Nuovi materiali per la terapia cellulare

Magnetizzazione di cellule per terapia cellulare
Trasporto di biomolecole per terapia genica
Effetto ipertermico per trattamento tumorale

Responsabili: Alessio Adamiano, Silvia Panseri, Monica Montesi, Monica Sandri

Personale coinvolto: Francesca Carella, Lorenzo Degli Esposti, Giada Bassi, Elisabetta Campodoni

L’idrossiapatite (HA, Ca₅(PO₄)₃(OH)) è il minerale principale delle ossa. La sua struttura cristallografica estremamente flessibile, permette di sostituire gli atomi di calcio del suo reticolo cristallino con una grande varietà di elementi, tra cui quelli magnetici. Fe, Gd, Dy e altri elementi possono essere utilizzati per conferire proprietà magnetiche all’HA, altrimenti diamagnetica (i.e nessuna risposta agli stimoli magnetici).

Il gruppo di Biomateriali ha dunque sviluppato un materiale superparamagnetico (FeHA) ottenuto tramite l’inserimento di ioni Fe²⁺  e Fe³⁺ all’interno della struttura di HA. Questo materiale prodotto in forma nano-particellare è stato successivamente testato come nano sistema multifunzionale per varie applicazioni nel campo biomedico e della nanomedicina:

1. per la terapia cellulare. Le nanoparticelle internalizzate dalle cellule, senza che ne venga modificato il comportamento, conferiscono alle cellule stesse le loro proprietà magnetiche. Le cellule rispondono quindi ad un campo magnetico esterno e possono essere guidate selettivamente superando così i limiti attuali della terapia cellulare (i.e. numero esiguo di cellule che raggiungono il sito specifico). Questo materiale è attualmente il soggetto di un progetto di ricerca EU denominato SCREENED, per la realizzazione di modelli di tiroide in vitro.
2. per il trasporto tessuto specifico (drug delivery) di biomolecole per la nanomedicina. Le nanoparticelle di FeHA hanno un’elevata capacità di carico rispetto ad alcune particelle di ossido di ferro comunemente impiegate in nanomedicina. La loro superficie ne permette inoltre la funzionalizzazione con un elevato numero di molecole (e.g. DNA/RNA, miRNA, aptameri). Questo materiale è attualmente il soggetto di un progetto di ricerca EU denominato CUPIDO, per la terapia delle malattie cardiovascolari tramite via inalatoria.
3. “magnetofection”, semplice ed efficiente metodo di trasfezione cellulare in sostituzione della metodologia classica tramite virus facente utilizzo di nanoparticelle come agente di trans-fezione.
4. per la terapia del cancro. L’FeHA può essere caricata con diversi chemioterapici in grado di contrastare la proliferazione tumorale, limitando allo stesso tempo gli effetti collaterali dovuti alla somministrazione del farmaco. Inoltre, l’FeHA come tutti i materiali superparamagnetici ha la capacità di generare energia termica quando esposta a campi magnetici alternati. Questa proprietà, chiamata ipertermia, permette alle nanoparticelle di FeHA di aumentare la temperatura dei tessuti e può essere impiegata in per la terapia del cancro, solitamente in combinazioni con metodi più convenzionali (e.g radioterapia, chemioterapia, chirurgia etc.).

Strumenti e Processi

• Valutazione in vitro dei nuovi biomateriali magnetici
• Valutazione della risposta cellulare ai campi magnetici esterni
• Valutazione in vitro delle biomolecole rilasciate selettivamente
• Analisi approfondita della morfologia, della proliferazione, dell’uptake cellulare, dell’espressione genica e proteica di cellule a contatto con i nanomateriali (TimeLapse, Real Time PCR, Western Blot)

Principali collaborazioni

• Istituto di Ricerca Genetica e Biomedica (IRGB-CNR).
• Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux – UMR CNRS.
• SPIN-CNR.
• Università Federico Secondo di Napoli.
• Humanitas Research Hospital (HRH).
• Università degli Studi di Milano.