Progettazione e sviluppo di nanosensori per la rilevazione di ATP con risoluzione spaziale

The aim of this thesis project is to develop a nanoparticle-based system capable of detecting ATP with spatial resolution, via an ATP-induced modulation of the nanoparticle surface. In the literature, gold nanoparticles capable of generating a transient fluorescent signal in response to the ATP concentration have been reported, exploiting the supramolecular interactions between positively charged gold nanoparticles and a negatively charged coumarin. Inspired by this system, we propose a novel model of mixed monolayer nanoparticles, covalently decorated with two different thiols: an ATP receptor (positively charged) and a fluorescent thiol tag able to bind to the receptor (negatively charged). This will cause the fluorescence to quench, but in the presence of ATP the fluorescent moiety will be released, restoring the signal. In a 3D matrix, this approach prevents the coumarin from diffusing, thus allowing the detection of an analyte with spatial resolution. The thiol marker will be equipped with a hydrophilic polyethylene glycol (PEG)-based chain, equipped with a negatively charged fluorescent probe, which can be reversibly released in the presence of a sufficient concentration of ATP.

L’obiettivo di questo progetto di tesi è sviluppare un sistema a base di nanoparticelle capace di rilevare ATP con risoluzione spaziale, tramite una modulazione della superficie nanoparticellare indotta dalla presenza di ATP. In letteratura sono state riportate nanoparticelle d’oro in grado di generare un segnale fluorescente transitorio in risposta alla concentrazione di ATP, sfruttando le interazioni supramolecolari tra nanoparticelle d'oro caricate positivamente e una cumarina caricata negativamente. Ispirati da questo sistema, proponiamo un nuovo modello di nanoparticelle a monostrato misto, decorate covalentemente con due tioli differenti: un recettore di ATP (carico positivamente) e un tiolo marcatore fluorescente in grado di legarsi al recettore (carico negativamente). Questo causerà lo spegnimento della fluorescenza, ma in presenza di ATP si verificherà il rilascio della porzione fluorescente, ripristinando il segnale. In una matrice 3D, questo approccio impedisce alla cumarina di diffondersi, consentendo così di rilevare un analita con risoluzione spaziale. Il tiolo marcatore sarà dotato di una catena idrofilica a base di polietilenglicole (PEG), equipaggiato con una sonda fluorescente caricata negativamente, che potrà essere rilasciata in modo reversibile in presenza di una concentrazione sufficiente di ATP.