BioSAXS

Il BioSAXS è una tecnica utilizzata per studi strutturali delle proteine nel loro stato nativo. Essa consente di identificare gli stati strutturali e le variazioni delle macromolecole biologiche e di correlare tali cambiamenti alle loro funzioni. Infatti, molte patologie sono associate al misfolding delle macromolecole biologiche. Le variazioni strutturali possono avvenire in funzione del tempo, del pH, della forza ionica e di diverse condizioni di soluzione.

Il BioSAXS è estremamente utile anche per lo studio di nuovi prodotti farmaceutici. In questo ambito, rivestono grande interesse i sistemi di somministrazione basati su nanocarrier, in grado di caricare e trasportare principi attivi. Questi nanocarrier (micelle, vescicole, nanoemulsioni, liposomi, cubosomi, nanoparticelle di gel polimerico, membrane nanostrutturate), con dimensioni tipicamente comprese tra 10 e 500 nm, permettono di veicolare in modo mirato la quantità necessaria di farmaco verso specifiche sedi. È fondamentale comprendere quanto e in quale parte del nanocarrier il farmaco sia caricato, poiché da ciò dipendono efficacia e destino del principio attivo.

Spesso i dati BioSAXS vengono acquisiti presso linee di luce dedicate di sorgenti di sincrotrone, con accesso subordinato alla presentazione di proposte competitive e a una programmazione rigorosa (tipicamente due volte l’anno). Inoltre, l’utilizzo del sincrotrone richiede particolare attenzione sia alla qualità dei campioni, che deve essere adeguata per evitare il fallimento dell’esperimento, sia alla gestione di campioni potenzialmente tossici o sensibili all’esposizione all’aria.

La disponibilità di una strumentazione BioSAXS da laboratorio consente di effettuare studi preliminari e selezionare i campioni migliori da analizzare eventualmente al sincrotrone. Inoltre, se dotata di cromatografia ad esclusione dimensionale (SEC-BioSAXS) e scattering a bassissimo angolo (USAXS), permette lo studio di macromolecole selezionate per dimensione fino a circa 1 µm. Infine, una camera di reazione consente la gestione dei campioni in atmosfera inerte o controllata, evitando l’esposizione all’ossigeno durante la manipolazione.

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Specifiche strumentali:

• Sistema XEUSS 3.0, modello HR, dotato di sorgente duale motorizzata: sorgente a getto liquido Ga Excillum e micro-sorgente Cu.
• Rivelatore Eiger 2R (1M), mobile in vuoto da 42,5 mm a 1800 mm (distanza campione–rivelatore).
• Monocromatore e analizzatore Bonse-Hart con cristalli Si(111) a 4 riflessioni per uSAXS.
• Sistema Biocube: cromatografia ad esclusione dimensionale accoppiata a SAXS (SEC-SAXS) tramite sistema di purificazione proteica AKTA go™.
• Modulo SWAXS motorizzato a 4 assi con rivelatore EIGER2 R 500K: copertura di 1/8 della sfera di Ewald in scattering diretto, con intervallo angolare 2θ da 7° a 90°. Include rotazione nel piano per scattering in-plane o ad alti angoli azimutali, traslazione verticale e controllo dell’inclinazione del rivelatore.
• Cella a flusso a basso rumore: compatibile con il vuoto, per misure su liquidi; consente iniezioni manuali con volumi da pochi µL a volumi più grandi senza volumi morti.
• Sistema Couette Xenocs per shearSAXS: stadio cilindrico coassiale operante in aria con controllo della temperatura, gap fisso di 1 mm; modalità rotazionale e oscillatoria.
• Cella capillare rotante: per omogeneizzazione del campione e riduzione della sedimentazione, completa di accessori per riempimento e allineamento.
• Modulo GISAXS avanzato per film sottili con rotazioni Omega, Ry e Psi.
• Portacampioni multiplo per polveri e gel (adatto anche a liquidi).
• Sistema Peltier per riscaldamento e raffreddamento, compatibile con GISAXS e celle a flusso; intervallo ridotto a 4–50 °C per campioni liquidi.