Applicazione del Design of Experiment (DoE)

Il DoE è stato sviluppato nel 1935 dal matematico R.A. Fisher per analizzare le interazioni tra i fattori sperimentali al fine di identificarne le combinazioni ottimali. Questo approccio, pertanto, consente il set-up efficiente degli esperimenti e la generazione di modellli utili per l’ottimizzazione, la descrizione e la previsione dei risultati degli esperimenti. Abbiamo scelto di utilizzare il DoE in un campo vicino alla sua area originale di applicazione, le Scienze della Vita, per ottimizzare esperimenti di varia natura, massimizzarne il risultato (che deve essere definito in anticipo per ciascun esperimento) e analizzare le interazioni tra i parametri. Abbiamo applicato la metodologia del DoE a diversi tipi di esperimenti, tra cui:

• saggi enzimatici dell’attività della triparedossina e triparedossina perossidasi, in cui le condizioni sperimentali (pH, forza ionica, concentrazioni dell’enzima e del substrato) sono state ottimizzate per ogni saggio;
• ottimizzazione delle condizioni di cristallizzazione della sorcina, una proteina espressa ad alti livelli nelle cellule tumorali farmaco-resistenti;
• identificazione delle condizioni ottimali per la determinazione della stabilità termica degli acidi nucleici in presenza di proteine stabilizzanti;
• identificazione delle condizioni ottimali per la determinazione della stabilità termica delle proteine, identificazione delle condizioni fisico-chimiche per la massima stabilità (per la conservazione delle proteine) o la minima (identificazione delle condizioni adatte alla cristallizzazione);
• saggi di tossicità cellulare in presenza di diverse quantità di reagenti ed in diverse condizioni di coltura e di densità cellulare;
• ottimizzazione delle condizioni sperimentali (quantità di DNA, volume e tipo di trasfettante, densità cellulare) per la trasfezione dei progenitori neurali, notoriamente difficili da trasfettare;
• ottimizzazione delle condizioni sperimentali (concentrazione di antiossidante, dose di luce UVB, tempo di pretrattamento) per il saggio di determinazione di specie reattive contenenti ossigeno (ROS) in colture cellulari al fine di misurare i livelli intracellulari di UVB dopo pretrattamento con resveratrolo.

Per ogni esperimento, definiamo un piano sperimentale, usando una matrice di condizioni sperimentali basata sui vincoli del DoE. Successivamente, gli esperimenti vengono eseguiti secondo il disegno sperimentale ed i risultati valutati allo scopo di determinare la combinazione migliore di parametri fisico-chimici che consenta di massimizzare il risultato e di identificare i fattori o le combinazioni di fattori che lo influenzano maggiormente.

Gli obiettivi principali di questa LdA sono:

• la generazione di modelli di DoE applicabili a differenti tipi di esperimenti scientifici, che possano essere trasferiti alla comunità scientifica;
• la validazione dell’applicazione del DoE per differenti saggi sperimentali.

La figura descrive la divisione delle attività della LdA utilizzando la ruota di Deming o Plan-Do-Check-Act (PDCA).

Aggiornato al 17 Luglio 2014