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Interazione cellula-materiale

Valutazioni biologiche in vitro

Responsabili: Silvia Panseri, Monica Montesi

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

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)

 

Interazione cellula/biomateriale

Principali collaborazioni

  • Università di Messina (Dr.ssa A. Piperno; Dr.ssa A. Scala)
  • Department of Chemistry, Maynooth University,Dublin, Ireland (Dr. D. Montagner)
  • i3S – Instituto de Investigação e Inovação em Saúde, Porto, Portugal (Dr. C. Cunha)
  • Institute of Molecular and Translation Medicine, Palacký University, Olomouc, Czech (Dr. V. Ranc)

Progetti

Pubblicazioni e brevetti

  • Rossi A, Bassi G, Cunha C, Baldisserri C, Ravaglia N, Gardini D, Molinari F, Lista F, Teran FJ, Piperno A, Montesi M, Panseri S. Magnetically Induced Anisotropic Structure in an Injectable Hydrogel for Skeletal Muscle Regeneration. J Colloid Interface Sci. 2025. 678: 334–345 doi.org/10.1016/j.jcis.2024.09.121.
  • Bassi G, Rossi A, Campodoni E, Sandri M, Sarogni P, Fulle S, Voliani V, Panseri S, Montesi M. 3D tumor-engineered model replicating the osteosarcoma stem cell niche and in vivo tumor complexity. ACS Appl Mater Interfaces. 2024. DOI 10.1021/acsami.4c02567.
  • Oliva R, Torcasio SM, Coulembier O, Piperno A, Mazzaglia A, Rossi A, Bassi G, Panseri S, Montesi M, Scala A. RGD-tagging of star-shaped PLA-PEG Micellar Nanoassemblies enhances Doxorubicin Efficacy against Osteosarcoma. Int J Pharm. 2024. 657: 124183. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.124183
  • Rossi A, Furlani F, Bassi G, Cunha C, Lunghi A, Molinari F, Teran FJ, Lista F, Bianchi M, Piperno A, Montesi M, Panseri S. Contactless magnetically responsive injectable hydrogel for aligned tissue regeneration. Mater Today Bio. 2024. 27, 101110. doi.org/10.1016/j.mtbio.2024.101110
  • Montagner D, Moynihan E, Galiana-Cameo M, Sandri M, Ruffini A, Panseri S, Velasco-Torrijos T, Montesi M. 2D and 3D Anticancer properties of C2-functionalised glucosamine-Pt(IV) prodrugs based on cisplatin scaffold. Front Chem (section Inorganic Chemistry). 2024. 12:1388332. doi:10.3389/fchem.2024.1388332
  • Luciano G, Vignolo M, Galante D, D’Arrigo C, Furlani F, Montesi M, Panseri S. Designing and Manufacturing of Biocompatible Hydroxyapatite and Sodium Trisilicate Scaffolds by Ordinary Domestic Microwave Oven. Compounds 2024, 4, 106–118. https://doi.org/10.3390/compounds4010005.
  • Furlani F, Campodoni E, Sangiorgi N, Montesi M, Sanson A, Sandri M, Panseri S. Electroconductive scaffolds based on gelatin and PEDOT:PSS for cardiac regeneration. J. Biol. Macromol. 2023, 224, 266 doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.10.122
  • Moynihan E, Panseri S, Bassi G, Rossi A, Campodoni E, Dempsey E, Montesi M, Velasco Torrijos T, Montagner D. Development of novel Pt(IV)-Carbohydrate derivatives as targeted anticancer agents against Osteosarcoma. J. Mol. Sci. 2023, 24, 6028. https://doi.org/10.3390/ ijms24076028
  • Grimaudo MA, Krishnakumar GS, Giusto E, Furlani F, Bassi G, Rossi A, Molinari F, Lista F, Montesi M, Panseri S*. Bioactive injectable hydrogels for on demand molecule/cell delivery and for tissue regeneration in the central nervous system. Acta Biomaterialia. 2022. 140: 88-101. Doi.org/10.1016/j.actbio.2021.11.038
  • Furlani F, Rossi A, Grimaudo MA, Bassi G, Giusto E, Molinari F, Lista F, Montesi M, Panseri S. Controlled liposome delivery from chitosan-based thermosensitive hydrogel for regenerative medicine. Int J Mol Sci. 2022, 23, 894. https://doi.org/10.3390/ijms23020894