Da molti anni sviluppiamo software per la ricerca medico-biologica e vantiamo numerosi progetti conclusi con successo, ad esempio nei campi della biologia cellulare, dello sviluppo di apparecchiature da laboratorio, della biologia molecolare, della ricerca medica e della bioinformatica.
Esempi di progetti
Uno dei nostri progetti più recenti in questo ambito è il progetto di ricerca triennale avviato il 01.02.2021 e finanziato dal Ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca. Il consorzio di ricerca è composto da cinque partner: una società di ricerca applicata, imprese commerciali e un istituto di ricerca.
L'obiettivo generale del progetto è lo studio di una piattaforma innovativa per saggi multiplex digitali. Il nuovo dispositivo dovrà consentire di analizzare un gran numero di segmenti di DNA (sequenze di DNA) di un campione in modo particolarmente rapido, economico e con una complessità (grado di multiplexing) senza precedenti. Per determinare quali segmenti di DNA sono presenti nel campione e in quale quantità, si utilizzano molecole fluorescenti, i fluorofori, che permettono di distinguere il DNA. Come metodo di base, il dispositivo da laboratorio utilizzerà la PCR digitale (dPCR).
Reazione a catena della polimerasi (PCR)
La reazione a catena della polimerasi è un metodo standard della biologia molecolare per l'amplificazione del DNA. In numerosi cicli successivi, in un termociclatore, il segmento di DNA desiderato viene amplificato con l'aiuto dell'enzima DNA polimerasi. La reazione è detta a catena perché il DNA già amplificato funge sempre da prodotto di partenza per i nuovi cicli di amplificazione esponenziale (vedi figura).
Dall'invenzione della PCR da parte del biochimico Kary Mullis nel 1983, la PCR è impiegata come uno dei più importanti metodi standard nella ricerca di base in biologia molecolare e nel lavoro quotidiano di laboratorio. Ne sono esempi la clonazione, l'individuazione di malattie ereditarie o il rilevamento di infezioni virali. Non a caso Mullis ricevette nel 1993 il premio Nobel per la chimica per lo sviluppo della PCR.
PCR quantitativa in tempo reale (qRT-PCR): metodo di analisi per il rilevamento della Covid-19
Proprio dall'inizio della pandemia mondiale di coronavirus nel 2020, la reazione a catena della polimerasi è un concetto noto anche all'opinione pubblica di tutto il mondo. Dall'inizio della pandemia, la qRT-PCR (PCR quantitativa in tempo reale), una forma speciale di PCR, viene utilizzata per il test del SARS-CoV-2. Allo stato attuale si tratta del metodo noto più preciso ed economico per analizzare i pazienti in relazione a un'infezione da CoV-2.
Un campione di DNA estratto viene inserito, insieme ad altre soluzioni di reazione, in una provetta di reazione e collocato in uno strumento qRT-PCR. Nella PCR in tempo reale, lo strumento misura una fluorescenza ogni volta che, durante la reazione a catena della polimerasi, sonde di DNA marcate con fluorescenza rilevano la presenza di una determinata sequenza di DNA ricercata.
Poiché durante una qPCR il DNA bersaglio, ad esempio una sequenza di DNA del SARS-CoV-2, viene continuamente amplificato in una provetta di reazione, nel corso del processo aumenta nel tempo anche l'intensità della fluorescenza emessa, con il crescere della quantità di DNA.
Confrontando l'intensità di fluorescenza dei campioni di riferimento con quella del campione esaminato, al termine delle misurazioni è possibile determinare per via di calcolo la presenza e la quantità di una sequenza di DNA ricercata nel campione.
Poiché con questo metodo la quantità di DNA non viene misurata direttamente, ma solo determinata tramite campioni di riferimento, non si tratta di una determinazione assoluta della quantità (quantificazione), bensì relativa.
Reazione a catena della polimerasi digitale (dPCR)
Come la qRT-PCR, anche la reazione a catena della polimerasi digitale (dPCR) serve a quantificare un campione di DNA ricercato. Prima dell'analisi, la miscela di reazione viene suddivisa in migliaia di goccioline o compartimenti, che dopo l'analisi vengono letti singolarmente. Ciò consente un'analisi molto precisa e una quantificazione assoluta delle sequenze di DNA. Anche nella dPCR la DNA polimerasi amplifica il DNA esaminato, in questo caso però separatamente in ogni gocciolina o compartimento della miscela di reazione. La presenza e la quantità della sequenza di DNA ricercata vengono rilevate tramite la presenza di fluorescenza.
Poiché per l'amplificazione del DNA si assume una distribuzione di Poisson, ovvero che l'amplificazione del DNA proceda in modo uniforme nel tempo, contando le goccioline fluorescenti e non fluorescenti e il numero totale di goccioline è possibile determinare la quantità di DNA dell'intero campione di partenza.
A differenza della qRT-PCR, la dPCR è molto meno sensibile ai fattori che inibiscono la reazione PCR (inibitori della PCR), non dipende da campioni di riferimento per la quantificazione e può vantare un limite di rilevabilità nettamente superiore. Il limite di rilevabilità di un metodo di misura indica fino a quale valore estremo una grandezza può ancora essere rilevata. Anche se la dPCR può fornire determinazioni molto più precise delle quantità di DNA, il grande svantaggio finora è che gli strumenti dPCR sono notevolmente più costosi degli strumenti qRT-PCR, motivo per cui per le misurazioni si utilizzano per lo più questi ultimi. È proprio qui che interviene il nostro progetto di ricerca FREEDOM (vedi sopra).
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