Il ruolo fondamentale dell’acqua nei tessuti

L’acqua svolge un ruolo vitale in numerosi processi biologici, prevalentemente a causa della sua polarità (separazione relativa di carica che crea un momento dipolare locale) e della sua capacità di creare legami a idrogeno. La prima caratteristica la rende un solvente eccezionale per elettroliti (sostanze ionizzabili come sali, acidi e basi) necessari alla funzione cellulare, mentre la seconda fornisce una forza flessibile e direzionale che può guidare l’autoassemblaggio di strutture complesse.

Considerata l’onnipresenza dell’acqua nei processi biologici, il progetto HYDRA, finanziato dall’UE, ha studiato le proprietà di equilibrio e le rapide dinamiche dei legami a idrogeno su interfacce acqua-biomolecole. Il ruolo dell’acqua nell’autoassemblaggio di proteine e lipidi è stato studiato attraverso una combinazione di esperimenti di diffusione dei neutroni e simulazione al computer. Il team ha studiato anche gli effetti dei liquidi ionici a temperatura ambiente (RTIL), sali in stato liquido a temperature ambientali.

HYDRA ha attirato ampio supporto e grande attenzione da parte della comunità scientifica, ottenendo l’assegnazione di un’enorme quantità di beam time presso numerose infrastrutture e di potenti risorse computazionali in Europa e negli Stati Uniti. L’attività di ricerca ha permesso di studiare gli stessi sistemi e problemi sia dal punto di vista sperimentale che computazionale, e ha prodotto nuove e importanti informazioni.

Le membrane cellulari biologiche sono bistrati fosfolipidici autoassemblati. Gli studi sui bistrati fosfolipidici sugli RTIL hanno fornito moltissime informazioni sull’acqua e sui lipidi idratati tramite RTIL: si tratta delle informazioni più dettagliate disponibili su questi sistemi, che aiuteranno l’attività futura per le applicazioni degli RTIL in elettrochimica, farmacologia e nelle nanotecnologie.

Gli esperimenti si sono occupati anche della cinetica della formazione delle fibrille (fibrillazione) dei peptidi e delle proteine in acqua e in soluzioni acquose di RTIL con possibili applicazioni farmaceutiche. L’aggregazione di proteine per la formazione di fibre amiloidi è un processo criticamente legato allo sviluppo di condizioni neurodegenerative come l’Alzheimer e il Parkinson. Gli studi sulle interazioni tra DNA e RTIL potrebbero formare la base per la preservazione a lungo termine di campioni di acidi nucleici a temperatura ambiente.

HYDRA ha apportato un fondamentale contributo scientifico che ha implicazioni ad ampio raggio per il sistema sanitario dell’UE, l’economia dell’UE e infine per i cittadini dell’UE attraverso prodotti farmaceutici, diagnostiche e terapie basati sugli RTIL.