Synthetically Engineered EMissive PNA for Medical Diagnostics based on Optical and Surface-Enhanced Raman Techniques - Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1.

Gli acidi peptidonucleici (PNA) sono una delle classi di macromolecole più performanti nella chimica biologica del riconoscimento del DNA e dell’RNA. Le proprietà dei PNA possono essere modulate con modifiche sintetiche per migliorare l’affinità e la selettività nei confronti delle sequenze target e per inserire sonde e gruppi funzionali al fine di creare probe tecnologici per lo sviluppo di tecniche di monitoraggio super sensibili. Per ottenere tali risultati la ricerca di base è essenziale, studiando le proprietà fondamentali dei PNA e della loro interazione con micro RNA (miR), una delle classi di marcatori del cancro più studiate. SEMPER ambisce nell’ottenere un effetto sinergico mettendo in comunicazione lo stato dell’arte della chimica organica, biologica e della nanofisica per sviluppare sonde innovative bifunzionali per fluorescenza e Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) al fine di quantificare la presenza di miR a livello di femnto moli. I PNA posso formare eteroduplex con sequenze complementari di DNA/RNA caratterizzate da una maggiore stabilità rispetto alle doppie eliche canoniche, questo fenomeno può essere sfruttato per ottenere una maggiore sensitività nei confronti di sequenze corte di acidi nucleici come i miR. La maggiore robustezza e facilità di preparazione dei PNA rispetto al DNA/RNA consente una maggiore tolleranza alla funzionalizzazione lungo la sequenza e la possibilità di inserire piccole molecole funzionali operanti come sonde di fluorescenza e Raman per le analisi SERS. Due vie sintetiche ortogonali ma complementari verranno utilizzate per preparare PNA in grado di fornire segnali di emissione e Raman senza intaccare la loro affinità e selettività verso i miR. La prima via mira ad ottenere il primo alfabeto genetico isomorfico completo per i PNA basandosi sul sullo struttura del tieno[3,4-d]pirimidina consentendo la preparazione di PNA intrinsecamente fluorescenti. La seconda strategia si concentrerà sulla funzionalizzazione come tag per PNA, utilizzando sonde innovative e sensibili all’intorno molecolare basate sul naftalendiimide (NDI) capaci di funzionare contemporaneamente come sonde di fluorescenza e Raman. I PNA intrinsecamente fluorescenti e quelli marcati con NDI saranno utilizzati per il riconoscimento di miR attraverso tecniche di fluorescenza e SERS ultrasensibile. Le piattaforme di riconoscimento microfluidiche SERS integrate con nanostrutture plasmoniche verranno sviluppate in maniera particolare per consentire analisi multiplexate. Questa strategia di riconoscimento verrà anche implementata con un sistema di twezing ottico, consentendo la creazione e il controllo di siti SERS-attivi in fase liquida. I protocolli di funzionalizzazione biochimica per i substrati SERS verranno applicati ai PNA modificati in modo da potersi legare a specifiche sequenze di miR. Le analisi SERS forniranno risultati ad alta sensitività evitando step di amplificazione biochimica, come avviene ad oggi attraverso la reazione a catena catalizzate da polimerasi (PCR). Queste metodologie dovrebbero fornire risultati migliori di quelli ottenibili con tecniche colorimetriche come ELISA. Infine la semplicità e i moderati costi della strumentazione renderà queste metodologie di analisi spettroscopiche amplificate competitive alle attuali tecniche di PCR e tecnologie di microgamma.