1) NUTRIZIONE MOLECOLARE Interazioni bilirubina-dieta

La bilirubina è un antiossidante endogeno, che deriva dal metabolismo dell’eme. Circola nel sangue legata all’albumina ed è eliminata dal fegato per via biliare. La lieve iperbilirubinemia è associata alla riduzione del rischio di malattie cardiovascolari ed altre malattie croniche. Anche la dieta ricca di alimenti vegetali riduce il rischio di malattie croniche legate all’età. Alcuni metaboliti secondari delle piante, come i flavonoidi e, tra questi, gli antociani, potrebbero indurre lievi aumenti della bilirubinemia, agendo sul trasporto epatico della bilirubina o sugli enzimi della sintesi della bilirubina. 

Per indagare i fattori che modulano la bilirubinemia, abbiamo sviluppato un kit per l’analisi fluorimetrica dei pigmenti biliari, che possiamo applicare in un’ampia gamma di modelli sperimentali e in analisi cliniche e veterinarie.  Il kit utilizza uno specifico biorecettore della bilirubina, ideato e prodotto nel nostro gruppo, chiamato HUG. Esso è il prodotto di fusione di un polipeptide HELP con la proteina UnaG.

2) Polipeptidi simili all'elastina per la diagnosi e il rilascio controllato di biofarmaci

Le proteine biomimetiche prodotte per via ricombinante rappresentano una promettente alternativa ai polimeri sintetici per le applicazioni in campo biomedico e biotecnologico. I polipeptidi elastin-like (ELP) sono biopolimeri proteici artificiali a carattere ripetitivo derivati dai domini idrofobici dell’elastina. Come quest’ultima, presentano un interessante comportamento termosensibile, in quanto sono perfettamente solubili al di sotto di una certa temperatura mentre vanno incontro ad aggregazione e separazione di fase quando la temperatura aumenta. L’attività di ricerca ha portato alla realizzazione di una macromolecola prototipo denominata HELP (Human Elastin-like Polypeptide) la cui sequenza è basata sul motivo esapeptidico ripetuto e sui domini di crosslinking dell’elastina umana  E’ stato poi messo a punto un metodo enzimatico per la preparazione di matrici a carattere di idrogel costituite da HELP che ha portato al deposito di un brevetto. Una caratteristica di estremo interesse è rappresentata dal poter creare "su misura" biomateriali con proprietà funzionali particolari precisamente modulate. Ad oggi nel nostro laboratorio, sono stati realizzati una ventina di costrutti basati su HELP recanti differenti funzionalità. Questa linea di ricerca è caratterizzata da un contenuto altamente innovativo, sia per l’approccio, volto alla realizzazione di nuove macromolecole non esistenti in natura ma assemblate in laboratorio, sia per le potenzialità, in quanto apre la porta a nuovi scenari da esplorare, con vaste potenzialità applicative. Collocandosi nell’ambito biotecnologico che è un settore d’avanguardia con una connotazione decisamente multidisciplinare, questi studi traggono enorme beneficio dai contributi derivanti da varie discipline quali biologia molecolare, fisica, ingegneria, biochimica, etc. ed allo stesso tempo offrono anche occasioni di collaborazione tra realtà che hanno sviluppato tali competenze.

Progetti in corso

A)    Diagnostica di precisione dei pigmenti biliari in matrici biologiche. Abbiamo sviluppo di un kit per l’analisi dei pigmenti biliari nel sangue animale. Il kit si basa sul polipeptide HUG e consente l’analisi in nanoscala di biliverdina, bilirubina e bilirubina glucuronide.

B)    Nuovi biomarcatori ematici per la valutazione del benessere del pesce allevato. Nel progetto AdriAquaNet, abbiamo elaborato i protocolli operativi per l’analisi in campioni di sangue intero di animali sperimentali (ratto), pesce allevato e soggetti umani. Abbiamo eseguito lo screening dei pigmenti biliari in gruppi di pesci allevati in condizioni diverse e con diete sperimentali. I risultati indicano che i pigmenti biliari sono dei biomarcatori utili per quantificare lo stress (o il benessere) del pesce allevato.

C)     Screening dei pigmenti biliari in bio-banche di plasma umano. Nel progetto iNEST eseguiremo lo screening bio-banche di plasma di pazienti reclutati in trial clinici per identificare nuovi biomarcatori di efficacia di strategie nutrizionali per abbassare il rischio di malattie croniche.

D)    Catabolismo dell’eme in colture cellulari. L’eme è il coenzima dei citocromi e di molti altri enzimi chiave per la crescita e differenziamento cellulare. Nel progetto iNEST stiamo sviluppando un approccio per la valutazione della crescita cellulare in vitro basato sulla produzione dei cataboliti dell’eme intra- ed extracellulari. Questo approccio si può applicare ai sistemi microfisiologici (organ-on-chip).  

E)    Sviluppo di polipeptidi HELP e lo coniugati. Il polipeptide HELP è stato coniugato con il fattore di crescita epidermico (EGF), con sequenze RGD che promuovono l’adesione cellulare, ma può essere coniugato anche con altre proteine importanti per il legame a recettori di membrana e l’attivazione di vie di segnalazione intracellulare, necessarie per la crescita e il differenziamento. Nel progetto iNEST useremo questi polipeptidi per ottenere dei materiali compositi adatti allo sviluppo di sistemi microfisiologici in vitro.

F)      Componenti a capacità antimicrobica non suscettibile al fenomeno di antibiotico-resistenza. I polipeptidi HELP sono dei partner di fusione tuttora poco sfruttati per la produzione di peptidi antimicrobici. Questi ultimi sono al momento considerati dei promettenti biofarmaci, sostituti degli antibiotici di sintesi. Nei progetti finanziati dall’Unione Europea AIMED e STOP, la piattaforma HELP verrà utilizzata per produrre proteine di fusione con domini antibiotici derivati dalle b-defensine umane. Essi verranno utilizzati per la realizzazione di materiali biocompatibili e superfici non colonizzabili da batteri e che non inducano resistenza in questi ultimi.