Interazione cellula-materiale

Valutazioni biologiche in vitro

Responsabili: Silvia Panseri, Monica Montesi

Personale coinvolto: Giada Bassi, Arianna Rossi, Mohamed Saqawa, Lorenzo Apolloni, Noemi Ravaglia

Il Laboratorio di Cell-Material BioLAB è una realtà all’interno di ISSMC-CNR che riunisce in se ottime competenze in biologia cellulare e molecolare applicate allo studio dell’interazione cellula/biomateriale. Selettività, rigore e ricerca sono le colonne portanti del Laboratorio focalizzato principalmente verso la ricerca traslazionale, finalizzata al trasferimento nel breve-medio periodo dei nuovi biomateriali allo studio pre-clinico.
Nel dettaglio il Cell-Material BioLAB ha lo scopo di valutare la biocompatibilità e biofunzionalità di innovativi biomateriali (scaffold tridimensionali, micro- e nanoparticelle, film, idrogeli) per un loro potenziale impiego in medicina.
Vengono utilizzate cellule di mammifero di linea e/o primarie (differenziate e/o staminali) isolate da diversi tessuti ed organi, e ne viene studiato il comportamento in rapporto al nuovo biomateriale (e.g. analisi di proliferazione, adesione, vitalità, apoptosi, attività di sintesi di proteine della matrice extracellulare, fattori di crescita, citochine infiammatorie, enzimi ed altri fattori espressione del metabolismo cellulare).

Le due principali macroaree di interesse del Laboratorio sono: l’ingegneria dei tessuti e la nanomedicina.

Ingegneria dei tessuti
Vengono valutate le potenzialità rigenerative di nuovi biomateriali in associazione a “stimoli” biologici (cellule differenziate e non, fattori di crescita ed altre molecole segnale, stimolazioni biofisiche). L’attenzione è puntata principalmente su materiali tridimensionali che mimano i tessuti di interesse (e.g. osso, cartilagine) da un punto di vista chimico-fisico e biologico. Grazie all’impiego di un bioreattore che mima al meglio le condizione fisiologiche, vengono studiate colture cellulari, fino a 6-8 settimane, per valutare nel dettaglio il comportamento cellulare (e.g. colonizzazione dello scaffold, differenziamento cellulare, espressione genica e proteica).

Nanomedicina
Materiali nanostrutturati, in particolari innovative nanoparticelle, sono oggetto di studio come nuovi sistemi di rilascio di biomolecole (farmaci e/o fattori di crescita). L’interazione delle nanoparticelle alle cellule, dal loro aggancio alla membrana cellulare alla loro internalizzazione vengono monitorate attraverso il sistema TimeLapse. E’ possibile seguire tali sistemi di rilascio e monitorare lo sgancio delle biomolecole in tempo reale anche in funzione di stimolazione biofisiche esterne (e.g. campo elettromagnetico).

Ulteriori obiettivi del Cell-Material BioLAB sono orientati all’eccellenza, e possono essere riassunti in:

Innovazione, sviluppare sistemi/protocolli biologici per lo studio di biomateriali
Potenziamento del know-how, approfondire sempre più le conoscenze dell’interazione cellula/biomateriale anche grazie a strumenti e/o tecniche di nuova generazione
Formazione, far crescere da un punto di vista professionale giovani ricercatori nell’ambito della nanomedicina
Internazionalità, attrarre ricercatori stranieri ed instaurare un rapporto con istituti esteri d’eccellenza
Attività conto terzi, fornire un servizio rivolto alla realtà industriale per studi biologici di prodotti medicali di varia natura

Strumenti e Processi

Valutazione in vitro della citotossicità e/o bioattività di nuovi biomateriali
Colture cellulari tridimensionali con innovativi biomateriali in condizioni statiche e dinamiche
Analisi approfondita della morfologia, della proliferazione, dell’espressione genica e proteica di cellule a contatto con i biomateriali (Microsopio a fluorescenza con sistema TimeLapse, Real Time PCR, Western Blot)

Principali collaborazioni

Università di Messina (Dr.ssa A. Piperno; Dr.ssa A. Scala)
Univ. Polytechnique Hauts-de-France, Laboratoire des Matériaux Céramiques et Procédés Associés, Valenciennes, France (Dr. A. Leriche)
University of Chemical Technology and Metallurgy, Department of Organic Chemistry (Dr. Ivan Ivanov)
Department of Chemistry, Maynooth University,Dublin, Ireland (Dr. D. Montagner).

Progetti

Pubblicazioni e brevetti

Fernandes Patrício TM, Panseri S, Montesi M, Iafisco M, Sandri M, Tampieri A, Sprio S. Superparamagnetic hybrid microspheres affecting osteoblasts behaviour. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019 Mar;96:234-247. doi: 10.1016/j.msec.2018.11.014
Tampieri A, Ruffini A , Ballardini A , Montesi M , Panseri S , Salamanna F , Fini M , Sprio S . Heterogeneous chemistry in the 3-D state: An original approach to generate bioactive, mechanically-competent bone scaffolds. Biomater Sci. 2018 Dec 18;7(1):307-321. doi: 10.1039/c8bm01145a.
Montesi M, Panseri S, Dapporto M, Tampieri A, Sprio S. Sr-substituted bone cements direct mesenchymal stem cells, osteoblasts and osteoclasts fate. PLoS One. 2017 Feb 14;12(2):e0172100. doi: 10.1371/journal.pone.0172100
Neri G, Micale N, Scala A, Fazio E, Mazzaglia A, Mineo P.G, Montesi M, Panseri S, Tampieri A, Grassi G, Piperno A. Silibinin-conjugated graphene nanoplatform: Synthesis, characterization and biological evaluation. FlatChem January 2017, 34–41.
Campodoni E, Adamiano A, Dozio SM, Panseri S, Montesi M, Sprio S, Tampieri A, Sandri M. Development of Innovative Hybrid and Intrinsically Magnetic Nanobeads as Drug Delivery. Nanomedicine (Lond.). August 2016. 11(16): 2119-2130. doi:10.2217/nnm-2016-0101
Panseri S, Montesi M, Dozio SM, Savini E, Tampieri A and Sandri M. Biomimetic scaffold with Aligned Microporosity Designed for Dentin Regeneration. 2016 Front. Bioeng. Biotechnol. 4:48. doi: 10.3389/fbioe.2016.00048
Panseri S, Montesi M., Sandri M, Iafisco M, Adamiano A, Ghetti M, Cenacchi C and Tampieri A. Magnetic labelling of mesenchymal stem cells with iron-doped hydroxyapatite nanoparticles as tool for cell therapy. J Biomed Nanotechnol. 2016. 12, 909-921.doi:10.1166/jbn.2016.2248.
Montesi M, Panseri S, Iafisco M, Adamiano A, Tampieri A. Coupling Hydroxyapatite Nanocrystals with Lactoferrin as a Promising Strategy to Fine Regulate Bone Homeostasis. PLoS One. 2015 Jul 6. doi: 10.1371/journal.pone.0132633.