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BC16. Tecniche di risonanza magnetica e imaging: applicazioni su alimenti e patologie tumorali e metaboliche

Malattie: dalla biologia alla clinica   

Introduzione:

Il percorso prevede l’applicazione di tecniche di risonanza magnetica nucleare ed elettronica, di biologia cellulare e microscopia in modelli sperimentali di tumori umani e su alimenti di largo consumo. L’obiettivo del percorso è quello di apprendere i principi delle varie tecniche e le loro potenzialità per l’analisi della composizione degli alimenti e per lo studio di malattie metaboliche e tumorali.
La tecnica della risonanza paramagnetica elettronica (EPR) è in grado di rivelare specie chimiche con elettroni disaccoppiati come i radicali liberi, naturalmente presenti in sostanze e cellule o indotti da agenti diversi (radiazioni ionizzanti, inquinamento, … ). Una eccessiva produzione di radicali liberi può danneggiare le cellule causando invecchiamento, degenerazione e anche patologie tumorali. La produzione di radicali liberi può essere contrastata dall’azione di sostanze chiamate antiossidanti. La tecnica EPR verrà utilizzata per la verifica della capacità antiossidante di alcuni alimenti quali frutta e vegetali che contengono sostanze in grado di combattere i radicali liberi ed esercitare così un effetto preventivo in patologie cardiovascolari, neurodegenerative, diabete e cancro. L’altra applicazione della tecnica EPR che verrà presentata riguarda l’irraggiamento degli alimenti. Il trattamento con alte dosi di radiazioni ionizzanti (raggi X o gamma, elettroni di alta energia) viene eseguito, a scopo conservativo, su un’ampia gamma di alimenti in molti paesi del mondo. Le radiazioni ionizzanti, infatti, danneggiano il DNA dei microorganismi provocando la riduzione della carica microbica presente sull’alimento; inoltre inattivano gli enzimi degradativi ritardando il deterioramento e prolungando la durata di conservazione. La tecnica EPR, attraverso l’identificazione dei radicali radioindotti nella matrice alimentare, permette di identificare gli alimenti irradiati durante i controlli in fase di commercializzazione.
Per quanto riguarda l’imaging, gli studenti impareranno i principi di base della microscopia ottica, in particolare della microscopia confocale a scansione laser, e il loro utilizzo per visualizzare i processi che si verificano all’interno delle cellule. Mediante tecniche di immunofluorescenza su linee cellulari normali e tumorali, di istochimica e immunoistochimica su sezioni di tessuti, verranno individuati ed analizzati possibili indicatori biologici della presenza di tumori (biomarcatori tumorali).
Gli studenti si avvicineranno anche alle tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR): sia alle tecniche analitiche di NMR in alta risoluzione sia all’imaging RM in vivo. In particolare, saranno condotti esperimenti su campioni di cellule o tessuti tumorali per comprendere i principali meccanismi biochimici che avvengono nel processo di progressione tumorale. Verranno proposti anche esperimenti di imaging e spettroscopia RM in vivo su tessuti di diversa natura (un pomodoro e un pezzo di salsiccia) per comprendere le potenzialità delle tecniche RM nella ricerca di biomarcatori di risposta a terapie innovative nel campo dell’oncologia e delle neuroscienze. Infine, si analizzeranno spettri ed immagini (precedentemente acquisiti in vivo su modelli animali) di cervelli affetti da patologie neurodegenerative per apprendere le principali tecniche quantitative di analisi.

In pratica:

Durante il percorso, gli studenti verranno introdotti all’uso delle varie tecniche e avranno modo di frequentare laboratori diversi. Prima di iniziare il lavoro sperimentale verranno loro descritti i principi base delle tecniche che di volta in volta useranno e la strumentazione a disposizione. Seguirà poi la fase operativa durante la quale verranno coinvolti nell’esecuzione di esperimenti, seguendo tutte le fasi: preparazione dei campioni, misura, analisi dei dati con semplici procedure di statistica. Parallelamente lavoreranno, con il supporto dei tutor, per la preparazione della presentazione finale e dell’elaborato (report) sull’attività svolta.

Competenze acquisite:

Capacità di conoscere e utilizzare il linguaggio scientifico; interpretare correttamente l’informazione acquisita per comunicarla in modo chiaro ed efficace; collaborare alla progettazione sperimentale e all’ analisi dei dati applicando il metodo scientifico galileiano e l’approccio statistico (se utilizzato); agire in modo autonomo e responsabile; risolvere problemi; individuare collegamenti e relazioni; utilizzare gli strumenti informatici (se presenti).

Tutor referente:

Emanuela Bortolin

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