Descrizione del progetto
Il forte accoppiamento luce-materia aiuta a combattere le malattie da errato ripiegamento proteico
Le macromolecole come le proteine e il DNA, essenziali per le funzioni vitali, derivano le loro funzioni dalla loro struttura 3D. Patologie come la malattia di Alzheimer e il Parkinson sono causate da un errato ripiegamento proteico, che rende la modifica non invasiva della struttura una sfida enorme in microbiologia. Lo studio del forte accoppiamento (SC, strong coupling) tra luce e materia potrebbe fornire delle risposte. Recenti scoperte hanno dimostrato che le macromolecole presentano vibrazioni delocalizzate nella loro struttura 3D nella gamma dei terahertz (THz). Le loro funzioni potrebbero essere alterate applicando il forte accoppiamento a queste vibrazioni. Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto TUSCany sfrutterà i dispositivi THz di microfotonica e nanofotonica per comprendere il forte accoppiamento vibrazionale nella gamma dei THz delle macromolecole. I risultati del progetto potrebbero avere implicazioni per nuovi trattamenti delle malattie causate dall’aggregazione delle proteine.
Obiettivo
MacroMolecules (e.g Proteins, DNA) carry out most of the functions of the living and these functions come from their 3D-structure. For instance, foldopathy like Alzheimers and Parkinsons disease are caused by misfolding of proteins. Modifying this structure non-invasively is consequently a tremendous challenge for both microbiology research and applications.
Besides, light-Matter strong coupling (SC) occurs when a material is located at a high density of state of a photonic mode resonant with one of its transitions. Extensively studied in optics and quantum physics, SC recently gave exciting results in chemistry with the demonstration of its ability to change the product ratio of several chemical reactions.
Experimental and theoretical results unveil that macromolecules have delocalized vibrations over their whole 3D-structure in the Terahertz (THz) range. Therefore, one can ask if the functions of macromolecules can be modified by implementing strong coupling on the vibration of macromolecules in the THz.
In Tuscany, I will develop /nano THz photonics devices and experiments to establish reliable methods for macromolecules THz spectroscopy from cryogenic to body temperatures on samples from the single macromolecules to the cell culture. Then, I will demonstrate vibrational SC in the THz on these samples. Finally, I will demonstrate that the function of macromolecules, including catalysis and macromolecules assembly can be modified by selectively coupling individual vibrational modes from the single macromolecules up to in vivo experiments with prion propagation and viral capsid assembly.
My overall aim is to understand in detail the vibrational strong coupling in the THz range for macromolecules and make it a useful tool for biochemists and biophysicists. In the longer term, I hope this knowledge will seed the design of new approaches in biology leading to medical treatments impeding the proteins aggregation and ultimately the evolution of the foldopathies.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- scienze naturaliscienze biologichegeneticaDNA
- scienze naturaliscienze biologichebiochimicabiomolecoleproteine
- scienze naturaliscienze chimichecatalisi
- scienze naturaliscienze biologichemicrobiologia
- scienze naturaliscienze fisicheotticaspettroscopia
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Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Invito a presentare proposte
(si apre in una nuova finestra) ERC-2022-COG
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HORIZON-ERC -Istituzione ospitante
75794 Paris
Francia