La Fondazione, opera prevalentemente alle ricerche nel settore delle Nanotecnologie e della Biotecnologie Avanzate.

L'attività è proseguita sui nuovi nanodispostivi elettronici e suoi nuovi nanomateriali di origine organica o biologica. Sono quindi proseguite le attività di ricerca condotte durante gli ultimi anni in collaborazione con altri enti di ricerca ed imprese.
Da sottolineare la proficua collaborazione col Microfocus Beamline di Grenoble all’European Synchrotron Radiation Facility, guidato dal Professor Christian Riekel, con il Prof. Norbert Hampp (Marburg University), con il Prof. Joshua Labaer dell'Harvard Institute of Proteomics, oltre con Istituti dell'Accademia delle Scienze Russe. Nel corso del 2003 sono state condotte una serie di attività che si possono raggruppare nelle classi qui riepilogate. Una particolare attenzione é stata rivolta alla applicazione di un metodo innovativo, messo a punto lo scorso anno, per la risoluzione la struttura di una proteina non ancora risolta: la protein Kinase CK2.

Nanoarchitetture Organiche

Una serie di attività sono state condotte in questo settore, in particolare:

• utilizzazione di Polimeri per la creazione di nanoarchitetture per l’elettronica molecolare.

• sintesi di nanocompositi, basata su derivati della polianilina e MWNTs, e caratterizzazione delle proprietà chimico-fisiche per applicazioni nel campo dei sensori e dell'elettronica molecolare.

• sintesi di polimeri conduttori e nanocompositi drogati con sali di litio per applicazioni nel campo dei catodi molecolari per batterie.

• sintesi di matrici organiche basate su poli(3,3'-vinilcarbazolo) per applicazioni nel campo delle celle solari.

• sintesi di nanoparticelle d'oro (metodica di Brust e Schiffrin) e applicazione nel campo dei sensori per colesterolo in associazione con il citocromo P450.

• studio delle proprietà fotocatalitiche del TiO₂ contenuto in impianti dentali per la sterilizzazione durante gli interventi chirurgici in odontoiatria.

• sintesi di nanocompositi di nuova generazione basata su derivati della polianilina e SWNTs ad alta purezza, per applicazioni nel campo dei sensori e dell'elettronica molecolare.

Nanoparticelle e Dispositivi

In questo settore la ricerca segue tre filoni paralleli:

1. Utilizzo delle nanoparticelle per dispositivi monoelettronici.

Seguendo una metodica completamente differente rispetto alle ricerche precedenti, si sono incominciati a produrre, in collaborazione con la Università di Genova, nanocontatti di rame, giungendo a misurare conducibilità quantiche nei nanocontatti in formazione. Sono stati caratterizzati sia i nanocontatti puliti sia i nanocontatti dove siano state successivamente depositate con la tecnica LS nanoparticelle di Solfuro di Cadmio. Si è misurata una conducibilità delle giunzioni ottenute con queste nanoparticelle. Tali misure sono attualmente sotto analisi e pare, dalle prime indagini, che si sia riscontrata conducibilità a singolo elettrone su questi dispositivi. Nell'immediato futuro si procederà a creare giunzioni anche utilizzando nanoparticelle di solfuro di rame.

2. Utilizzo delle nanoparticelle per Biosensori.

L'attività concerne all'impiego del citocromo P450 quale principio attivo per la misura del colesterolo. In particolare, quest'anno si è realizzato un brevetto allo scopo di proteggere la tecnologia. Si è proseguito lo studio verso una semplificazione dell'elettrodo sensibili mediante l'introduzione delle nanotecnologie. In quest'ultimo campo, si è definito un nuovo modello impedenziometrico del sistema in modo di poter stimare il così detto "electron-transfer rate" ed è intenzione proseguire la ricerca al fine di caratterizzare da un punto di vista della fisica del trasferimento elettronico il sistema dell'elettrodo con, anche, la finalità di comprendere il migliore sistema di ottimizzazione dello steso mediante l'impiego di nanostrutture (nanoparticelle, nanotubi, etc)

3. Elettronica Molecolare

Vengono condotte diverse ricerche, quali quelle su nanocontatti utilizzando monostrati di polimeri conduttori, in particolare la POAS, e piezoelettrici, quelle su celle fotovoltaiche organiche di nuova concezione e rivoluzionarie batterie polimeriche sia ibride che organiche per l’elettronica di consumo

DNA Chip e Protein Chip

Vengono ottimizzati l’hardware ed il software del prototipo industriale DNASER acquisito dal PNB per studi di nanogenomica. Tali studi si propongono di ottenere la correlazione tra i cambiamenti morfologici, soprattutto a carico del citoscheletro, e il profilo di espressione genica di 3 linee cellulari quali: CHO clone K1(Chinese Hamster Ovary fibroblasts), HeLa , Wi38. Questa correlazione sarà molto utile in studi di biocompatibilità e ingegneria tissutale. A tal fine sono stati testati diversi substrati (collagene, TCP, lisina e polyHEMA) e si e’ proceduto a saggi di adesione e crescita. Al fine di ottenere anche un dettagliato profilo di espressione genica ho definito la strategia più opportuna per ottenere microarray. Il protocollo definito prevede :

• RNA preparation
• DNaseI digestion
• Direct labeling of cDNA via synthesis from total RNA (Cy3, Cy5)
• Hybridization – Washing
• Microarray analisis.

Tipicamente con questa tecnologie viene studiato l’intero genoma umano comprendente oltre 35000 geni, per inciso la Fondazione è molto attiva nella bioinformatica sia di proteine che di geni ivi incluso lo sviluppo di nuovo software e di nuovi algoritmi predittivi che stanno trovando un grande consenso a livello internazionale. Questo settore è di frontiera nella futura medicina sia nella diagnostica che nel trattamento dell’uomo. A questo fine numerose collaborazioni sono in atto con illustri clinici ed istituzioni ospedaliere straniere di primo livello; tali indagini sono in gran parte coperte dalla massima confidenzialità per il loro potenziale impatto sulla salute e l’uomo.

Metalloproteine

Tale attività di ricerca si concentra sulla grande famiglia dei citocromi enzimi critici per il metabolismo ed il catabolismo di tutti i farmaci, oltre che nel processo di produzione catalitica di steroidi (altrettanto critici nella quasi totalità delle patologie umane in contesto clinico ospedaliero).

Particolare attenzione è focalizzata sul citocromo P450scc ma altri filoni di ricerca su altre isoforme di questo interessante citocromo sono in atto.

Attività sul CYP450scc:

Il citocromo ingegnerizzato P450K201E e’ stato oggetto di ulteriori studi di caratterizzazione.

Attività sull'isoforma CYP4501A2:

Studi relativi il possibile impiego di isoforme di citocromo P450 quale elementi sensibili di un biosensore per farmaci o agenti inquinanti.

Facendo seguito al lavoro sul biosensore per atmosfera inquinata da stirene (sostanza altamente tossica che e' prodotta nell’industrie per la produzione di gomma) tramite l’impiego dell’enzima citocromo P4502B4, sono state prese in esame altre isoforme del citocromo P450 quali ad esempio il citocromo P4501A2. In particolare si e’ studiato un prototipo di biosensore per determinare la concentrazione nel sangue di clozapina tramite l’impiego di cromoamperometria. Queste ricerche sono particolarmente utili e promettenti per il controllo e la qualità dell’ambiente e la diagnostica sanitaria.

Numerose collaborazioni scientifiche sono da tempo in atto, o state condotte, negli ultimi anni con i seguenti centri di eccellenza tutti di prima grandezza su scala mondiale:

• Department of Chemistry and Biochemsitry, University of California (Prof. James K. Gimzewski)

• Department of Chemistry & Biochemistry, UCLA, (Prof. James Heath)

• Los Alamos National Laboratory, New Mexico (Prof. Morton Bradbury)

• Stanford University, Palo Alto California (Prof. Oleg Jardestky and Prof. Hardy McConnell);

• Fels Institute for Cancer & Molecular Biology, Temple University, Philadelphia, (Prof. Carlo Croce)

• Department of Cell Biology, Medical School, Massachussettes University, Worcester (Prof. Gary Stein);

• Center for Advanced Biotechnology, Boston University, (Prof. Charles Cantor);

• School of Medicine, Philadelphia, Pennsylvania (Prof. C. Croce)

• Molecular Devices Corporation, Menlo Park, California, (Prof. Hardy McConnell);

• Biotechnology Institute, Centre of Marine Biotechnology, Boston University;

• AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey (Prof. Federico Capasso);

• M.V. Lomonosov Moscow State University:

  • Department of Chemistry, Division of Chemical Enzymology, (Prof. Vorfolomeev);

  • Department of Bioengineering (Prof. M. Kirpichnikov, Ministery of Science and Technology, Russia Federation and now Vice-Rector);

• Russian Academy of Sciences:

  • Institute of Crystallography (Prof. M. Kovalchuck);

  • Institute of General Physics (Prof. A. Prokorov, Nobel prize winner);

  • Centre of "Bioengineering" (Prof. K. Skryabin);

• Bijvoet Center, Utrecht University, The Netherlands (Prof. Kaptein);

• Biozentrum, Switzerland, (Prof. K. Wuthrich, Nobel prize winner);

• Tokyo University, Japan, (Prof. Aisawa);

• Erato Project, J.R.D.C., Tsukuba, Japan, (Prof. K. Nagayama);

• Department of Biochemistry, University of Saarlandes, Saarbrucken (Prof. R. Bernhardt);

• Marburg University, Germany (Prof. N. Hampp);

• Bristol University, UK, (Prof. J. Riley);

• Cambridge University, UK, (Prof. M Welland);

• ESRF, Grenoble, France, (Prof. C. Riekle);

• Harvard Institute of Proteomics (Prof. J. Labaer).
  

Particolare menzione va infine data all’accordo permanente in atto con Max Planck Society (Germania) per la realizzazione di un forum annuale su scala mondiale sulle “Nanotecnologie”, oramai alla sua settima manifestazione dopo le sei già svolte a Portoconte nel Settembre di ogni anno nell’ambito di un accordo col Consorzio 21.