Indagine sull’interazione tra Nanoparticelle e Green Fluorescent Protein (GFP) mediante tecniche Spettroscopiche e Calorimetriche Investigation on the interaction between Nanoparticles and Green Fluorescent Protein (GFP) using Spectroscopic and Calorimetric techniques

Abstract

I materiali luminescenti aventi dimensioni nell’ordine di grandezza dei nanometri, come Nanoparticelle (NPs) che presentano proprietà di Upconversion (UC) o Quantum Dots (QDs), sono attualmente molto studiati per le loro interessanti proprietà, trovando possibili applicazioni in campo biomedico come marcatori ottici, ad esempio come bio-sensori, per il bio-imaging e nel drug delivery. In particolare UC-NPs possono essere utilizzate per ottenere un elevato contrasto nella tecnica di imaging eliminando il rilevante problema dell'autofluorescenza tissutale e permettendo, quindi, di ottenere una maggiore accuratezza nella misura.

Lo studio dell'interazione tra NPs e bio-molecole ha coinvolto, nei recenti anni, molti campi di ricerca. Tali interazioni permettono di ottenere nuove ed importanti proprietà per le NPs, come un comportamento idrofilico, bio-compatibilità e bio-degradabilità, che permettono, inoltre, di acquisire una miglior conoscenza sul processo di internalizzazione del bio-nanomateriale da parte delle cellule. La specificità delle bio-molecole permette anche di ottenere differenti bio-distribuzioni del bio-nanomateriale. Queste nuove proprietà migliorano, quindi, le possibili applicazioni delle NPs in campo biomedico.

I processi di Energy Transfer (ET), tra due sistemi, coinvolgono l'assorbimento di luce da parte di un partner, detto donatore, che trasferisce l'energia immagazzinata all'altro partner, detto accettore, il quale, di conseguenza, emette l'energia sotto forma luminosa. Tale ET può avvenire mediante processi di tipo radiativo o non-radiativo, dipendenti dalle caratteristiche del sistema. Un esempio di ET è quella che viene definita come FRET, Fluorescence Resonance Energy Transfer, che è un processo fisico distanza-dipendente.

L’utilizzo dei processi ET permettono l’analisi di una grande varietà di fenomeni biologici. I fluorofori comunemente utilizzati come donatori e accettori appartengono ad un gruppo di proteine auto-fluorescenti chiamate genericamente GFPs (Green Fluorescent Protein). In particolare le tecniche di imaging basate sull'ET utilizzando GFPs, sono state molto importanti per la determinazione dell'organizzazione cellulare e per tracciare i movimenti di differenti proteine all'interno delle cellule stesse.

In questo lavoro studiamo l'interazione tra differenti tipi di Nanoparticelle e GFP, in particolare il processo di Energy Transfer da UC-NPs/QDs a GFP utilizzando varie tecniche spettroscopiche, come spettroscopia di assorbimento ed emissione, e anche tecniche calorimetriche, come ITC (Isotermal Titration Calorimetry). ITC è una tecnica molto promettente che permette di investigare la termodinamica relativa all'interazione tra due sistemi, nel nostro caso tra UC-NPs/QDs e GFP.