Descrizione della commessa "Biomateriali ed ingegneria dei tessuti (PM.P02.030)"

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  • Descrizione della commessa "Biomateriali ed ingegneria dei tessuti (PM.P02.030)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • L'invecchiamento della popolazione nei paesi sviluppati ha permesso un notevole sviluppo dei biomateriali per applicazioni biomediche e relative mercato. Associato al problema di invecchiamento esiste la persistenza di patologie che necessitano la ricostruzione dei tessuti naturali danneggiati pertanto, si richiede in continuità lo sviluppo di nuovi materiali e nuove tecnologie. La problematica è molto più evidente nei paesi sottosviluppati o in via di sviluppo dove sono utilizzate tecniche e materiali ormai superati. Pertanto per migliorare la qualità della vita di tale settore della popolazione diventa necessario incrementare le prestazioni dei materiali per sviluppare sistemi protesici e dispositivi medici con elevata affidabilità e biofunzionalità. Un altro parametro è l'ottimizzazione costo/efficacia del trattamento che attualmente è prioritario per tutte le organizzazioni sanitarie. (literal)
Strumentazione
  • Cromatografo Liquido HPLC, Calorimetro a Scansione Differenziale DSC, Analizzatore Termogravimetrico TGA, Microscopio a Forza Atomica AFM, Spettrofotometro UV, Plasma Etching, Estrusore, Evaporatore Rotante, Reometro a capillare Bohlin RH7, Spettrofotometro, Liofilizzatore, Freeze dryer, Microscopio ottico Olympus BX51 Grandi: Spotlight-Spectrum-one, Chemical Imaging FT-IR, Microscopio Elettronico a Scansione SEM, Laboratorio e cappe per colture cellulari. Microscopio a forza atomica (AFM), Scanner 3D, Bioplotter, Prototipatrice 3D ad UV Envisiontec, Porosimetro ad intrusione di Mercurio (Thermo Electron Pascal 140-240), Reometro rotazionale Bohlin Instruments, Microcompounder, Macchina dinamometrica INSTRON 5566, Dinamometro elettromagnetico Enduratec ELF 3200, MTS bionix 858, Light scattering ALV-CGS3, Macchina servoidraulica INSTRON 8501, Bioreattori per meccano-stimolazione (3 modelli), Camera Pulita. TEM - TECNAI 120 FEI, SEM – PHENOM, AFM - INNOVA BRUKER + accessori, DLS - ZETASIZER NANO ZS, Sintetizzatore Initiator™ Biotage, Incubatore orbitale Stuart S-150, Spettrofotometro IR Nicolet Nexus. (literal)
Tematiche di ricerca
  • -Polimeri e compositi per la rigenerazione dei tessuti duri. -Polimeri e compositi per la rigenerazione dei tessuti soffici. -Nuove tecnologie per la realizzazione di scaffolds e nano strutture biofunzionali. Realizzazione di membrane polimeriche mediante tecnologia ad impronta molecolare e prototipizzazione di strutture custom-made. - l'applicazione delle nanotecnologie alla terapia genica. tecnologica di nano-sistemi polimerici \"intelligenti\" con farmaci oligonucleotidici gene-specifici. Nuove tematiche di ricerca riguardano - l'utilizzo della cellula come probe coinvolte in processi di infiammazione associati a diverse malattie neuro-degenerative (alzheimer, sclerosi, sepsis, tumori). - Rigenerazione di tessuto nervoso e muscolare - Progettazione ed ottimizzazione di piattaforme micro/nanostrutturate e scaffold porosi caratterizzati da segnali morfologici e/o biochimici in grado di mimare il complesso microambiente biologico ed influenzare i meccanismi di interazione cellula/substrato per lo studio dei processi di rigenerazione di molteplici tessuti (es. ossa, nervi, miocardio). (literal)
Competenze
  • Produzione e caratterizzazione chimico-fisica, meccanica e biologica di nuovi materiali polimerici bioartificiali per applicazioni biomediche. Preparazione di polimeri ad impronta molecolare, attraverso la tecnica di inversione di fase, destinati ad applicazioni nel settore dei biomateriali. Sintesi di nanosfere di polimeri a base acrilica per il rilascio e il riconoscimento di molecole di interesse clinico, inclusi peptidi e proteine. Biologia cellulare e molecolare. Metodologie analitiche di cromatografia per la determinazione quantitativa delle molecole di interesse clinico. Misure di adesione e differenziamento cellulare. Misure biomeccaniche sperimentali. Modellazione matematica alle differenze finite ed algli elementi finiti Progettazione e prototipizzazione rapida. Scaffold porosi mediante polymer amd/or porogen templating, separazione di fase, fotopolimerizzazione di polimeri UV sensibili). Sistemi polimerici e compositi micro e nanostrutturati mediante elettrofilatura Micro/nanoparticelle mediante tecniche di electrospraying ed atomizzazione elettrodinamica. caratterizzazione morfologica SEM, TEM e AFM. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le attività di ricerca hanno condotto allo sviluppo di tecnologie combinate di prototipazione rapida utilizzando approccio CAD/CAM. Le attività di ricerca hanno inoltre condotto allo sviluppo di nuovi scaffold per la rigenerazione tissutale. Attualmente sono in corso contatti con diverse aziende per lo sviluppo di tali sistemi. (literal)
Tecnologie
  • Modellazione matematica: CFD, differenze finite, elementi finiti. Utilizzo delle tecniche del reverse engineering per ottenere la digitalizzazione (CAD) dei costrutti tridimensionali e la loro discretizzazzione. Strumenti utilizzati sono: Scanner laser Cyberware Mini Scanner e Microtomografo Skycan 1620. Le digitalizzazioni sono elaborate per mezzo di software di imaging e di calcolo (Mimics, RhinoCeros, RapidForm, Ansys). Validazione biomeccanica per mezzo di misure dinamometriche utilizzando Macchina dinamometrica INSTRON 5566; Dinamometro elettromagnetico Enduratec ELF 3200, MTS. Utilizzo di Matlab per la realizzazione di modelli matematici in grado di predire fenomeni di separazione di fase. (literal)
Obiettivi
  • Sviluppo di materiali e strutture multi-funzionali per la riparazione e rigenerazione dei tessuti duri e soffici. Sviluppo di strutture per il rilascio controllato di farmaci e fattori di crescita. Definizione di processi tecnologici per la realizzazione di sistemi protesici. Modellazione, progettazione e tecnologie di preparazione avanzate di scaffold per la rigenerazione di tessuti duri e soffici. Ottimizzazione di tecniche di coltura cellulare e progettazzione di bioreattori per la rigenerazione di tessuti. Nella commessa, si propone lo studio di nuovi biomateriali e tecnologie di preparazione per la realizzazione \"ad hoc\" di scaffold micro e/o nanostrutturati per la rigenerazione di tessuti specifici come osso, nervi, e tessuto muscolare (es. miocardio). Inoltre, avvalendosi di brevetti recentemente realizzati, si propone la progettazione e la realizzazione di sistemi carrier su scala micro e submicrometrica per i rilascio controllato in molteplici applicazioni cliniche (es. oculare). (literal)
Stato dell'arte
  • I biomateriali e i relativi sistemi protesici sviluppati lo scorso secolo erano caratterizzati da un comportamento inerte con il tessuto circostante. Il successivo sviluppo di nuovi materiali e della modulazione della loro interazione con i sistemi biologici, ha permesso di ottenere materiali con elevata potenzialità ad interagire con il tessuto naturale. Per migliorare la biofunzionalità è necessario sviluppare materiali multi-funzionali seguendo nuovi approcci progettuali e nuove soluzione di processo dei materiali, focalizzando la ricerca su materiali \"bio-inspired\". L'obiettivo primario consiste nello sviluppo di nuovi biomateriali intelligenti, processati con tecnologie di prototipazione rapida, electrospinning o sol-gel, che posseggono superfici bioattive e funzioni terapeutiche capaci attivare cellule e geni specifici, per ottimizzare il processo di rigenerazione dei tessuti. La progettazione di costrutti in ingegneria tessutale deve quindi accoppiare le due proprietà per ottimizzare il processo biologico di proliferazione e differenziamento cellulare. L'applicazione di nuove tecnologie permette la realizzazione di substrati e nano-strutture per ottimizzare la rigenerazione (literal)
Tecniche di indagine
  • Metodologie analitiche di cromatografia, mediante cromatografo Liquido HPLC, per la determinazione quantitativa delle molecole di interesse clinico. Fabbricazione di strutture polimeriche biodegradabili attraverso tecniche avanzate di prototipazione rapida e destinate al settore dell'ingegneria tessutale mediante Bioplotter Envisiontec, Prototipatrice 3D ad UV Envisiontec. Protocolli sperimentali per lo studio dell'adesione e del differenziamento di mioblasti scheletrici per mezzo di Microscopi ottici, Microscopio confocale (Zeiss Confocor), Microscopi Elettronici a Scansione SEM, Microscopio a forza atomica (AFM). Determinazione dei componenti della matrice extracellualre: tecniche colorimetriche e fluorimetriche per mezzo di Calorimetro a Scansione Differenziale DSC, Analizzatore Termogravimetrico TGA. Crescita e differenziamento di MSC per mezzo di Camera Pulita e Bioreattori per meccano-stimolazione (3 modelli). Saggi di proliferazione, saggi di citochimica e di immunofluorescenza; RT-PCR Coltivazione e differenziamento di cellule staminali embrionali in costrutti 3D; Caratterizzazione reologica di gel con Reometri. (literal)
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