Descrizione del modulo "Modelli biomimetici di stress radicalico e biomarcatori correlati (PM.P06.006.001)"

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  • Descrizione del modulo "Modelli biomimetici di stress radicalico e biomarcatori correlati (PM.P06.006.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • L'attività del Modulo risponde alle esigenze di sviluppo della conoscenza di base della reattività dei radicali liberi, per estendere applicazioni in campo biologico, farmacologico, nutrizionale e biotecnologico. L'impiego dei risultati della commessa è diretto a: - prevenzione e diagnostica dello stress radicalico per la salute umana. - Aumento delle conoscenze su meccanismi molecolari e biomarcatori correlati a patologie di rilevante interesse per la società (malattia neurodegenerative quali Alzheimer, Huntington, etc.; malattie tumorali, malattie cardiovascolari, malattie metaboliche, mediazione del dolore, infiammazione, mutazioni genetiche, infezione virali e batteriche) - Miglioramento della qualità della vita e del processo di invecchiamento - Miglioramento dei processi sintetici per via radicalica attraverso sistemi bio- ed ecocompatibili - Miglioramento di formulazioni ed emulsioni per attività biologica e farmacologica. - Miglioramento dei settori produttivi alimentari e nutraceutici - Diffusione della cultura scientifica. Progetto Formazione ECM per figure professionali nel campo della salute umana. (literal)
Tematiche di ricerca
  • I principali temi di ricerca riguardano: - modificazioni di sequenze di DNA e RNA per identificare la genomica dello stress radicalico collegabile a segnali epigenetici. - studi su sequenze di DNA ricche di guanine per potenziali applicazioni in nanomedicina e nanoelettronica; - lipidomica dello stress radicalico e sintesi di librerie molecolari di lipidi trans, biomarcatori dei processi radicalici in atto; - studio delle proprietà di membrana cellulare mediante microscopia in campo oscuro acooppiata a imaging iperspettrale per nuove applicazioni diagnostiche (Cytoviva); - sviluppo di proteoliposomi come modelli biomimetici per studio di interazioni farmaco-metallo, Zn-finger drugs (progetto CLICKGENE); - studio di peptidi farmacologicamente attivi, sistemi di rilascio prolungato e formulazioni a base di emulsionant (somatostatina); - danno accoppiato tra biomolecole differenti come proteine e lipidi; - meccanismi molecolari di prevenzione e riparo del danno radicalico mediante sostanze antiossidanti (progetto LIPIDOMEL); - diagnostica molecolare e progettazione di farmaci, cibi funzionali e nutraceutici (in collaborazione con lo spin-off LIPINUTRAGEN). (literal)
Competenze
  • Nel Modulo sono presenti competenze interdisciplinari sulla tematica della reattività radicalica partendo dal modello chimico biomimetico e giungendo alla definizione di nuovi test di diagnostica molecolare e scoperta di nuovi biomarcatori nel campo della salute umana. In particolare le competenze riguardano i seguenti campi: sintesi organica; approccio chimico-biologico per la progettazione di molecole modificate, studio chimico-meccanicistico della reattività radicalica con metodi cinetici e di spettroscopia risolta nel tempo; sintesi organica e nuove metodologie in sistemi acquosi; progettazione di modelli biomimetici per le modificazioni di lipidi, proteine e nucleosidi; processi/meccanismi biologici basati sui radicali liberi; meccanismo di sostanze antiossidanti e intrappolatori di radicali; tecnologia basata sui liposomi; caratterizzazione lipidomica di campioni biologici e lipidomica della membrana cellulare.; metodi teorici-computazionali per lo studio dei meccanismi di reazioni radicaliche; effetti delle radiazioni su biomolecole e sistemi viventi; nuove applicazioni diagnostiche della microspopia iperspettrale; formulazioni ad attività antitumorale. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Impiego delle tecnologie e competenze in diversi settori del sistema produttivo: - Industrie alimentari: per il riconoscimento di componenti lipidiche trans (in base alla normativa FDA in vigore dal 2006); per l'analisi di oli per la determinazione dei grassi trans; per il miglioramento processi produttivi per matrici oleose; - Industria farmaceutica: per lo sviluppo di formulazioni aventi proprietà antiossidanti e antimicrobiche per prodotti nutraceutici; - Chimica fine e farmaceutica: per l'applicazione dei processi radicalici in ambienti acquosi come sistemi eco-compatibili - Settore biotecnologico: per la messa a punto di forme liposomiali modificate per la nanomedicina, a rilascio ritardato, oppure con sinergismo di azione dovuta alla combinazione del principio attivo con l'attività di segnalazione cellulare dei lipidi trans. Inoltre si può prevedere la messa a punto di sistemi di trasferimento elettronico mediante macromolecole biologiche. - Drug discovery basata sulla reattività radicalica e l'effetto biologico-farmacologico delle biomolecole modificate, utilizzo della formulazione combinata nutraceutica- farmaco nel multitargeted drug design. (literal)
Tecnologie
  • Le applicazioni tecnologiche possono riguardare bio- e nano-tecnologie. Difatti sia il campo dei liposomi che quello delle organizzazioni macromolecolari tipo polinucleotidico o polipeptidico, e la reattività radicalica in tali sistemi, possono essere utilizzate per applicazioni tecnologiche specializzate. Esempi sono rappresentati da: nano-particelle e nano-container liposomiali e sistemi emulsionanti a rilascio ritardato, nei quali includere composti farmacologici idonei a creare una sinergia con la segnalazione cellulare; nucleosidi modificati e non utilizzabili per il fenomeno di trasferimento elettronico in sequenze oligonucleotidiche; sequenze proteiche opportunamente modificate per ottenere proprietà di trasporto. Le competenze in chimica radicalica del silicio detenute dai ricercatori impegnati nel Modulo verranno sviluppate nell'ambito della reattività in ambiente acquoso per lo sviluppo di metodologie sintetiche bio-compatibili applicabili a livello industriale. Il Modulo svilupperà collaborazioni interdisciplinari per applicare marcatori di stress radicalico, quali lipidi trans e proteine desolforate specificatamente alla metionina e cisteina. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo generale del Modulo è lo sviluppo di un approccio chimico-biologico allo studio degli effetti dello stress radicalico.Obiettivi previsti sono: 1- Indagine di sequenze ricche di guanosina coinvolte nel controllo e segnalazione cellulare, conoscenza dei meccanismi della trasformazione ossidativa e correlazione con stati patologici ed invecchiamento nell'uomo. Individuazione di biomarcatori dello stress radicalico in specifiche sequenze. 2- Indagine su modelli biomimetici (liposomi) e membrane cellulari del danneggiamento parallelo di lipidi e proteine. 3- Indagine su biomarcatori dello stress radicalico nel plasma, in correlazione all'isomeria cis-trans (colesteril esteri e lipoproteine). 4- Meccanismi molecolari di azione di sostanze ad attività antiossidante applicabili in campo nutraceutico con la nascita della nutrilipidomica. La Commessa partecipa alla Piattaforma \"G2MP-omics\" con lo studio delle trasformazioni metaboliche ad opera dei radicali liberi. Queste competenze consentono di interagire con il sistema produttivo in diversi settori industriali dove l'azione anti-radicali liberi viene utilizzata per valutare l'azione di cosmetici, nutraceutici e farmaci (literal)
Stato dell'arte
  • Il ruolo dei radicali liberi è ben noto nelle scienze della vita e tocca in modo interdisciplinare campi diversi, dalla chimica alla biologia, medicina, farmacologia fino alla biotecnologia. Anche l'impatto sociale degli studi sulla reattività dei radicali liberi e' indubbio, essendo alla base di invecchiamento e sviluppo di patologie infiammatorie e degenerative. La scoperta di importanti meccanismi radicalici e biomarcatori correlati e l'applicazione che ne è scaturita nella diagnostica e nell'individuazione di efficaci strategie di prevenzione in campo nutrizionale e nutraceutico, incoraggiano il proseguimento di questa linea di ricerca. In particolare si approfondirà la conoscenza su: (a) l'influenza delle trasformazioni per via radicalica di lipidi sui segnali cellulari; (b) biomarcatori dello stress radicalico e mappatura membrane-DNA-proteine per sviluppo diagnostica molecolare; (c) ruolo di unità nucleosidiche modificate e delle strutture degli acidi nucleici in genomica e epigenetica; (d) nutraceutica e nutrizione per la prevenzione del danno radicalico. (e) nuovi farmaci e nuove formulazioni ad attività antitumorale. (literal)
Tecniche di indagine
  • I ricercatori del Modulo hanno sviluppato tecniche di indagine della chimica organica, della chimica-fisica e chimica-analitica e le hanno estese agli studi di processi biologici, in particolare alla reattività radicalica. Oltre alle tecniche di sintesi e caratterizzazione di composti, sono state sviluppate: 1 Tecniche di progettazione di modelli biomimetici come liposomi e proteoliposomi, che mimano la membrana cellulare, utilizzati per lo studio dell'organizzazione supramolecolare dei lipidi e l'influenza di componenti lipofili ed idrofili nella reattività radicalica di membrana. 2 Tecniche di progettazione di modelli biomimetici di sequenze di DNA, per lo studio della reattività radicalica dei residui nucleotidici e per valutare l'efficienza di attività dei sistemi di riparazione enzimatica. 3 Tecniche analitiche per il riconoscimento e la caratterizzazione di nucleosidi modificati 4 Tecniche di radiolisi continua e pulsata per lo studio dei danni delle radiazioni in ambiente acquoso del materiale biologico 5 Tecniche spettroscopiche di mocroscopia iperspettrale (Cytoviva) per la diagnostica molecolare. (literal)
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