- Docente: Marina Naldi
- Crediti formativi: 8
- SSD: CHIM/08
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Marina Naldi (Modulo 1) Matteo Masetti (Modulo 2) Federico Falchi (Modulo 3)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 3)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale a Ciclo Unico in Chimica e tecnologia farmaceutiche (cod. 8412)
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Orario delle lezioni (Modulo 1)
dal 02/10/2023 al 27/10/2023
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Orario delle lezioni (Modulo 2)
dal 02/10/2023 al 26/10/2023
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Orario delle lezioni (Modulo 3)
dal 09/10/2023 al 31/10/2023
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, che prevede anche esercitazioni di laboratorio a posto singolo, lo studente conosce alcune metodologie analitiche e bio-analitiche utili per caratterizzare la proteina bersaglio e il complesso farmaco-proteina, e conosce i principali metodi di modellistica e simulazione molecolare che fanno uso di quelle informazioni per progettare nuovi farmaci. In particolare lo studente: - sa determinare le costanti termodinamiche e le costanti cinetiche che regolano la formazione dei complessi ligando-proteina; - è in grado di pianificare indagini sui meccanismi di riconoscimento molecolare mirate alla progettazione e sviluppo di nuovi farmaci; - sa utilizzare alcuni software di modellistica molecolare open source presenti in Internet; - è in grado di costruire modelli al computer di piccole molecole organiche; - è in grado di interpretare un modello 3D di complesso ligando-proteina e di usarlo per proporre semplici modificazioni molecolari del ligando.
Contenuti
- Modulo 1:
Metodologie analitiche in chimica farmaceutica
- Bioreattori. Sviluppo di un bioreattore: scelte del supporto, approcci per l’immobilizzazione dell’enzima target, ottimizzazione delle condizioni di utilizzo del bioreattore, sviluppo di saggi funzionali, validazione del bioreattore. L’utilizzo di bioreattori nel processo di drug discovery: screening individuazione e ottimizzazione di molecole attive.
- Biocromatografia. Immobilizzazione di proteine/recettori su supporto cromatografico. Sviluppo della colonna con target immobilizzato: scelta supporto, approcci per immobilizzazione, validazione, ottimizzazione condizioni utilizzo. Applicazioni della biocromatografia nel processo di drug discovery.
- Tecniche varie accoppiate alla rivelazione mediante spettrometria di massa. Fishing di ligandi, caratterizzazione di legami covalenti ligando-target; caratterizzazione di interazioni reversibili e modulazione delle interazioni proteina/proteina, screening di inibitori enzimatici.
- Biosensori ottici a risonanza plasmonica di superficie. Strumentazione; processi di riconoscimento molecolare; isolamento di nuove proteine bersaglio; screening di nuovi composti per la loro affinità di legame alla proteina bersaglio; studio della cinetica del processo di riconoscimento molecolare.
- Spettroscopia in luce polarizzata. Strumentazione; determinazione struttura secondaria di peptidi e proteine; meccanismi di riconoscimento molecolare; transizioni conformazionali funzionali; determinazione dei parametri di legame del farmaco alla proteina; caratterizzazione stereochimica del farmaco legato alla proteina target.
Laboratorio di metodologie analitiche in chimica farmaceutica
Esercitazioni in aula informatica con software dedicati.
- Utilizzo della spettrometria di massa per l’identificazione e caratterizzazione di proteine, per la caratterizzazione di modifiche strutturali a carico di proteine, per il monitoraggio dell’attività enzimatica.
- Utilizzo del biosensore ottico e del dicroismo circolare per studiare i fenomeni di riconoscimento molecolare.
- Modulo 2: Metodologie computazionali in chimica farmaceutica
- Introduzione ai metodi computazionali in chimica farmaceutica. Il processo di drug discovery. Identificazione, validazione e caratterizzazione del target. Identificazione di hits. Fase hit-to-lead. Ottimizzazione del lead.
- Rappresentazione delle strutture molecolari. Introduzione ai grafi molecolari. Tabelle di connettività. Notazioni lineari. Fingerprints.
- Descrittori molecolari e similarità chimica. Esempi di descrittori molecolari. Indici topologici. Misure di distanza e di similarità. Cenni di cluster analysis. Cenni di riduzione di dimensionalità. Nozione di spazio chimico e sua rappresentazione.
- Relazioni struttura-attività. Derivazione e validazione di modelli QSAR.Esempi di semplici modelli QSAR. Cenni di metodi di classificazione. Nozione di "activity landscape".
- Modellistica molecolare. Introduzione ai campi di forza. Concetto di superficie di energia potenziale. Algoritmi di minimizzazione. Analisi conformazionale. Cenni di Dinamica Molecolare.
- Modelli farmacoforici e 3D-QSAR. Applicazione dell'analisi conformazionale. Costruzione di modelli farmacoforici. Costruzione di modelli 3D-QSAR.
- Docking molecolare. Introduzione al docking molecolare. Il protocollo del docking molecolare: fase di ricerca e di scoring. Validazione del protocollo di docking molecolare. Modelli di riconoscimento molecolare. Inclusione della flessibilità recettoriale nel docking molecolare.
- Virtual Screening. Introduzione al Virtual Screening. Scelta della struttura del target nello Structure-Based Virtual Screening. Validazione di un protocollo di Virtual Screening. Metriche di arricchimento.
- Modulo 3: Laboratorio di metodologie computazionali in chimica farmaceutica
Esercitazioni in aula informatica con software dedicati.
- Banche dati di interesse farmaceutico (Uniprot e Protein Data Bank), scelta della struttura più idonea.
- Preparazione della struttura selezionata (addizione idrogeni, predizione degli stati di ionizzazione/tautomerizzazione, minimizzazione, etc).
- Preparazione di un database di molecole (passaggio da 2D a 3D, generazione degli stati di protonazione/tautomerizzazione, trattazione degli stereoisomeri, minimizzazione ed eventuale applicazioni di filtri).
- Riconoscimento delle interazioni molecolari tra proteina e ligando e la relazione struttura/attività.
- Il docking molecolare. In particolare verrà riprodotto il binding mode del farmaco Imatinib nella proteina Abl. Sarà studiato il caso della mutazione T315I e di come è stato risolto questo problema.
- Simulazione di screening virtuale mediante: ricerca per similarità, utilizzo di un modello farmacoforico e mediante utilizzo del docking molecolare.
Testi/Bibliografia
Testi utili per consultazione:
- V. Cavrini, V. Andrisano. Principi Analisi farmaceutica. Società editrice Esculapio ed. 2013.
- A. R. Leach, V. J. Gillet. An Introduction to Chemoinformatics. Springer. 2007.
Metodi didattici
Lezioni frontali e laboratori didattici in aula informatica.
In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La prova di verifica dell'apprendimento è costituita da colloqui orali sugli argomenti trattati durante il corso.
Strumenti a supporto della didattica
Slides, pubblicazioni scientifiche ed altro materiale di insegnamento reso disponibile attraverso la piattaforma Virtual Learning Environment [https://virtuale.unibo.it/] .
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Marina Naldi
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