WG4. Dai Modelli alla Complessità

La complessità alle diverse scale è l’obiettivo centrale di WG4, che vuole definire sistemi modello attendibili e realistici per descrivere e governare il complesso comportamento di sistemi molecolari e supramolecolari, strutture biologiche, tessuti organizzati fino a sistemi di interesse biologico ed ecologico

Le attività si sviluppano lungo due approcci concorrenti e fortemente integrati: (a) modelli teorici e computazionali; (b) studi sperimentali. I modelli teorici pongono le basi per la definizione di esperimenti chiave che, a loro volta, validano i modelli proposti, offrendo, allo stesso tempo, importanti casi di studio.

Gli strumenti teorici e computazionali includono:

• la modellizzazione multiscala di materiali molecolari funzionali per applicazioni in alettronica e fotonica molecolare e di materiali nanostrutturati per l’imaging biologico e per il drug delivery
• sistemi quantistici aperti per la modellizzazione del rilassamento molecolare
• approcci computazionali basati su approcci Big Data alla tossicologia e farmacologia per la scoperta e la riprogrammazione di farmaci e l’identificazione di effetti avversi di sostanze xenobiotiche
• modelli continui per il comportamento del tessuto cardiaco
• modelli network qualitativi e quantitativi di sistemi ecologici complessi

L’attività computazionale è supportata dal servizio HPC di UNIPR, che è stato parzialmente finanziato da Painelli e Percudani.

L’attività sperimentale comprende:

1. Spettrosocpia ottica (assorbimento, fluorescenza, Raman, assorbimento a due fotoni) di materiali molecolari funzionali e nanostrutturati.
2. Analisi strutturale con tecniche di diffrazione di raggi X relative a architetture supramolecolari e composti di coordinazione allo scopo di studiare processi di riconoscimento molecolare ed elucidare le correlazioni struttura-proprietà.
3. Microscopia multifotone di materiali di interesse per applicazioni avanzate, di tessuti animali ex vivo per studi di drug delivery e di campioni ex vivo per diagnostica.
4. Studi in vivo di cellule singole isolate da cuori murrini, sottoposte a protocolli du current- and voltage-clamp protocols per studiarne l’attività elettrica, misurando anche il calcio intracellulare e l’accorciamento cellulare.

Le attività sono svolte anche in collaborazione con ricercatori di altri dipartimenti UNIPR e in particolare DIMEC ed ALIFARMA.

I ricercatori sono coinvolti in progetti di ricerca nazionali ed internazionali, fra cui:

BarEcoRe – Barents Sea Ecosystem Resilience under Global Environmental Change - Il progetto BarEcoRe studia la resilienza dell’ecosistema del Mare di  Barents per effetto del cambiamento climatico globale. Lo studio della resilienza degli ecosistemi marini è fondamentale nel presente contesto di cambiamento climatico e di intenso sfruttamento della pesca, ma gli strumenti teorici e pratici per definire, quantificare e monitorare la resilienza sono ancora in fase di sviluppo. I modelli di network sono i principali strumenti di indagine in questo contesto. In collaborazione con UIT, The Arctic University of Norway https://en.uit.no/startsida

LTER - Long Term Ecological Research exploits complex networks to investigate the health of small mountains freshwater ecosystems facing climate changes (Siti di indagine: i Laghi dell’Appennino settentrionale) http://www.lteritalia.it/?q=siti/lago-santo-parmense

TADFlife - Using the smart matrix approach to enhance TADF-OLED efficiency and lifetime  - Marie Skłodowska-Curie Action Innovative Training Network (ITN) finanziato da  EU Framework Programme for Research and Innovation Horizon 2020. Il progetto è rivolto alla definizione della nuova generazione di LED organici (OLED's), che sfruttano il fenomeno della fluorescenza ritardata attivata termicamente per aumentare l’efficienza del dispositivo https://itn-tadflife.de/

Micro4nano - Multifunctional nanocarriers for nonlinear microscopy: new tools for biology and medicine  -  Marie Skłodowska-Curie Action Research and Innovation Staff Exchange finanziato da EU framework Programme for Research and Innovation Horizon 2020.  Il progetto è dedicato allo sviluppo di nanocarriers per la microscopia non-lineare per fornire nuovi strumenti di lavoro alla biologia e alla medicina.  https://www.micro4nano.unipr.it/

“Novel molecular probes for 4D sensing of electromechanical activity in cardiac tissue”, Fondi UNIPR per la ricerca 2020. Il progetto è rivolto al design e preparazione di molecole innovative come sonde ottiche per il potenziale di membrana e la tensione di membrana in celle cardiache con alta risoluzione spaziale e temporale.

Collaborazioni industriali

MECTRON spa: sviluppo di innovativi strumenti diagnostici non-invasivi https://mectron.it/

Camelot Biomedical Systems: strumenti di calcolo avanzato per il trattamento delle immagini e l’HPC https://www.camelotbio.com/ 

WG Leader: Painelli Anna anna.painelli@unipr.it

Bodini Antonio antonio.bodini@unipr.it

Buschini Annamaria annamaria.buschini@unipr.it

Di Maiolo Francesco francesco.dimaiolo@unipr.it

Lapini Andrea andrea.lapini@unipr.it

Masino Matteo matteo.masino@unipr.it

Massera Chiara chiara.massera@unipr.it

Percudani Riccardo riccardo.percudani@unipr.it

Secchi Andrea andrea.secchi@unipr.it

Sissa Cristina cristina.sissa@unipr.it

Terenziani Francesca francesca.terenziani@unipr.it

Zaniboni Massimiliano massimiliano.zaniboni@unipr.it