Physics of the living cell
Prerequisiti
Formazione in biologia, chimica, fisica, o matematica (consigliato per studenti III, IV, V anno corso ordinario, o studenti perfezionamento)
Programma
Physics of the living cell
(basic principles, open questions, advanced methods)
Introduzione:
- Da Schrodinger ad oggi: Introduzione alla biofisica, scienza applicata.
Microscopia a fluorescenza per esplorare il mondo biologico
- Fluorescenza: principi base e proprietà
- Metodi basati sulla fluorescenza:
o Fluorofori cellulari intrinseci e Microscopia “Label-free”: applicazioni
o Fluorescenza geneticamente codificata: la proteina fluorescente verde e i suoi mutanti
o Nuove frontiere: fluorofori organici per l'imaging di cellule vive
- Metodi basati sulla fluorescenza per sondare le interazioni molecolari:
o Trasferimento di energia per risonanza di Forster
o Anisotropia di fluorescenza
o Tempo di vita delle fluorescenza e sua sensibilità alla nanoscale (metodi di misura e di analisi)
- Metodi basati sulla fluorescenza per sondare la dinamica molecolare:
o Metodi basati sulle perturbazioni: ad es. Recupero della fluorescenza dopo Photobleaching
o Metodi basati sulla fluttuazione: dalla spettroscopia di correlazione di fluorescenza a punto singolo a quella spaziotemporale (scanning, raster, pair)
o Metodi basati sulla localizzazione: tracciamento di singole molecole
o Tracciamento orbitale e imaging basati sul feedback
- Metodi basati sulla fluorescenza per ottenere super risoluzione:
o Microscopia per “espansione chimica”
o Metodi di localizzazione
o Metodi di localizzazione con utilizzo di fluorofori foto-attivabili (microscopia PALM e STORM)
o Microscopia STED
Casi di studio biologici:
Caso di studio 1. Eterogeneità di membrana: esiste? Che ruolo funzionale?
Caso di studio 2. Organizzazione del citoplasma procariorico ed eucariotico: “crowding” molecolare ed organelli senza membrana
Caso di studio 3. L’enigma del poro nucleare: quale struttura? Quale funzione?
Caso di studio 4. Misure dinamiche in sistemi dinamici: come studiare gli organelle sub-cellulari?
Caso di studio 5. Crowding molecolare e sua regolazione con i ritmi circadiani: cosa ci insegna il neurone?
Obiettivi formativi
Introduzione ai principi di base della biofisica cellulare e ai metodi di indagine basati su microscopia ottica alla nanoscala. Presentazione di casi di studio riguardanti domande ancora aperte nel campo della biofisica cellulare alla nanoscala, e discussione di possibili strategie per affrontarli
Riferimenti bibliografici
Phillips et al. Physical Biology of the Cell