Obiettivi formativi
- Apprendimento dei principi teorici del funzionamento delle principali tecniche di analisi di biomolecole, in particolare acidi nucleici e proteine.
- Interpretazione, valutazione ed elaborazione dei dati analitici.
- Conoscenza delle principali applicazioni in campo chimico, clinico-biologico e diagnostico.
- Lo studente:
- dovrà acquisire i principi di riconoscimento biomolecolare che sottendono allo sviluppo di metodi bionanalitici e biosenori, tra cui interazioni tra acidi nucleici, interazioni antigene-anticorpo e ligando-substrato.
- dovrà apprendere le principali tecniche molecolari di determinazione di biomolecole, incluse tecniche di amplificazione molecolare e saggi immunologici.
- dovrà conoscere le principali tecniche analitiche strumentali di spettrometria di massa disponibili per la determinazione di biomolecole, inclusa la strumentazione, le modalità di acquisizione e l’interpretazione degli spettri.
- dovrà acquisire le competenze chemiometriche necessarie per interpretare il dato analitico e valutare la potenzialità di un metodo;
- dovrà sviluppare spirito critico ed essere in grado di valutare potenzialità, limiti, criticità delle varie tecniche.
- dovrà sviluppare capacità creativa nell’applicare le nozioni ricevute a problemi di bioanalitica.
- dovrà sviluppare adeguate capacità comunicative e dimostrare di aver acquisito la corretta terminologia.
- dovrà dimostrare di saper utilizzare in autonomia e con senso critico il materiale didattico fornito dal docente, di saper reperirne altro in modo autonomo, e di saper interfacciarsi con la letteratura scientifica rilevante.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Fondamenti di DNA nanotechnology per applicazioni bioanalitiche: meccanismi dinamici artificiali, tecniche di amplificazione enzimatiche, tecniche di amplificazione non enzimatiche.
Saggi immunologici: saggi enzimatici, in fluorescenza, combinati.
Principi di gel elettroforesi: separazione di acidi nucleici e proteine.
Spettrometria di massa per analisi di biomolecole: principi generali, sorgenti di ionizzazione, analizzatori, modalità di acquisizione qualitative e quantitative, spettrometria di massa tandem, fondamenti di proteomica, tecniche combinate con cromatografia liquida.
Interpretazione del dato analitico: elementi di chemiometria, parametri analitici e di validazione.
Esercitazioni in classe: esercitazioni al computer e lavoro a gruppi su metodi bioanalitici avanzati.
Programma esteso
Fondamenti di DNA nanotechnology per applicazioni bioanalitiche: interazioni tra acidi nucleici e strutture complesse (duplex, triplex, G-quadruplex, i-motif, stem-loop hairpin, junctions, branched kissing loops); aptameri e applicazioni; acidi nucleici artificiali (PNA e LNA); meccanismi dinamici (strand displacement, toehold-exchange, DNA switches, proximity, DNA walkers); tecniche di amplificazione enzimatiche (PCR, RT-PCR, LAMP, SDA, RCA, RPA, NASBA); tecniche di amplificazione non enzimatiche (HCR, CHA).
Saggi immunologici: competitivi/non competitivi; omogenei/eterogenei; saggi enzimatici ELISA diretti, indiretti, sandwich; immunofluorescenza; lateral flow; saggi in proximity ligation; saggi in agglutinazione.
Principi di gel elettroforesi: separazione di DNA sul gel in agarosio; gel in poliacrilamide; separazione di proteine su gel nativi e denaturanti.
Spettrometria di massa per analisi di biomolecole: principi generali; sorgenti ESI, APCI; analizzatori quadrupolo, TOF, trappola ionica, Orbitrap; massa tandem e modalità di acquisizione; tecniche combinate cromatografia liquida-spettrometria di massa LC-MS; proteomica bottom-up e frammentazione peptidi; MALDI; DESI.
Interpretazione del dato analitico: ripasso di chemiometria; parametri analitici e di validazione (precisione, accuratezza, range dinamico, LOD/LOQ, regressione lineare, metodi di calibrazione); effetto matrice; parametri analitici nei test sierologici (specificità e selettività, statistica Bayesiana, costanti di dissociazione e affinità).
Esercitazioni in classe: modelling di sistemi a DNA via software; esercizi di trattamento del dato analitico (regressione, calcolo parametri); lavoro a gruppo di presentazione di metodi bioanalitici avanzati da parte degli studenti (in inglese).
Bibliografia
Materiale fornito dal docente.
Articoli su riviste indicate dal docente durante il corso.
Per la parte di spettrometria di massa: “Mass Spectrometry: principles and applications”, E. de Hoffmann, V. Stroobant; Wiley, 2007.
Per ulteriori approfondimenti: “Bioanalytical Chemistry”, S. R. Mikkelsen, E. Cortòn, Wiley, 2nd edition, 2016.
Metodi didattici
Lezioni Frontali
Esercitazioni in aula: simulazione e modelling di sistemi dinamici a DNA; esercitazioni su elaborazione del dato analitico e trattamento chemiometrico; esposizione da parte degli studenti (lavoro a gruppi) di brevi presentazioni su metodi bioanalitici avanzati (in inglese).
Modalità verifica apprendimento
Esame orale
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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