Studio di biosistemi e materiali soffici.

L'interesse degli studi sui materiali "soffici" (Soft Matter) si basa sulla considerazione che molti di questi sistemi appartengono alla più generale categoria dei sistemi "frustrati”, sistemi cioè dotati di una grande complessità del "landscape" di energia configurazionale, derivante dal grande numero di interazioni d'intensità confrontabile. All'interno di tale quadro generale noi abbiamo già mostrato che anche nei sistemi vetrosi, a somiglianza del caso delle proteine, può esistere un'interessante dinamica di riconversione tra le molteplicità di sottostati compresi all'interno di uno stato frustrato. L'attività di ricerca che si vuole portare avanti si sviluppa lungo differenti tematiche. a) Studi su processi di fibrillazione di alcune proteine in soluzione, come la concanavalina e l'insulina, quest'ultima in collaborazione con il gruppo di ricerca del Dept. of Pharmaceutics and Analytical Chemistry, UniVersity of Copenhagen. b) Studio degli effetti di tossicità delle proteine aggregate su cellule, in collaborazione con i gruppi del CNR-IBF (Dott. P.L. San Biagio), del CNR-IBIM (Dott.ssa M. Di Carlo) e del Laboratory for Fluorescence Dynamics, University of California, Irvine (Prof. E. Gratton). c) Studi sui processi di fibrillazione dell'insulina inglobata in polimeri idrofili,reticolati tramite irraggiamento UV e gamma, in collaborazione con il Gruppo di ricerca del Prof. G. Spadaro del DICPM. d) Studi sugli effetti degli ioni metallici sui processi di aggregazione di proteine. Su questo tema, è stato anche ottenuto un finanziamento PRIN 2005, in collaborazione con il Gruppo di ricerca di Biofisica di Roma Tor Vergata (Prof. S. Morante), che si occupa delle misure di Spettroscopia di Assorbimento X (XAS) e di tecniche computazionali, e con il Gruppo di ricerca di Biofisica dell’Università della Calabria (Prof. L. Sportelli), che si occupa delle misure di Risonanza Paramagnetica di Spin Elettronico (EPR). e) Studi sui difetti di punto nella silice e sulle loro interazioni con la matrice vetrosa, in collaborazione con il Gruppo di ricerca del Prof. R. Boscaino, del DSFA. Il gruppo di ricerca è inoltre pesantemente coinvolto in attività di trasferimento tecnologico legata al Progetto del CNR-IBF (progetto ex-INFM) “REALIZZAZIONE DI UN CENTRO REGIONALE PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ DI OLII VERGINI D’OLIVA”, RESP. SCIENTIFICO: PROF. MAURIZIO LEONE, finanziato a valere sul P.O.R. Sicilia 2000/2006 Misura 3.15 – Sottoazione C. Il Progetto è stato inoltre inserito in graduatoria ai primi posti tra i progetti a valere sul Distretto Tecnologico del CIPE, Regione Sicilia, “Agro, Bio e Pesca eco-compatibile”.

2.1 Obiettivi a) Studio dei processi di aggregazione di proteine indotti dalla temperatura. Comprensione delle interconnessioni e della gerarchia dei singoli processi coinvolti nel più generale processo di aggregazione: fluttuazioni di concentrazione, cambiamenti conformazionali, "unfolding", interazioni specifiche ed effetti del solvente. b) Studio sulla formazione di fibrille della Insulina e della concanavalina A. Comprensione del ruolo delle fluttuazioni. 2.2 Metodologie Processi di aggregazione di proteine. L’approccio sperimentale consiste nello studio cinetico degli spettri di fluorescenza sia dei cromofori intrinseci che di sonde fluorescenti legate in differenti siti proteici strategici, che sono in grado di fornire informazioni sui cambiamenti conformazionali di struttura terziaria. Verranno anche utilizzate misure di assorbimento e luminescenza in parallelo risolte in tempo al msec. I cambiamenti conformazionali possono essere seguiti in regime di alte concentrazioni attraverso l’analisi degli spettri IR e Raman nella regione dell’Amide II ed Amide II’ (1540 cm-1 e 1450 cm-1). I cambiamenti strutturali a livello di struttura secondaria invece vengono seguiti attraverso la cinetica degli spettri CD (nella regione UV) in campioni a basse concentrazioni ed attraverso l’analisi degli spettri IR nella regione dell’Amide I’ (1650 cm-1) ad alte concentrazioni. Parallelamente, le misure di scattering di luce permettono di seguire la crescita delle dimensioni degli aggregati in soluzione. Per una caratterizzazione fisico-chimica della successione dei processi che portano all'aggregazione di proteine, verrà utilizzata la microscopia a forza atomica (AFM), strumentazione di recente acquisizione da parte del DSFA, Resp. Prof. M. Leone. Per seguire gli effetti di tossicità delle proteine nelle forme aggregate su cellule, verrà utilizzata la Microscopia Confocale e a due fotoni, strumentazione di recente acquisizione da parte dell'Ateneo di Palermo, Resp. Prof. V. Militello. Studio dei difetti di punto nella silice. L'approccio sperimentale consiste nello studio in funzione della temperatura (da 500 a 4 K) della forma di riga degli spettri di assorbimento ed emissione della radiazione da parte di differenti difetti di punto, nativi o indotti da irraggiamento. In particolare, gli andamenti in funzione dell'eccitazione degli spettri di emissione, sia stazionari che risolti in tempo, sono in grado di mettere in evidenza la modulazione imposta sulle transizione elettroniche da parte dell'eterogeneità della matrice vetrosa. Verranno inoltre utilizzate la Fluorescenza risolta in tempo al ns e la "Hole burning" Spectroscopy. c) Studio dei processi di gelazione "a freddo". Comprensione del ruolo svolto dagli ioni metallici nei processi di gelazione delle proteine. d) Studio delle proprietà spettrali di macromolecole inglobate in matrici polimeriche. Comprensione dell'interazione intermolecolare di (macro)-molecole inglobate in gel di PVP e PVA, reticolati tramite irraggiamento UV e gamma. e) Studio degli effetti del disordine strutturale sulle proprietà ottiche di differenti difetti di punto.