Sapienza NMLab

Laboratorio di Metabolomica basato su spettroscopia RMN (Risonanza Magnetica Nucleare) dell'Università Sapienza

Il Laboratorio di Metabolomica basato su spettroscopia RMN (Risonanza Magnetica Nucleare) dell'Università Sapienza (NMLab) è un sistema integrato di apparecchiature e conoscenze dedicato principalmente all'analisi metabolomica. Il suo centro nevralgico è lo spettrometro RMN ad alta risoluzione JNM-ECZ 600R, dotato di un magnete da 14.09 Tesla, autocampionatore e cryoprobe acquisito grazie al finanziamento Grandi Apparecchiature 2016 (CIG: 7644174BEE – CUP: B86J16002900005) dell'Università Sapienza.

Le attività principali del Laboratorio sono:

• caratterizzare i profili (fenotipi) metabolici di organismi viventi vegetali ed animali
• caratterizzare i profili metabolici di cellule microbiche, vegetali, animali ed umane in relazione a mutazioni genetiche o perturbazioni biotiche o abiotiche;
• identificare nuovi biomarcatori che consentano di migliorare la diagnosi e la prognosi clinica;
• identificare nuovi bersagli metabolici nelle diverse patologie umane;
• valutare l’effetto di interventi farmacologici, dietetici o comportamentali sullo stato di salute umano ed animale;
• valutare possibili effetti collaterali di trattamenti farmacologici;
• valutare le interazioni tra dieta, microbiota intestinale e metabolismo umano ed animale in stati fisiologici e patologici;
• personalizzare gli interventi farmacologici e/o nutrizionali basati sul fenotipo metabolico dell’individuo (Medicina e Nutrizione di Precisione);
• effettuare la caratterizzazione integrata degli alimenti vegetali in relazione a origine, condizioni pedo-climatiche e agronomiche;
• identificare composti bioattivi negli alimenti;
• progettare alimenti funzionali e di valutare il loro impatto sulla salute.
• valutare le fasi di trasformazione di prodotti alimentari per l’ottimizzazione dei processi
• valutare le fasi di processi coinvolti nella economia circolare agricola

Il laboratorio mette a disposizione le strutture e le competenze necessarie per la preparazione di campioni per l'analisi metabolomica, l'acquisizione degli spettri, la loro elaborazione e l'analisi dei dati.

Le caratteristiche dello spettrometro JNM-ECZ 600R non limitano la sua applicazione al solo campo dell'analisi metabolomica, ma anzi permettono il suo impiego in numerose altre tematiche di ricerca quali ad esempio la determinazione della struttura di molecole, della composizione di miscele e tutte le applicazioni per le quali si renda necessario l'ottenimento di spettri RMN ad alta risoluzione mono e bidimensionali.

Cryoprobe

Il cryoprobe è la risposta al principale fattore limitante della spettroscopia NMR, cioè la relativa scarsa sensibilità, soprattutto su alcuni eteronuclei importanti come 13C, scarsamente presente come abbondanza naturale.

Il principio su cui si basa il cryoprobe è quello di ridurre il rumore termico del sistema di ricezione (probe e preanmplificatore) mantenendolo a bassa temperatura. Il cryoprobe di cui è dotato lo spettrometro NMR del NMLab è raffreddato ad azoto liquido, alla temperatura di circa -200°C.

Caratteristiche:

• Probe con raffreddamento ad azoto liquido.
• Refill dell’azoto liquido senza necessità di interrompere l’analisi.
• Nuclei osservabili: 1H, 13C, 31P, 29Si o 15N.
• Sensibilità: ≥1500 per 1H (con campione 0.1% Etilbenzene, 1 scan), ≥870 per 13C (con campione ASTM, 1 scan).
• Intervallo di temperatura: da -40 a +150°C.
• Autotuning compatibile

Autocampionatore

Lo spettrometro NMR è dotato di autocampionatore a 30 posizioni refrigerato, con intervallo di temperatura da -20°C a temperatura ambiente. Questo accessorio è di fondamentale importanza per l'analisi metabolomica in cui i campioni, di origine biologica, sono facilmente soggetti a degradazione se lasciati a temperatura ambiente.

Con l'autocampionatore refrigerato è invece possibile accodare un consistente numero di campioni, che vengono analizzati in automatico senza soluzione di continuità ed esposti alla temperatura prevista per l'ottenimento dello spettro soltanto per il tempo necessario. In questo modo è possibile ottenere in tempi relativamente brevi la quantità di spettri necessari ad un'analisi high-throughput come la metabolomica. Al termine dell'esperimento il campione viene nuovamente alloggiato nell'autocampionatore, consentendo il suo eventuale recupero.

Organizzazione

Il Laboratorio è regolamentato da un accordo di collaborazione (vedi "Approfondimenti" nel box a lato) cui hanno aderito sei Dipartimenti (Biologia ambientale, Biologia e biotecnologie “Charles Darwin”, Chimica, Chimica e tecnologie del Farmaco e Medicina sperimentale). L’accordo prevede il versamento di una quota associativa annuale per ciascun Dipartimento, al fine di coprire le spese ordinarie annuali del Laboratorio. A questo scopo è stato aperto un fondo (progetto) di gestione presso il Dipartimento di Chimica, dove è collocato lo strumento. Questa soluzione semplifica la procedura per le spese di fornitura di azoto liquido e gassoso e per il servizio di ricarica di elio. In questo fondo confluiscono anche le quote degli altri Dipartimenti di Sapienza, come definito dal tariffario. I budget provenienti da servizi esterni saranno versati in appositi fondi del Dipartimento di Chimica o degli altri Dipartimenti a seconda dell'accordo specifico.

L'accordo di collaborazione tra i sei Dipartimenti definisce il tempo macchina-disponibile (il 60% del tempo è dedicato alle ricerche e collaborazioni dei sei Dipartimenti e il restante 40% è dedicato alle ricerche richieste da altri Dipartimenti Sapienza o da istituzioni esterne pubbliche o private); inoltre definisce l’eventuale aggiornamento del tariffario e regolamenta l'accesso del personale autorizzato a utilizzare la strumentazione.