1. Sviluppo di sonde molecolari per lo studio del rimodellamento della matrice extracellulare (ECM) via Risonanza Magnetica Nucleare a immagini (MRI)

La matrice extracellulare (ECM) è soggetta ad un processo continuo di rimodellamento, risultante da un equilibrio dinamico tra degradazione e sintesi de novo delle sue componenti macromolecolari (quali, per esempio, collagene, elastina, fibrina e fibronectina). Molte patologie (incluse quelle cardiovascolari e tumorali) sono caratterizzate da un alterato rimodellamento della ECM. Il tema di ricerca in questo ambito riguarda la progettazione, la sintesi e la caratterizzazione in vitro ed in vivo di sonde molecolari in grado di legarsi con una componente specifica della ECM. Tali sonde sono costituite da un polipeptide in grado di riconoscere uno specifico bersaglio molecolare funzionalizzato con chelati di Gd(III) per consentirne la visualizzazione via MRI, o con un fluoroforo per la visualizzazione tramite tecniche di Imaging Ottico (OI). Le sonde molecolari sviluppate trovano potenziali applicazioni nella diagnosi precoce via MRI e nello studio a livello molecolare del ruolo della ECM lungo i vari stadi della patologia.

2.  Sviluppo di agenti di contrasto responsivi al microambiente per Risonanza Magnetica Nucleare a immagini(RMN)

La caratterizzazione del microambiente extracellulare in tumori solidi o in processi infiammatori ha un elevato potenziale per la stratificazione dei pazienti e la scelta dell’approccio terapeutico. Questa linea di ricerca riguarda lo sviluppo di agenti di contrasto per RMN responsivi al pH extracellulare, ambiente redox, o attività enzimatiche per ottenere immagini parametriche. Tali agenti di contrasto sono basati su agenti di rilassamento (Gd, Mn), agenti di shift (modalità CEST-MRI), o su nanoparticelle contenenti molecole perfluorurate per la modalità 19F-MRI.

3. Sviluppo di biomateriali e sonde molecolari per il follow-up di terapie cellulari

La terapia cellulare può essere definita in generale come il trapianto di cellule vitali per la cura di patologie degenerative o traumatiche. Il problema principale delle terapie cellulari risiede nella reazione immunitaria. Non essendo disponibili metodi affidabili per controllare lo stato delle cellule dopo l’introduzione nell’ospite, risulta difficile correlare l’effettiva funzionalità del trapianto con l’efficacia clinica finale. Questa linea di ricerca intende sviluppare biomateriali “etichettati” con agenti di contrasto per RMN che consentano, simultaneamente, di schermare i trapianti cellulari dal rigetto immunitario e di consentirne il follow-up della vitalità a medio/lungo termine.

4. Caratterizzazione di peptidi e proteine ricombinanti funzionalizzate.

La coniugazione di peptidi e proteine ricombinanti con gruppi chimici in grado di migliorarne la farmacocinetica o di introdurre nuove funzioni è una strategia sempre più utilizzata dall’industria del farmaco biotecnologico. Questa linea di ricerca è dedicata allo studio di nuove tecniche di bioconiugazione ed alla caratterizzazione strutturale via NMR di farmaci biotecnologici (ad esempio, verifica dell’equivalenza strutturale di proteine PEG-ilate rispetto alle proteine native), con applicazioni sia nella progettazione di nuovi bioconiugati sia nel controllo di qualità dei prodotti industriali.

5.  Metabolomica Ambientale.

L’applicazione della metabolomica alle scienze ambientali è estremamente interessante sotto diversi aspetti, tra cui il monitoraggio ambientale, la valutazione ecotossicologica e la tutela della salute di colture acquatiche. Questa linea di ricerca si propone di valutare l’alterazione del profilo metabolomico di organismi sia animali che vegetali sottoposti a fattori di stress ambientale subletali, con l’obiettivo di sviluppare indicatori per il monitoraggio della qualità dell’ambiente.

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1. Magnetic Resonance Imaging (MRI) molecular probes targeted to the Extracellular Matrix (ECM).

The ECM undergoes continuous remodelling, resulting from the balance between the degradation of its macromolecular components (e.g. collagens, elastin, fibrin, fibronectin) and de novo synthesis. The ECM remodelling is impaired in many pathobiological processes (including cardiovascular diseases and tumorigenesis). This research issue aims at developing new molecular imaging probes targeted to specific components of the ECM to study at the molecular level the role of ECM alterations in the progression and staging of the disease by non-invasive imaging techniques (e.g. MRI, Optical Imaging). The potential for clinical translations of early diagnostic imaging markers is also considered.

2.  Novel microenvironment-responsive contrast agents for Magnetic Resonance Imaging (MRI).

The assessment of the extracellular microenvironment in solid tumors is of utmost importance to stratify patients and to personalize therapy. This line of research deals with the synthesis, characterization and validation of MRI contrast agents responsive to either extracellular pH, or redox potential, or the activity of matrix enzymes. Probes being developed can be based on relaxation agents (for T1w-MRI), or chemical exchange saturation transfer agents (for the CEST-MRI modality), or perfluorinated nanoparticles for the 19F-MRI modality. Methods to obtain parametric images of the tissue microenvironment are also considered.

3. Imaging labelled biomaterials for cell-therapy follow-up by Magnetic Resonance Imaging (MRI).

Cell therapy can be broadly defined as the transplantation of living cells for the treatment of a wide number of medical disorders. A critical issue to understand how therapy works is the lack of clinically compliant methods to follow-up the state of therapeutic cells on the long term after transplantation. This line of research aims at developing imaging labelled biomaterials to provide a shielding against immune rejection, and, at the same time, to enable longitudinal monitoring of cell survival by MRI.

4. Structural characterization of functionalized peptides and recombinant proteins.

The conjugation of bioactive molecules such as peptides and proteins with chemical functionalities to enhance their pharmacokinetic profile or to add new functions is widely employed in the biotechnologic pharma industry. The research activities in this field aims at i) developing bioconjugation techniques and at ii) assessing the structure of biotechnologic drugs (for instance, by assessing the structural equivalence between PEGylated proteins and their native counterparts), with potential applications in drug design and in quality control.

5.  Environmental metabolomics

In environmental sciences, metabolomics has a great potential to reveal the response of sentinel organisms to environmental stressors when the level of stressors/toxicants are below those required to give clear answers in traditional end-point assays. This line of research is aimed at defining a link between metabolomic changes in suitable sentinel organisms and the level of ecotoxicological challenge, with potential applications for environmental surveillance.