviluppare metodi analitici per la caratterizzazione e la purificazione di cannabinoidi minoritari (inclusi quelli chirali) che derivano dagli scarti dei prodotti dell’industria di lavorazione della canapa. A tal proposito, verranno impiegate tecniche avanzate basate sulla cromatografia liquida preparativa (sia a singola colonna che multicolonna) per isolare i cannabinoidi minoritari dalla matrice vegetale. Particolare attenzione verrà posta nella scelta della fase mobile, cercando di privilegiare solventi a basso impatto ambientale, quali alcoli o bio-derivati. L’utilizzo di tecniche continue multicolonna consentirà di ridurre notevolmente il consumo di solvente, attraverso processi di riciclo interni. Accanto a ciò, verranno inoltre sviluppati metodi analitici basati su approcci green, quali la cromatografia a fluido supercritico (SFC) o la cromatografia liquida ad alta o ultra-alta prestazione (HPLC/UHPLC) con l’utilizzo di solventi a basso impatto ambientale per la caratterizzazione dei campioni anche in termini di chiralità. [3] Data la scarsa disponibilità di standard di cannabinoidi chirali in commercio, essi verranno sintetizzati in laboratorio e verranno testate diverse colonne chirali per la loro separazione. I campioni poi verranno trattati in diversi modi, includendo l’esposizione al calore e alla luce, l’utilizzo di diversi solventi di estrazione, etc. per cercare di capire se le condizioni sperimentali cui essi vengono sottoposti possano avere un impatto sulla purezza enantiomerica. 

BIBLIOGRAFIA:
[1] C. Moscariello, S. Matassa, G. Esposito, S. Papirio. From residue to resource: The multifaceted environmental and bioeconomy potential of industrial hemp (Cannabis sativa L.), Resour. Conserv. Recycl. 175 (2021) 105864, 10.1016/j.resconrec.2021.105864
[2] A. L. Capriotti, G. Cannazza, M. Catani, C. Cavaliere, A. Cavazzini, A. Cerrato, C. Citti, S. Felletti, C. M. Montone, S. Piovesana, A. Laganà, Recent applications of mass spectrometry for the characterization of cannabis and hemp phytocannabinoids: From targeted to untargeted analysis, J. Chromatogr. A 1655 (2021) 462492, 10.1016/j.chroma.2021.462492
[3] S. Felletti, C. De Luca, A. Buratti, D. Bozza, A. Cerrato, A. L. Capriotti, A. Laganà, A. Cavazzini, M. Catani, Potency testing of cannabinoids by liquid and supercritical fluid chromatography: Where we are, what we need, J. Chromatogr. A 1651 (2021) 462304, 10.1016/j.chroma.2021.462304

Fresenius Kabi iPSUM (Villadose, Rovigo)

Periodo: 6 mesi

Il progetto è coerente con i seguenti Ambiti di Ricerca e Innovazione del PNR 2021-2027:

5.6.1: Green technologies
Articolazione 1: Biochemicals, bioprodotti e processi chimici sostenibili in sinergia con
biofuels, bioenergy e agroenergie
Articolazione 4: Riduzione dei rifiuti e della domanda di critical raw materials tramite
approcci di disassembling e materials recovery, remanufacturing e refurbishing
5.6.2: Scienze e tecnologie alimentari
Articolazione 6: Tendenze emergenti nelle tecnologie alimentari ed efficientamento dei
processi di trasformazione
5.6.3: Bioindustria per la bioeconomia
Articolazione 3: Recupero e valorizzazione di scarti e prodotti organici a fine vita, per la
rigenerazione dei suoli e la protezione dell’ambiente

In primo luogo, questo progetto consentirà di sviluppare nuove tecniche analitiche a basso impatto ambientale per la separazione e purificazione dei cannabinoidi.

Più in generale, inoltre, i cannabinoidi minoritari isolati e i singoli composti chirali sintetizzati saranno utilizzati per eseguire test per la loro attività biologica in vitro e in vivo instaurando collaborazioni con diversi gruppi di ricerca operanti nei settori della medicina o della biologia. I risultati che ne deriveranno serviranno a valorizzare questi componenti minoritari della canapa in ottica di un’economia circolare che porterà ad una gestione più consapevole dei rifiuti industriali. Così facendo si contribuirà a sviluppare nella filiera della canapa le cosiddette “best management practices” per la corretta gestione dei processi di produzione che, ad oggi soprattutto a causa della scarsa conoscenza della matricecanapa, sono ancora mancanti.

• Cannabis Sativa L.
• Cannabinoidi minoritari
• Purificazione in continuo tecniche continue multicolonna
• Cromatografia a fluido supercritico
• Green analytical chemistry
• Valorizzazione degli scarti