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: interazioni tra acidi nucleici, meccanismi dinamici, reazioni a DNA, interruttori e sensori molecolari.
Amplificazione di acidi nucleici: tecniche di amplificazione enzimatiche, tecniche di amplificazione non enzimatiche.
Saggi immunologici: interazioni anticorpo-antigene, Langmuir fit, saggi enzimatici, in fluorescenza, saggi 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, tecniche in cromatografia.
Interpretazione del dato analitico: elementi di chemiometria, parametri analitici, validazione di metodi analitici, interpretazione test diagnostici.
Esercitazioni in laboratorio: saggi ELISA, rivelazione elettrochimica di DNA, reazioni a strand displacement.
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 laboratorio: ELISA, rivelazione elettrochimica di DNA, reazioni dinamiche a DNA in fluorescenza.
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.
Metodi didattici
Lezioni Frontali
Esercitazioni in laboratorio: saggi ELISA, rivelazione elettrochimica di DNA, reazioni a strand displacement.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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