NANOBIOTECNOLOGIE

1. NANOBIOTECNOLOGIE DIAGNOSTICA MEDICINA RIGENERATIVA Trapianti con cellule staminali Francesco Hinegk Giovanni Masotto Martino Panarisi Alessandro Signora Enrico Soprana Marco Vecchiato

2. DIAGNOSTICA OBIETTIVI STRUMENTI IN-VITRO IN-VIVO

3. OBIETTIVI e PROBLEMI DIANGNOSTICA DIAGNOSTICA TRADIZIONALE NANO-DIAGNOSTICA OBIETTIVI: Delocalizzazione diagnosi (P.O.C.) Riduzione tempi attesa delle analisi 3F : Find,Fight,Follow Diagnosi precoce ed eventuale somministrazione dei farmaci Monitorare l’efficacia della terapia PROBLEMI: Eventuale tossicità PROBLEMI: • Deterioramento campione • Costi elevati • Lunghi tempi di attesa

4. STRUMENTI DIAGNOSTICA IN-VITRO Obiettivi: • Analisi multiparametrica • Maggiore affidabilità Componenti: • Biorecettore • Trasduttore • Amplificatore e microelettronica Caratteristiche: • Maggiore sensibilità, specificità, affidabilità

5. STRUMENTI DIANGNOSTICA IN-VIVO Nano-Imaging Dispositivi impiantabili Obiettivi: Miniaturizzazione Integrazione sensori MEMS con finalità differenti Trasmissione dati verso un ricevitore esterno Uso di bracci robotici e rilascio farmaci Esempi: Progetto VECTOR Progetto IDEAS Obiettivi: • Ricostruzione 3D • Combinazione di imaging differenti • Maggiore efficenza • Nano particelle in grado di essere attivate al bisogno Esempi: • Imaging multi-modale • Quantum dots • Progetto della MagForce AG

6. CONCLUSIONI DIAGNOSTICA Obiettivi: • Miniaturizzazione • Biocompatibilità • Auto-alimentazione, Autodiagnosi • Trasmissione dati verso centri di raccolta anche remoti • Ridurre tempi attesa per i test • Diagnosi e prescrizione rapide Problemi: • Eventuale tossicità sistemica di dispositivi per la diagnostica in-vivo

7. MEDICINA RIGENERATIVA Settori Biomateriali Terapia con PRP Prospettive e conclusioni

8. SETTORI • Tecniche e applicazioni • Ingegneria tissutale • Obiettivi • Modalità • Vantaggi • Terapia genica • Obiettivi • Modalità • Vantaggi • Terapia cellulare somatica • Cellule staminali

9. BIOMATERIALI COSA S’INTENDE PER BIOMATERIALE? • Biomateriali passivi • Funzione • Biomateriali attivi • Funzione

10. Terapia con PRP Cos’è il PRP e come si ottiene? • Centrifuga • Piastrine • Fattori di crescita • Attivatore piastrinico Obiettivi: • Chirurgia estetica • Trattamento ulcere(vascolari e diabetiche) • Piaghe da decubito Vantaggi: • Sicurezza • Costi

11. Prospettive e Conclusioni Prospettive: • Mercato emergente Conclusioni: • Ricostruzione in vivo/vitro • Utilizzo di biomateriali

12. TRAPIANTI CELLULE STAMINALI Tipi di NSCs e processi rigenerativi Il futuro delle cellule staminali Problematiche delle cellule staminali Proprietà delle cellule staminali Tipologie delle cellule staminali Patologie infiammatorie NSCs e NSC Effetto tropico

13. TIPI di NSCs e PROCESSI RIGENERATIVI Processi rigenerativi condizione: • Fisiologica (di mantenimento) • Patologica (di riparazione)  Il cervello contiene cellule staminali neurali (NSCs) in grado di differenziarsi nelle tre tipologie di cellule nervose: • Neuroni • Oligontrocidi • Astrociti Processi endogeni spontanei non sufficienti a promuovere un recupero funzionale ottimale del sistema nervoso

14. IL FUTURO DELLE CELLULE STAMINALI Possibilità di isolare cellule staminali ed espanderle in condizioni ALTAMENTE CONTROLLATE. Le NSCs promessa per il futuro: • includono meccanismi di NEUROPROTEZIONE e IMMUNO-MODULAZIONE; • capacità delle NPCs di instaurare un meccanismo di intercomunicazione con cellule residenti nel SNC

15. PROBLEMATICHE CELLULE STAMINALI Ci sono ancora aspetti da chiarire nella tecnica somministrazione ENDOVENOSA o LOCALE delle NPCs, ovvero: • Ideale fonte di produzione di cellule staminali • Ideale via di somministrazione • Ideale tempistica di somministrazione e meccanismo d’azione da promuovere

16. PROPRIETÀ CELLULE STAMINALI • Abilità di alternare tra divisione cellulare simmetrica e asimmetrica • Possibilità di rimanere in stato miotonicamente quiescente in vivo • Capacità di dare origine a tutti i tipi cellulari che compongono il tessuto in cui esse risiedono

17. TIPOLOGIE CELLULE STAMINALI Cellule staminali divisibili in base alle potenzialità differenziative: • Cellule TOTIPOTENTI: capacità di differenziare in tutti i tipi cellulari • Cellule PLURIPOTENTI: possono differenziare in ogni tipo di cellula somatica • Cellule MULTIPOTENTI: differenziabili in nei diversi tipi cellulari che costituiscono un sistema (turnover tessuti danneggiati)

18. PATOLOGIE INFIAMMATORIE SNC • Primarie: SM, ictus cerebrale, lesione midollo spinale • Caratterizzate da un evento infiammatorio che porta a neurodegenerazione • Secondarie: epilessia, Alzheimer, Parkinson • Si ha una neurodegenerazione primaria che porta ad infiammazione cronica

19. NPCs e SNC • Inaspettatamente, NPCs trapiantate SISTEMATICAMENTE si sono dimostrate capaci di superare le barriere, che proteggono l’SNC infiammato dove possono indurre il recupero funzionale • NCPs trapiantate in topi sani (senza un infiammazione presente ) non riescono a superare la barriera • Le NPCs sono in grado di percepire (grazie a recettori di membrana) gradienti di molecole infiammatorie che vengono rilasciate dai tessuti infiammati; in breve tempo raggiungono la sorgente di questi segnali infiammatori ed iniziano una serie di eventi che le porta a superare la barriera

20. EFFETTO TROFICO Le cellule staminali concorrono alla formazione di strutture molecolari per la riparazione dei tessuti, comunicando con quelle preesistenti grazie a fattori di rilascio

21. IMMUNOMODULAZIONE Le NPCs trapiantate sono in grado di modulare l’azione del sistema immunitario grazie a: • PROGRAMMAZIONE MORTE LINFOCITI T • RIDUZIONE FATTORI PRO-INFIAMMATORI

22. CONCLUSIONI Il trapianto di cellule neuronali staminali è molto più articolato e complesso di quanto si ipotizzasse all’inizio delle ricerche. Questi trapianti portano ad un effetto neuro protettivo del tessuto riducendo la morte cellulare, in secondo luogo modulano la risposta dell’infiammazione. Tutto ciò è definito come plasticità terapeutica.