Riassunto analitico
Negli
ultimi
decenni,
l’impatto
delle
nanotecnologie
sulla
società
è
cresciuto
grazie
all’aumento
del
numero
di
applicazioni
in
medicina,
tossicologia,
ingegneria
e
biologia.
Tute
queste
nuove
tecnologie
si
basano
su
materiali
nanometrici
che
offrono
molti
vantaggi
rispetto
a
quelli
microscopici.
Per
esempio,
in
medicina,
le
nanoparticelle
sono
capaci
di
raggiungere
parti
inaccessibili
del
corpo,
tipo
il
cervello,
facendole
diventare
ottime
candidate
nel
drug
delivery
e
nella
diagnostica.
Quello
che
accade
su
scala
nanometrica,
però,
non
è
semplice
da
capire
e
controllare
a
causa
del
numero
di
variabili
coinvolte.
Le
interazioni
dei
nano
materiali
meno
comprese
sono
quelle
con
oggetti
biologici,
come
le
proteine
o
il
DNA.
È
risaputo
che
quando
un
nano
materiale
entra
in
contatto
con
un
mezzo
biologico,
questo
viene
immediatamente
ricoperto
da
proteine
che
formano
uno
strato
sulla
sua
superficie,
chiamato
“corona”.
Comprendere
la
composizione,
forma
e
dimensioni
della
corona
è
fondamentale
per
tutte
le
nuove
nanotecnologie
perché
le
cellule
interagiscono
con
il
ricoprimento
del
nanomateriale
e
non
con
il
materiale
stesso.
In
questa
tesi,
abbiamo
studiato
come
le
proteine
più
comuni
del
sangue
interagiscono
con
oggetti
nanoscopici,
come
nanoparticelle
di
oro
e
superfici
di
argento,
tramite
l’utilizzo
di
simulazioni
al
computer
per
fornire
una
visione
dettagliata
dei
meccanismi
di
interazione.
Le
simulazioni
al
computer
sono
strumenti
molto
utili
per
capire
le
interazioni
a
livello
molecolare
con
una
grande
accuratezza.
Nella
prima
parte
della
tesi,
abbiamo
usato
le
simulazioni
di
dinamica
molecolare
per
studiare
la
formazione
di
strati
di
proteine
attorno
a
nanoparticelle
di
oro
usando
tre
diverse
proteine:
ubiquitina,
insulina
e
fibrinogeno.
Abbiamo
trovato
che
le
proteine
formano
una
corona
ben
definita
con
specifiche
caratteristiche
e
hanno
mostrato
un
comportamento
competitivo
durante
l’assorbimento
a
causa
di
differenti
affinità
di
assorbimento.
Poi
abbiamo
studiato
come
una
piccola
proteina
globulare
coinvolta
nel
processo
di
trasferimento
elettronico,
il
citocromo
C,
interagisce
con
superfici
di
argento
utilizzate
per
aumentare
l’efficacia
dellla
spettroscopia
Raman
(SERS)
ottenendo
diverse
modalità
di
assorbimento
a
seconda
della
simmetria
della
superficie.
Nell’ultima
parte
della
tesi,
sono
riassunti
i
lavori
attuali
e
futuri
che
riguardano
l’interazione
delle
fibre
dell’Alzheimer
sia
con
nanoparticelle
di
oro
ricoperte
da
un
monolayer
sia
con
nuovi
farmaci
basati
sulla
molecola
della
curcumina.
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Abstract
In the last decades, the impact of nanotechnologies on society has growth due to the increment in the number of new applications in medicine, toxicology, engineering and biology. All these new technologies rely on nano-sized materials that offer several advantages with respect to micro-sized materials. For example in medicine, nanoparticles are able to reach inaccessible body parts, such as the brain, making them good candidates in drug delivery and in early diagnostic. However, what happens at the nano-scale is not simple to understand and to control due to the number of variables involved. The most misunderstood interactions of nano-materials are those with biological objects, such as proteins or DNA. It is well know that when a nano-material comes in contact with a biological medium, it is immediately covered by proteins that form a layer, called “corona”, over its surface. The understanding of the corona composition, shape, size is of fundamental interest for all new nanotechnologies because cells interact with the nano-material coverage instead of the material itself.
In this thesis, we studied how common human blood proteins interact with nano-objects, such as gold nanoparticles and silver surfaces, by means of computer simulations in order to furnish a new in depth view of the interaction mechanism.
Computer simulations are useful tools to understanding interaction at the molecular level with a good accuracy.
In the first part of the thesis, we used molecular dynamics simulations to study the formation of protein layer around gold nanoparticles by three different proteins: ubiquitin, insulin and fibrinogen. We found that proteins form a very well characterized corona with specific features and interestingly they show a competitive behaviour during the adsorption due to different binding affinity. Then, we studied how a small globular protein involved in the electron transfer process, the cytochrome C, interacts with silver surfaces used to improve the Raman spectroscopy efficacy (SERS) finding several binding modalities depending on the surface simmetry. In the last part of the thesis are summarized on-going and future works regarding interactions of Alzheimer’s fibrils with both monolayer-protected gold nanoparticle and new drugs based on the curcumin molecule.
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