Nanomedicina

La ricerca clinica e preclinica si sta sempre più indirizzando verso un approccio razionale basato sulla comprensione meccanicistica delle patologie, e il ruolo dei biomarcatori nella segnalazione di stati alterati è un attivo campo di indagine sia dal punto di vista diagnostico che terapeutico. L’identificazione e la quantificazione dei biomarcatori specifici del paziente è un fattore chiave nella transizione dalla “evidence-based medicine” alla medicina personalizzata e potrebbe aumentare la nostra capacità di diagnosticare gli stati patologici nei loro stadi iniziali.
La nanotecnologia sta emergendo come uno strumento importante, sia in ambito accademico che farmaceutico, per superare attuali limitazioni in termini di selettività e specificità nel riconoscimento dei biomarcatori. La possibilità di modulare le dimensioni dei nanomateriali, la funzionalizzazione di superficie e le proprietà ottiche rende le nanostrutture uno strumento incredibilmente flessibile per sviluppare nuovi strumenti nell’ambito delle scienze della vita.
L’applicazione della nanotecnologia alle scienze della vita spazia dallo sviluppo di reporter fluorescenti per la microscopia all’ingegnerizzazione di nanostrutture per il rilevamento ultrasensibile di biomarcatori in vivo. Dal punto di vista terapeutico, l’applicazione di strumenti basati sulle nanotecnologie sta guadagnando sempre più attenzione soprattutto in quei campi in cui l’attraversamento di una barriera biologica è un requisito fondamentale per sfruttare l’attività terapeutica (ad esempio nella veicolazione di biomolecole a livello cerebrale); alcuni farmaci nanostrutturati hanno già raggiunto la fase clinica, e molti altri sono attualmente in fasi di sperimentazione preclinica avanzata.
Il laboratorio di nanomedicina è focalizzato sulla progettazione di nuovi approcci per migliorare il riconoscimento, la quantificazione e la localizzazione di biomarcatori circolanti o presenti sulla membrana di cellule o tessuti. Questa attività richiede lo sviluppo di due tematiche interconnesse:
– Progettazione di biosensori responsivi per il rilevamento in tracce di biomarcatori circolanti
– Identificazione e caratterizzazione dell’eterogeneità, a micro e nanoscala, dei tessuti fisiologici e patologici, mediante sistemi di microscopia
Il laboratorio di nanomedicina è completamente attrezzato con strumentazione per la sintesi, caratterizzazione e purificazione di nanomateriali organici e inorganici. Questo laboratorio preparativo si interfaccia con due setup di microscopia a fluorescenza completamente equipaggiati per misure risolte nel tempo e per superrisoluzione.

Strumenti principali

Sistema per sintesi chimica in flusso Asia Syrris. Questo strumento è dotato di un reattore in flusso per la produzione e la derivatizzazione di nanomateriali in condizioni altamente controllate. Il sistema può funzionare a pressioni fino a 20 bar, temperature tra -15 e 150 oC, e flussi tra 5 e 2500 L/min. Il sistema è dotato di due ingressi pressurizzati e frazionamento automatico dei prodotti di reazione. Le condizioni di reazione possono essere variate durante il processo per eseguire processi di screening o mantenute costanti per produrre biomateriali con un’eccellente riproducibilità..

Separazioni HPLC/DLS su scala analitica o semipreparativa possono essere eseguite su un sistema HPLC Dionex dotato di autocampionatore, forno a colonna termostatato, rilevatore PDA e collettore di frazioni. Il sistema può essere interfacciato con un sistema Dynamic Light Scatter (Zetasizer nano, Malvern) per la determinazione delle dimensioni e del potenziale Zeta dei nanomateriali. Il DLS può essere usato come sistema autonomo per eseguire analisi con controllo completo della temperatura nell’intervallo 10-80 oC.

Spettrofotometro UV-VIS e fluorimetro. La caratterizzazione ottica di campioni fluorescenti o assorbenti può essere eseguita su un fluorimetro Cary Eclipse e su uno spettrofotometro UV-VIS Cary 3500 (range 190-1100 nm).

Microscopio confocale equipaggiato con setup FLIM. L’Olympus FV3000 è dotato di incubatore per effettuare imaging di cellule viventi, quattro linee laser (405-488-561-640nm) e quattro rivelatori spettrali (due GaAsP e due convenzionali PMT). Il microscopio è interfacciato con un setup Picoquant (Multiharp150) per FLIM, dotato di tre linee laser (372, 405 e 470nm) e due rivelatori. Il sistema è munito di un set di filtri per imaging “label-free” a singolo fotone e dotato di ulteriori set di filtri per i fluorofori più comuni.

Microscopio a super risoluzione. Un microscopio Nikon TiE interfacciato con una testa confocale A1 (quattro linee laser: 405-488-561-640nm) e rivelatore spettrale in grado di acquisire simultaneamente fino a 32 canali spettralmente risolti in una sola acquisizione. Il microscopio è munito di un sistema STORM-TIRF per l’ottenimento di immagini super-risolte utilizzando lunghezze d’onda di eccitazione a 405 e 640 nm.

Il laboratorio di nanomedicina è diretto da Giovanni Signore