98996 - BIOCONJUGATE TECHNIQUES

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student has acquired knowledge of the general strategies of synthesis, purification and characterization of bioconjugates and radical reactions that lead to the oxidation of organic and biological materials, the main mechanisms of antioxidant action and the relationship between structure and antioxidant activity.

Contenuti

Il corso fornirà un’introduzione generale riguardante le strategie di bioconiugazione più utilizzate. Verranno presentati i principi fondamentali della bioconiugazione, introducendo le principali tipologie di coniugati e i rispettivi componenti, discutendo inoltre la progettazione sintetica e la scelta delle migliori strategie per realizzare un bioconiugato ottimale. Verranno esaminate le principali aree di applicazione dei bioconiugati.

Al termine del corso gli studenti acquisiranno nuove conoscenze relative alle strategie generali di bioconiugazione e matureranno un’esperienza di laboratorio riguardante la sintesi, la purificazione e la caratterizzazione dei bioconiugati, con particolare riferimento a:

- gruppi reattivi di varie reazioni chimiche e target molecolari;

- linker e sistemi di reagenti attivabili;

- metodologie di sintesi, purificazione e caratterizzazione dei bioconiugati;

- contesti applicativi e di ricerca in cui sintetizzare e utilizzare i bioconiugati.

Il corso è organizzato in due moduli didattici.

Parte teorica (3 CFU)

1. Gruppi funzionali reattivi in biomolecole. Panoramica dei gruppi funzionali delle biomolecole (amminoacidi, peptidi, proteine; polisaccaridi; acidi nucleici e polinucleotidi) comunemente impiegati nella produzione di bioconiugati. Verranno considerate l'attività biologica e le proprietà strutturali delle biomolecole, nonché la posizione e le reattività di vari gruppi funzionali che possono essere impiegati a fini della coniugazione.

2. Bioconiugazione di micro- e nano-particelle e superfici. Verranno presentati i tipi di particelle utilizzate per la bioconiugazione, i gruppi funzionali o gruppi reattivi preesistenti sulla loro superficie o che possono essere generati chimicamente su di essi per immobilizzare le biomolecole. Saranno esplorate le metodologie per l'attivazione, la modifica e la coniugazione delle particelle, compresa una discussione sui reagenti comunemente utilizzati a tale scopo. Saranno discussi gli approcci di bioconiugazione basati sulle interazioni non covalenti. Verranno infine esaminati i campi di applicazione specifici dei bioconiugati.

3. La chimica dei gruppi reattivi nella bioconiugazione. Verranno introdotte le principali reazioni utilizzate nel settore della bioconiugazione. Ogni reazione sarà brevemente discussa e illustrata, fornendo al contempo riferimenti chiave dalla letteratura recente. Queste reazioni saranno ulteriormente organizzate in base alla reattività generale o al gruppo funzionale coinvolto nel processo di coniugazione associato: ammine, tioli, carbossilati, idrossili, aldeidi e chetoni. Saranno introdotte inoltre le reazioni fotoattivate e di cicloaddizione.

4. Re agenti per bioconiugazione. I reagenti di modifica e coniugazione saranno classificati in base alla struttura, alla reattività e all'applicazione. Verranno illustrati protocolli generali per le applicazioni più comuni di ciascun reagente. Saranno presentati in modo esaustivo gli agenti di crosslinking capaci di attivare la coniugazione diretta tra 2 gruppi reattivi (lunghezza zero), reattivi omobifunzionali (gruppi reattivi identici su entrambe le estremità) ed eterobifunzionali (diversi gruppi reattivi sulle due estremità), confrontando i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna classe per le specifiche applicazioni.
Verranno presentati alcuni esempi di reazioni chemoselettive e bio-ortogonali.

Laboratorio (2CFU)

1. Durante le lezioni frontali verranno presentate:

-le principali tecniche di purificazione di bioconiugati/nanobioconiugati (es. dialisi, centrifugazione, cromatografia);

-le principali tecniche per la caratterizzazione di bioconiugati/nanobioconiugati (es. elettroforesi, analisi spettroscopiche e microscopiche);

- il lavoro sperimentale che verrà svolto dagli studenti in laboratorio;

2. Svolgimento dell’attività di laboratorio durante i quali gli studenti eseguiranno la sintesi, purificazione e caratterizzazione dei bioconiugati/nanobioconiugati.

Testi/Bibliografia

Fondamentale sarà l'utilizzo di materiale distribuito dal docente reso disponibile in rete e degli appunti di lezione.

Per ulteriori approfondimenti si consiglia:

“Bioconjugate Techniques”, G.T.Hermanson, Academic Press, Elsevier, Amsterdam, 3nd Ed., 2013.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni frontali durante le quali vengono presentate e discusse:

- le tematiche già riportate nella sezione relativa ai contenuti

- le esperienze che saranno realizzate in laboratorio dagli studenti.

Il corso prevede anche l'esecuzione di esperienze in laboratorio durante le quali gli studenti realizzeranno la sintesi, la purificazione e la caratterizzazione di bioconiugati/nanobioconiugati.

Al termine dell'attività in laboratorio ciascun studente dovrà stilare le relazioni sulle esercitazioni eseguite (1 relazione per ogni esperienza), che andranno consegnate al docente.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli 1 e 2 in modalità e-learning e la partecipazione, in presenza, al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio, oppure, su Microsoft Teams, se questa è la modalità scelta dal Formatore. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento.

L'esame finale ha lo scopo di accertare le competenze acquisite dallo studente nei due moduli, e consiste in una prova orale (30 minuti).

Il corso 98996 - BIOCONJUGATE TECHNIQUES insieme al corso 98997 - PHYSICAL ORGANIC CHEMISTRY costituiscono il corso integrato di 98995 - BIOCONJUGATION AND RADICAL CHEMISTRY.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso un esame per ciascun corso, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese. Il voto finale che viene verbalizzato per il corso integrato è la media aritmetica dei 2 voti conseguiti nei 2 esami.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni vengono presentate agli studenti con l'ausilio di supporti multimediali. Le diapositive vengono messe a disposizione dello studente tramite il sistema di Ateneo (Virtuale). 

Per le esperienze in laboratorio, viene richiesto agli studenti un camice personale. Tutti gli altri dispositivi di protezione individuale e tutte le strumentazioni e le materie prime necessarie all'esecuzione delle esperienze vengono forniti dal docente.

Ad ogni studente viene richiesto di firmare una dichiarazione relativa a sicurezza e salute sul luogo di lavoro, che attesti che lo studente abbia ricevuto la formazione necessaria per operare in laboratorio.

Viene fornita ad ogni studente una copia cartacea della procedura dettagliata, già spiegata a lezione, riguardante l'esperienza da eseguire in laboratorio quel giorno. La procedura viene brevemente discussa, sottolineando gli aspetti critici, prima di iniziare ad operare.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Matteo Calvaresi

Consulta il sito web di Matteo Di Giosia