Le competenze scientifiche del gruppo coprono principalmente la biologia molecolare, la biochimica, la biotecnologia applicate allo sviluppo di biomolecole e biomateriali di nuova generazione. L’attività scientifica svolta ha portato alla realizzazione della piattaforma biotecnologica HELP (Human Elastin-like Polypeptides). I polipeptidi elastin-like sono biopolimeri proteici artificiali a carattere ripetitivo derivati dalle sequenze aminoacidiche dei 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. Recentemente è stato sviluppato un altro componente, denominato UELP, basato sul motivo nonapeptidico più conservato negli omologhi di elastina dei mammiferi.
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 operano in questi ambiti.
Polipeptidi simili all'elastina per la diagnosi e per il rilascio controllato di composti bioattivi
Le proteine biomimetiche prodotte per via ricombinante rappresentano una promettente alternativa ai polimeri sintetici per le applicazioni in campo biomedico e biotecnologico. Una caratteristica di estremo interesse è rappresentata dal poter creare "su misura" biomateriali con proprietà funzionali particolari precisamente modulate. La piattaforma HELP è oggi basata su due polipeptidi elastin-like carrier che sono versatili partner di fusione ricombinante per domini bioattivi. Il vantaggio del loro utilizzo è dato dalla possibilità di purificare le proteine di fusione risultanti sfruttando le capacità di transizione di fase tipiche dell’elastina, garantendo così un elevato grado di purezza contestualmente ad un’alta resa. Ad oggi nel nostro laboratorio, sono disponibili una ventina di costrutti basati sul carrier HELP recanti differenti domini funzionali.
I carrier e i loro costrutti di fusione bioattivi nonché le matrici derivate sono suscettibili all'attività elastolitica. Questa caratteristica può essere utilizzata per produrre dispositivi diagnostici utili a monitorare diverse condizioni in cui questa specifica attività proteolitica è presente indicando la presenza di uno stato patologico come infezione, infiammazione e così via. Un promettente sviluppo è rappresentato dalla realizzazione di dispositivi “intelligenti” che rilasciano il dominio bioattivo nel sito di infezione o infiammazione, sfruttando lo stimolo elastolitico. Questo sistema può essere uno strumento per studiare se, come e in che misura la presenza di attività elastolitica dovuta a infezioni o infiammazioni possa influenzare l'integrità del tessuto elastico.
1) Sviluppo di polipeptidi HELP e lo coniugati. Il polipeptide HELP è stato coniugato con il fattore di crescita epidermico (EGF), con sequenze RGD e con un altro peptide che promuove 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. Questi polipeptidi costituiscono i componenti base per ottenere dei materiali compositi multifunzionali adatti allo sviluppo di modelli microfisiologici in vitro.
2) 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.
