La genipina è un composto naturale che si ottiene estraendo il frutto della pianta Gardenia jasminoides Ellis che proviene dalle regioni dell’Asia meridionale dove è ampiamente utilizzata nella medicina tradizionale cinese secondo cui allevierebbe il mal di testa e i sintomi del diabete di tipo II e tratterebbe le infiammazioni e le malattie del fegato.
La genipina è spesso impiegata come colorante alimentare in quanto è in grado di conferire un colore blu intenso agli amminoacidi essenziali, come i residui di lisina delle proteine.
Reagisce prontamente con il chitosano e le proteine producendo idrogel fluorescenti di colore blu. È utilizzata nel campo della fitoterapia, mentre in ambito chimico è utilizzata come cross-linker naturale per reticolare chimicamente materiali quali polimeri naturali e proteine.
La genipina è un iridoide incolore ovvero è un metabolita secondario delle piante ed appartiene quindi al grande gruppo dei monoterpenoidi composti da uno scheletro di ciclopenta[C]pirano. È un aglicone ovvero un derivato della componente non zuccherina dei glicosidi, cioè dei costituiti da monosaccaridi legati da un legame glicosidico.
Genipina e agenti reticolanti
È utilizzata quale agente reticolante sia delle proteine che dei polisaccaridi ed è caratterizzata dalla sua elevata selettività perché reagisce solo con composti che contengono i gruppi amminici primari nella loro struttura chimica. La genipina presenta biocompatibilità, biodegradabilità e una bassa citotossicità circa 10.000 volte inferiore alla glutaraldeide che è tra gli agenti reticolanti sintetici maggiormente usato.
Per queste proprietà è utilizzata in molte applicazioni mediche, principalmente nella produzione di materiali di chitosano reticolato da questo reattivo, scaffold biologici per l’ingegneria dei tessuti e nanoparticelle di chitosano e nanogel di proteine per la somministrazione controllata di farmaci.
Gli idrogel reticolati ottenuti utilizzando la genipina sono caratterizzati da una maggiore biocompatibilità rispetto ai prodotti reticolati con le loro controparti sintetiche. Inoltre, dalla genipina si ottengono materiali con proprietà meccaniche aumentate e una migliore capacità di rigonfiamento, mentre il grado di reticolazione degli idrogel può essere regolato modificando il valore del pH del mezzo di reazione.
Formazione di gel
Pur non essendo del tutto noto il meccanismo per il quale agisce da reticolante si ritiene che esso si basa sulla reazione di apertura dell’anello che può essere avviata da un gruppo amminico tramite un attacco nucleofilo all’atomo di carbonio olefinico della genipina.
Successivamente avviene un innesto tramite legame covalente della genipina sul polimero con il gruppo amminico mediante una reazione in due fasi. L’intermedio instabile formato durante la reazione dà luogo alla formazione di un’aldeide tautomerica. Il gruppo aldeidico così formato viene nuovamente attaccato da un altro gruppo amminico di un altro polimero formando un altro legame covalente con conseguente formazione del legame incrociato.
Sono noti i suoi usi nella reticolazione del collagene. La reazione avviene tramite un attacco nucleofilo del gruppo amminico sull’atomo di carbonio olefinico C3 dell’agente reticolante con la formazione di un anello aperto diidropirano e di un gruppo aldeidico instabile.
L’anello aperto reagisce con il gruppo amminico del collagene per formare un legame covalente e il gruppo aldeidico intermedio viene attaccato da un altro gruppo amminico del polimero per formare un altro legame. Un’ulteriore reazione di condensazione dà luogo alla formazione di un materiale più stabile rispetto a un polimero reticolato con glutaraldeide. I gel a base di collagene reticolato con la genipina hanno importanti applicazioni nella meccanica cellulare e tissutale, nonché nell’ingegneria dei tessuti.
La genipina reagisce prontamente con il chitosano come composto reticolante bifunzionale, producendo idrogel fluorescenti di colore blu. Gli idrogel di chitosano reticolato con genipina (GEN-chitosano), stabili e biocompatibili, sono sostituti elastici della cartilagine, e utilizzati nella produzione di trasportatori per il rilascio controllato di farmaci, l’incapsulamento di prodotti biologici e cellule viventi, la biofabbricazione di tessuti come pareti muscolari e arteriose e la medicazione delle ferite negli animali e nell’uomo.
Gli idrogel trovano utilizzo in varie applicazioni farmaceutiche, tra cui la somministrazione di farmaci oculari, buccali, la somministrazione di farmaci per via orale, la somministrazione di farmaci antinfiammatori e la somministrazione di farmaci antibiotici e antifungini.
Biocatalizzatori e prospettive future
La genipina ha trovato alcuni usi interessanti nell’immobilizzazione degli enzimi, principalmente grazie alla sua bassa tossicità oltre che alle sue buone caratteristiche di reticolazione e si ritiene possa essere utilizzata nella preparazione di biocatalizzatori.
Nei primi lavori la genipina è stata utilizzata per preparare un biocatalizzatore enzimatico immobilizzato, con la funzione di reticolare gli enzimi intrappolati nell’alginato e, in questo modo, prevenire il rilascio dell’enzima. In lavori successivi si è scoperto che un enzima immobilizzato utilizzando la genipina mostrava stabilità di conservazione, di pH e termica più elevati rispetto all’enzima immobilizzato utilizzando glutaraldeide.
Si ritiene pertanto che si siano ampie possibilità per l’utilizzo di questa molecola di origine naturale per l’ottenimento di biocatalizzatori da utilizzare principalmente nella modificazione degli alimenti.