Tecnologie

La Biocrystal Facility, un laboratorio multidisciplinare nato nell’Istituto di Biologia e Patologia Molecolari del CNR in collaborazione con il Dipartimento di Scienze Biochimiche dell’Università Sapienza, ha come obiettivo quello di supportare i ricercatori italiani e le aziende nella progettazione di nuovi farmaci e vaccini attraverso lo “structure-based drug design”.

I dispositivi di rilevazione della presenza di molecole d’interesse (analiti) hanno goduto di un rinnovato slancio per l’introduzione di elementi biologici (biosensori). La loro elevata specificità è utilizzata in svariati campi, dal monitoraggio ambientale e la bio-medicina fino alla tutela e la promozione dei prodotti agroalimentari. Tuttavia, l’alto costo di produzione e la poca compatibilità a campionamenti di massa (high-throughput) talvolta ne limitano l’utilizzo.

Negli ultimi anni, la coltivazione del luppolo si è ampiamente diffusa sul territorio nazionale ed è diventato stringente, per gli agricoltori, individuare una soluzione per lo smaltimento della biomassa vegetale, dopo la raccolta dei coni, usati nel processo produttivo della birra. La pianta del luppolo contiene, in tutte le sue parti, coni, germogli, foglie e radici, composti dalle comprovate ed importanti proprietà antivirali, antibatteriche ed antiossidanti.

La piattaforma HistoPlat  prevede lo sviluppo e validazione di un algoritmo matematico, potenzialmente abbinabile ad un software di analisi di immagine, che, mediante un approccio multiparametrico comprendente l’analisi immunoistochimica di espressione e di localizzazione di più marcatori, consenta all’istopatologo o all’oncologo di ottimizzare la diagnosi e la prognosi, e di prevedere la risposta clinica a terapie mirate verso target molecolari validati e/o innovativi, tenendo conto anche della variabilità individuale di ciascun paziente.

EXPO è un software finalizzato alla determinazione della struttura atomica di materiali di varia natura (organici, metallorganici, inorganici), disponibili nella forma di polveri microcristalline, per risalire alle relazioni struttura-proprietà. EXPO richiede la formula molecolare del materiale, i dati sperimentali di diffrazione X e, in alcuni casi, la geometria molecolare attesa.

QUALX è un software per l’analisi qualitativa e semi-quantitativa di materiali (organici, metallorganici, inorganici), disponibili in forma di polveri microcristalline. Esso è dotato di un database distribuito insieme al software. QUALX identifica la fase chimica cristallina, una o più di una, presente in un materiale e determina approssimativamente le percentuali in peso di ciascuna fase presente in una miscela. QUALX necessita solo di dati sperimentali di diffrazione X.

Il docking dinamico virtuale, effettuato nel lab MOLBD3 dellʼIstituto di Biofisica, consente lʼidentificazione di nuovi farmaci attraverso le informazioni strutturali che derivano dallo studio di proteine bersaglio, responsabili di alcune patologie umane. In particolare, effettuiamo screening di farmaci o piccole molecole (librerie commerciali/proprie) contro siti proteici noti, cavità superficiali, superfici di interazioni proteina-proteina (fixed/rigid hotspots) o stati di transizione strutturale (dynamic hotspots).

In una  nostra recente pubblicazione paragonando i tessuti di pazienti con tumore della vescica e sani, abbiamo identificato  gruppo  RNA non codificanti  specifici per il cancro della vescica, chiamati T-UCR.

L'omica integrativa ha aperto nuove sfide nella moderna medicina di precisione in ambito oncologico, tra cui l'identificazione i) di nuovi marcatori tumorali per diagnosi precoci, precise e poco invasive e ii) di innovativi bersagli molecolari per applicazioni terapeutiche. I nostri studi sul medulloblastoma, un tumore infantile altamente maligno, hanno contribuito all'individuazione di molecole di RNA che soddisfano tali requisiti.

Le forme più severe di asma e Broncopatia Cronica Ostruttiva (BPCO) sono associate ad una scarsa risposta ai farmaci steroidei che ne rende necessario un impiego ad alto dosaggio con aumentata insorgenza di effetti collaterali. L’impiego delle nanotecnologie può costituire un approccio terapeutico innovativo per il trattamento di asma e BPCO. Lo sviluppo di nuove formulazioni inalatorie tramite l’utilizzo di nanomateriali e nanotecnologie innovative offre numerosi vantaggi rispetto alle formulazioni farmacologiche tradizionali.

Ai processi enzimatici di prima generazione, secondo il principio "singola reazione–singolo enzima", si preferiscono combinazioni di più enzimi in una catena produttiva, per la sintesi di composti ad alto valore aggiunto partendo da substrati semplici ed economici. Un requisito importante per ottenere il controllo nelle “reazioni enzimatiche a cascata” è la capacità di trasportare da un biocatalizzatore a quello successivo i vari intermedi, limitando al più possibile la diffusione di questi ultimi nel solvente.

Abbiamo individuato la presenza del poco caratterizzato precursore proNGF-A in tessuti umani, depositato la sua sequenza nucleotidica codificante (GenBank MH358394) e dimostrato in vitro e in vivo la sua attività neuroprotettiva e neurotrofica. Abbiamo inserito nella molecola nativa delle mutazioni, identificate attraverso analisi computazionale, che ne permettono la produzione da parte di sistemi di espressione eucariotici, attraverso una metodica validata attualmente su scala di laboratorio.

La valutazione di marker bio-umorali oltre la valutazione clinica dei pazienti affetti da patologie infiammatorie croniche ne consentirebbe una loro più completa feno/endotipizzazione. La terapia personalizzata richiederebbe un profilo dei mediatori con rilevanza patogenetica e prognostica. Attualmente, la misura di molteplici biomarcatori non è inclusa nella valutazione del paziente perchè costosa e perchè richiede oltre che tempo anche laboratori centralizzati con personale e con attrezzature dedicate.

Le tecniche di imaging a raggi X possono funzionare in i) "modalità full-field" in cui l'oggetto da studiare (o parte di esso) è completamente illuminato dal fascio di raggi X; ii) "modalità a scansione" in cui un fascio di raggi X, focalizzato attraverso un'ottica opportuna, illumina in successione aree contigue del campione in esame e l'onda trasmessa viene misurata da un rivelatore posto ad una distanza adeguata da esso.