In questa attività è stato illustrato come si possa giungere, attraverso un "percorso" lungo, spesso tortuoso e irto di ostacoli, alla scoperta di nuovi composti attivi biologicamente e come pochissimi di essi possano divenire nuovi, preziosi, farmaci. E' stato mostrato come ciò sia possibile partendo dall'osservazione della Natura (ad es. proprietà notevoli di organismi, o loro relazioni e prodotti, oppure problemi biologici/medici/industriali/alimentari rilevanti), o delle proprietà di prodotti di sintesi (composti nuovi o ricerca di nuove funzioni per molecole note), o da banche dati (disponibilità di composti/strutture a cui si vorrebbe trovare una funzione/applicazione). Mediante presentazioni, attività laboratoriali interattive ed exhibit sono state illustrate le varie fasi di questi processi: preparazione di organismi o prodotti complessi, estrazione e frazionamento composti, purificazione mediante cromatografie, caratterizzazione chimica e chimico-fisica. E' stato poi mostrato come tecniche di spettroscopia NMR,IR, UV-Visibile, spettrometria di massa portino alla struttura 2D delle molecole e come metodi chimici, chimico-fisici e computazionali (diffrazione di raggi X, neutroni, elettroni, spettroscopia NMR + metodi computazionali, predizione computazionale, studi dinamici con metodi spettroscopici quali NMR e fluorescenza abbinati a tecniche computazionali, predizione computazionale con dinamica molecolare) sia possibile giungere alla struttura 3D delle molecole. Partendo da questo risultato, è stato illustrato come sia possibile predire possibili funzioni biologiche con metodi "ligand based" (analogia con molecole note) o "target based" (metodi computazionali per identificare e caratterizzare possibili interazioni con bersagli quali proteine, DNA, polisaccaridi, biologicamente rilevanti, in un processo noto come "screening virtuale"). Si è quindi passati allo screening sperimentale, parallelo o confermativo di quello computazionale, mediante saggi di binding/funzionalità in vitro e cellulari e/o studio spettroscopico del binding (NMR, fluorescenza). Si è visto, poi, come in caso di successo si cerchi la conferma sperimentale mediante saggi di binding/funzionali più dettagliati e completi, verifica di interferenze e possibili interazioni aspecifiche e poi si passi a caratterizzare/confermare la modalità di interazione tra molecole e bersagli mediante studi di mutagenesi, marcatura fluorescente, chimica/isotopica (spettrometria di massa) o struttura cristallografica/NMR dei complessi. Nei casi fortunati in cui si sia giunti a questo punto del percorso con risultati promettenti occorre ancora dimostrare che "la meta valesse il viaggio", mediante caratterizzazione funzionale in cellula (saggi di binding/funzionali, studi di tossicità) e in vivo (studi funzionali e di tossicità su organismi-modello, analisi preliminare di effetti collaterali, di assuefazione, studi di farmacocinetica/dinamica). Si è infine mostrato come, anche superando queste altre difficoltà con successo, la strada verso un nuovo farmaco sia ancora lunga, richiedendo studi preclinici e poi clinici complessi, costosi, lunghi, nel corso dei quali la maggior parte delle molecole sono scartate per attività insufficiente, effetti collaterali o anche semplicemente perché non si sono dimostrate tanto più efficaci di quelle già adoperate da giustificarne lo sviluppo, la produzione e la commercializzazione. In tale contesto è stata anche sviluppata un'app "Giocare a carte con la cromatografia", per introdurre le tecniche cromatografiche in modo divertente, ma rigoroso, facendo emergere gli aspetti legati al riconoscimento di composti. Quest'attività è stata realizzata con il contributo della Fondazione Banco di Napoli.
Attività laboratoriale "SAR & Drug Discovery: alla ricerca della molecola bioattiva" nell'ambito del Progetto "I Percorsi della Ricerca del MoSeF" - Festival Scientifico: "Fattorie Didattiche Aperte", XII ed., Ist. Zooprofilattico Sperimentale del Mezzogiorno, Portici (NA), 12-13 maggio 2018
2018
Abstract
In questa attività è stato illustrato come si possa giungere, attraverso un "percorso" lungo, spesso tortuoso e irto di ostacoli, alla scoperta di nuovi composti attivi biologicamente e come pochissimi di essi possano divenire nuovi, preziosi, farmaci. E' stato mostrato come ciò sia possibile partendo dall'osservazione della Natura (ad es. proprietà notevoli di organismi, o loro relazioni e prodotti, oppure problemi biologici/medici/industriali/alimentari rilevanti), o delle proprietà di prodotti di sintesi (composti nuovi o ricerca di nuove funzioni per molecole note), o da banche dati (disponibilità di composti/strutture a cui si vorrebbe trovare una funzione/applicazione). Mediante presentazioni, attività laboratoriali interattive ed exhibit sono state illustrate le varie fasi di questi processi: preparazione di organismi o prodotti complessi, estrazione e frazionamento composti, purificazione mediante cromatografie, caratterizzazione chimica e chimico-fisica. E' stato poi mostrato come tecniche di spettroscopia NMR,IR, UV-Visibile, spettrometria di massa portino alla struttura 2D delle molecole e come metodi chimici, chimico-fisici e computazionali (diffrazione di raggi X, neutroni, elettroni, spettroscopia NMR + metodi computazionali, predizione computazionale, studi dinamici con metodi spettroscopici quali NMR e fluorescenza abbinati a tecniche computazionali, predizione computazionale con dinamica molecolare) sia possibile giungere alla struttura 3D delle molecole. Partendo da questo risultato, è stato illustrato come sia possibile predire possibili funzioni biologiche con metodi "ligand based" (analogia con molecole note) o "target based" (metodi computazionali per identificare e caratterizzare possibili interazioni con bersagli quali proteine, DNA, polisaccaridi, biologicamente rilevanti, in un processo noto come "screening virtuale"). Si è quindi passati allo screening sperimentale, parallelo o confermativo di quello computazionale, mediante saggi di binding/funzionalità in vitro e cellulari e/o studio spettroscopico del binding (NMR, fluorescenza). Si è visto, poi, come in caso di successo si cerchi la conferma sperimentale mediante saggi di binding/funzionali più dettagliati e completi, verifica di interferenze e possibili interazioni aspecifiche e poi si passi a caratterizzare/confermare la modalità di interazione tra molecole e bersagli mediante studi di mutagenesi, marcatura fluorescente, chimica/isotopica (spettrometria di massa) o struttura cristallografica/NMR dei complessi. Nei casi fortunati in cui si sia giunti a questo punto del percorso con risultati promettenti occorre ancora dimostrare che "la meta valesse il viaggio", mediante caratterizzazione funzionale in cellula (saggi di binding/funzionali, studi di tossicità) e in vivo (studi funzionali e di tossicità su organismi-modello, analisi preliminare di effetti collaterali, di assuefazione, studi di farmacocinetica/dinamica). Si è infine mostrato come, anche superando queste altre difficoltà con successo, la strada verso un nuovo farmaco sia ancora lunga, richiedendo studi preclinici e poi clinici complessi, costosi, lunghi, nel corso dei quali la maggior parte delle molecole sono scartate per attività insufficiente, effetti collaterali o anche semplicemente perché non si sono dimostrate tanto più efficaci di quelle già adoperate da giustificarne lo sviluppo, la produzione e la commercializzazione. In tale contesto è stata anche sviluppata un'app "Giocare a carte con la cromatografia", per introdurre le tecniche cromatografiche in modo divertente, ma rigoroso, facendo emergere gli aspetti legati al riconoscimento di composti. Quest'attività è stata realizzata con il contributo della Fondazione Banco di Napoli.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
