Analisi del DNA in spettrometria di massa MALDI-TOF applicata alle scienze forensi. (2007)

Data inizio
1 gennaio 2007
Durata (mesi) 
24
Responsabili (o referenti locali)
Chiarini Anna Maria
URL
2007XRNNRJ_002
Parole chiave
SPETTROMETRIA DI MASSA AD ALTA RISOLUZIONE;SCIENZE FORENSI;TOSSICOLOGIA FORENSE;GENETICA FORENSE;SPETTROMETRIA DI MASSA A TEMPO DI VOLO

L’impiego della spettrometria di massa (MS) nelle scienze forensi, generalmente accoppiata a gas cromatografia (GC) o cromatografia liquida (LC), iniziato negli anni ’70, si è oggi affermato nella tossicologia forense e nell’analisi dei composti controllati, nella determinazione di esplosivi, di residui di sparo, di inchiostri ecc. In tali settori, l’introduzione della MS ha consentito di raggiungere livelli di accuratezza quali-quantitativa inarrivabili con le più tradizionali tecniche di analisi chimica e biochimica.

L’accoppiamento con tecniche cromatografiche, che determinano una preventiva separazione del campione, ha consentito di applicare la MS anche a miscele estremamente complesse quali le matrici biologiche. Su questa base, lo schema cromatografia (GC o LC) - MS è oggi ritenuto il “golden standard” analitico nelle scienze forensi. Recentemente anche l’elettroforesi capillare (CE) è stata utilmente accoppiata alla MS.

Le tecniche di MS correntemente utilizzate nei laboratori di scienze forensi sono generalmente basate su quadrupoli o trappole ioniche, anche in combinazione, che producono determinazioni di massa a bassa risoluzione (limitata all’unità di massa). Pertanto, l’identificazione dei composti di interesse richiede necessariamente la loro frammentazione, le cui modalità, soprattutto nei sistemi in fase liquida, sono difficilmente prevedibili e riproducibili.

La recente disponibilità di spettrometri di massa a costo limitato ed elevata semplicità operativa [generalmente basati sulla tecnologia time-of-flight mass spectrometry (TOF-MS)] in grado di produrre determinazioni di massa ad alta risoluzione (maggiore di 1/10.000 di unità di massa) (HRMS), che precedentemente era esclusiva della Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FTMS) e degli spettrometri a settore magnetico, ha consentito di introdurre anche in laboratori “applicativi” un nuovo criterio di identificazione basato sull’elevatissimo potere discriminante della massa accurata, che prescinde dalla frammentazione.
Tale tecnologia, pur teoricamente applicabile allo studio di un vastissimo spettro di molecole di interesse forense e già vastamente impiegata nell’ambito della proteomica, della metabolomica e della analitica farmaceutica, è stata sino ad oggi inspiegabilmente ignorata quasi completamente nell’ambito delle scienze forensi, a livello sia nazionale, sia internazionale.
Questo ritardo tecnologico, oltre a manifestare un intollerabile gap culturale tra le scienze forensi e le “life sciences”, può rappresentare un importante e diretto ostacolo alla formazione di prove tecniche oggettive di importanza vitale nelle fasi dell’indagine criminale e nel processo penale e civile.

Il presente programma di ricerca mira ad introdurre tecniche di spettrometria di massa ad alta risoluzione basate su strumentazione a costo contenuto in diversi ambiti dell’analitica forense, sia in accoppiamento con moderne tecnologie separative, quali la micro-LC e la CE, sia senza fase separativa previo desorbimento laser.

Viene proposta pertanto una ricerca inter-universitaria e interdisciplinare volta da un lato all'ottimizzazione e validazione di metodologie separative e di ionizzazione idonee all’accoppiamento con TOF-MS (e potenzialmente con altra strumentazione HRMS), dall’altro alla verifica in aree di pertinenza forense (tossicologia forense, genetica forense, biochimica forense) delle prestazioni e dei vantaggi di tale tecnologia, in paragone con tecniche di analisi correnti quali la GC-MS a singolo quadrupolo, la LC-MS a trappola ionica ecc.

In particolare, in una prima fase della ricerca si studieranno diverse tecniche di separazione cromatografica ed elettroforetica e di ionizzazione (ESI, MALDI) al fine di una loro ottimizzazione nei confronti della risposta dell’analizzatore TOF con matrici ""forensi"" complesse (biologiche e non biologiche). Tale fase di sviluppo metodologico sarà applicata su classici analiti di interesse forense quali droghe d’abuso, marcatori genetici (STR, miniSTR, SNPS) e marcatori proteici (carbohydrate-deficient transferrin).
Nella seconda fase della ricerca, le tecniche di spettrometria di massa ad alta risoluzione sviluppate saranno applicate a casi concreti di pertinenza tossicologico e genetico forense, in parallelo con tecniche già consolidate e correntemente in uso presso le differenti unità di ricerca.

L’interazione tra le diverse unità riguarderà da un alto l’integrazione delle conoscenze analitico-forensi e tecnologiche tra i vari ricercatori di diversi settori disciplinari (medico-biologico-forense e chimico analitico), dall’altro la condivisione di metodi separativi e di strumentazione HRMS (ESI-TOF e MALDI-TOF). Nella fase applicativa, le metodologie di analisi sviluppate e ottimizzate saranno validate mediante collaborazione tra le unità al fine di valutare la robustezza e la trasferibilità dei metodi. La valutazione finale dei risultati sarà collegiale.

Enti finanziatori:

Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Finanziamento: assegnato e gestito dal Dipartimento
Programma: COFIN - Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale

Attività

Strutture