TECNOLOGIE PER LA SALUTE. Scenari Tecnologici per l Emilia-Romagna

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1 TECNOLOGIE PER LA SALUTE Scenari Tecnologici per l Emilia-Romagna

2 Questo lavoro è stato realizzato nell ambito delle attività di ASTER per il supporto e coordinamento della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna, da personale messo a disposizione dai soci del consorzio e con la collaborazione di imprese regionali. Un sentito ringraziamento a tutti i membri dei gruppi di lavoro che hanno condiviso le proprie competenze e si sono prestati alla sperimentazione di un metodo comune, primo passo per una reale integrazione e valorizzazione del contributo di tutti. Un grazie particolare alle imprese che volentieri hanno messo a disposizione gratuitamente il proprio tempo per aiutarci a comprendere meglio i problemi della competizione e, in ultima analisi, per individuare modi migliori per supportarle nelle loro sfide quotidiane. Questa pubblicazione è stata stampata a Bologna nel mese di Marzo 2012

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4 Sommario 1. Executive summary Introduzione Megatrend e Driver di Crescita Identificazione dei megatrend globali Impatto delle aree strategiche sui megatrend I megatrend piu rilevanti per l area Tecnologie per la Salute Articolazione dell area strategica Pillar e Tecnologie Pillar di intervento E-Health Tematiche identificate e Key Technologies Trend delle Key Technologies Benchmarking con i pivot regionali Bibliografia, sitografia e links a documenti Gruppo di lavoro Pivot regionali Nuovi Sistemi Diagnostici Tematiche identificate e Key Technologies Trend delle Key Technologies Benchmarking con i pivot regionali Bibliografia, sitografia e links a documenti Gruppo di lavoro Pivot regionali Medicine Innovative Tematiche identificate e Key Technologies Trend delle Key Technologies Benchmarking con i pivot regionali Bibliografia, sitografia e links a documenti Gruppo di lavoro Pivot regionali Prevenzione Tematiche identificate e Key Technologies 64 Pag. 2/96

5 5.4.2.Trend delle Key Technologies Benchmarking con i pivot regionali Bibliografia, sitografia e links a documenti Gruppo di lavoro Pivot regionali Nuovi approcci Terapeutici Tematiche identificate e Key Technologies Trend delle Key Technologies Benchmarking con i pivot regionali Gruppo di lavoro Pivot regionali Conclusioni e raccomandazioni Pag. 3/96

6 1 EXECUTIVE SUMMARY Per aiutare le imprese in questo difficile scenario, come noto, la Regione Emilia-Romagna sostiene da tempo un impegnativo programma di Ricerca e Sviluppo, che ha originato una Rete di Laboratori di Alta Tecnologia al fine di rendere più efficace la collaborazione tra gli ambienti della ricerca e della produzione. In questo contesto si colloca anche il presente documento, che intende disegnare lo scenario degli sviluppi tecnologici più probabili nel campo delle TECNOLOGIE PER LA SALUTE incrociando due punti di vista complementari: da un lato, le esigenze e le caratteristiche del nostro ambiente produttivo, dall altro le competenze che il mondo della ricerca può offrire per assisterle sul fronte della innovazione. Si rende necessario puntualizzare che l analisi di questo scenario è stata particolarmente complessa per via di un coinvolgimento di imprese eterogenee e afferenti a settori diversi (farmaceutiche, biomedicali, aziende ospedaliere pubbliche e private, alimentari, cosmetiche, veterinarie, biotecnologiche, ict con applicazione nel sanitario etc..). In conformità con le tendenze emerse in ambito nazionale ed internazionale, sono state individuate cinque linee di intervento (o pillar) che caratterizzeranno le Tecnologie per la Salute del prossimo futuro: 1. E-Health 2. Nuovi Sistemi Diagnostici 3. Medicine Innovative 4. Prevenzione 5. Nuovi Approcci Terapeutici Ogni pillar è stato esaminato per la sua capacità di risposta alle tendenze globali (Megatrend) del mercato che caratterizzeranno i prossimi anni. In particolare sono stati esaminati i seguenti 7 Megatrend considerati particolarmente rilevanti per l area di interesse: Nuova composizione generazionale della popolazione Cloud intelligente Mondo virtuale Sviluppo delle reti ed intelligenza wireless Innovating to zero Pag. 4/96

7 5. NUOVI APPROCCI TERAPEUTICI 4. PREVENZIONE TECNOLOGIE PER LA SALUTE 3. MEDICINE INNOVATIVE 2. NUOVI SISTEMI DIAGNOSTICI 1. E-HEALTH Tecnologie abilitanti del futuro Cura e prevenzione nella sanità Per ogni pillar considerato, tenendo presente i megatrend, sono state individuate 24 tecnologie (o metodi) che possono supportare le imprese della regione nell affrontare tali tendenze del mercato. CLOUD COMPUTING HL7 E NUOVI PROTOCOLLI INTERNAZIONALI ALGORITMI DI CRIPTAGGIO E PROTEZIONE DATI SENSIBILI (SANITARI) DATABASE E NUOVE TECNICHE DI SCRIPT, SEARCH AND TAG NELLA RETE FORMATI DI COMPRESSIONE PER STORAGGIO DATI GENETICI NUOVI ALGORITMI PER MONITORAGGIO DEI TRIALS CLINICI TECNOLOGIE OTTICHE: SPETTROSCOPIA, POLARIMETRIA, LIGHT SCATTERING, FLUORESCENZA SINTESI ED APPLICAZIONE DI POLIMERI INTELLIGENTI PER IL SENSING E LA MICROFLUIDICA MICRO/NANO TECNOLOGIE TECNOLOGIE ED ALGORITMI DI ELABORAZIONE DI IMMAGINI IN TEMPO REALE TECNOLOGIE ICT PER LA DIAGNOSTICA REMOTA PROGETTAZIONE STRUTTURALE E SINTESI DI NUOVI COMPOSTI, OMICHE, HIGHT CONTENT SCREENING TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA FARMACEUTICA E LA NUTRACEUTICA AVANZATA BIOTECNOLOGIE E MANIPOLAZIONI CELLULARI NUOVI METODI PER IL MONITORAGGIO DEI FATTORI DI RISCHIO DI SVILUPPARE MALATTIE (TECNOLOGIE OMICHE : GENOMICA, PROTEOMICA, METABOLOMICA) TECNOLOGIE PER LA SICUREZZA E LA QUALITÀ DEGLI ALIMENTI TECNOLOGIE PER LA SICUREZZA MICROBIOLOGICA DEGLI ALIMENTI TECNOLOGIE PER LA DIMOSTRAZIONE DELL EFFETTO BENEFICO DEGLI ALIMENTI (HEALTH CLAIMS) SENSORI MULTIPARAMETRICI (MPS) PER IL RISCHIO CBRN (CHIMICO, BIOLOGICO, RADIOATTIVO, NUCLEARE) OMICA, TEST MULTIPARAMETRICI E ICT SCAFFOLD E INGEGNERIA TISSUTALE MDI, DPI E NEBULIZZATORI TECNOLOGIE CELLULARI, ANIMALI TRANSGENICI ED ALTRI MODELLI BIOMATERIALI In questo documento ogni tecnologia è descritta in sé e per il contributo che offre all azione in favore dei Pillar individuati. Infine, per ogni pillar sono state interpellate da 2 a 6 imprese particolarmente rappresentative (pivot) del territorio regionale, allo scopo di coglierne gli orientamenti sia in relazione ai megatrend che alle tecnologie identificate. Mediante questo processo sono stati acquisiti utili elementi per chiarirne ed interpretarne gli obiettivi tecnologici. Questi elementi possono contribuire alla definizione di un orizzonte tecnologico di interesse per il sistema economico regionale, fornendo indicazioni sia sullo stato dell arte scientifico, che sulle tendenze di mercato, che infine, sulle modalità più aggiornate attraverso le quali prepararsi per rispondere a tali tendenze. Pag. 5/96

8 2. NEW GENERATION 11. CURE & PREVENTING IN HEALTHCARE 4. SMART CLOUD 9. INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE FUTURE 5. VIRTUAL WORLD 8. INNOVATING TO ZERO 7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS Il grafico indica il grado di importanza relativa che le 23 imprese intervistate assegnano ai Megatrend per il proprio segmento di mercato. La scala è esclusivamente qualitativa e purtroppo risente della eterogeneità delle imprese, in numero e settore di riferimento. Emerge chiaramente che il Megatrend Cure & Preventing in Healthcare è stato ritenuto di maggiore importanza rispetto agli altri. Questo dato conferma la trasversalità del Megatrend su tutti i pillar e di conseguenza su tutti i settori delle imprese. L apparente scarso interesse invece legato ai Megatrend Innovating to zero e Smart Cloud è dovuto sicuramente al fatto che tali megatrend sono considerati impattanti su un unico pillar (ehealth) di cui sono state intervistate solo due imprese. Nonostante ciò, è importante sottolineare che per tali imprese i megatrend sono stati valutati di elevato interesse. Pag. 6/96

9 2 INTRODUZIONE A quasi dieci anni dal lancio della politica regionale per la ricerca e innovazione e dall avvio della Rete Alta Tecnologia, la Regione Emilia-Romagna e l intera comunità regionale dell innovazione avvertono l urgenza di delinearne lo sviluppo in un orizzonte di medio termine e di consolidarne l azione in favore delle imprese, con lo scopo ultimo di rafforzarne la presenza sul mercato e facilitarne la sostenibilità. Con questo obiettivo, e secondo le direttive Regionali del 2010, è stata avviata un attività di definizione degli scenari tecnologici rilevanti per l economia regionale, i cui esiti sono riportati in questo documento. L attività è stata coordinata da ASTER ed ha coinvolto l intera comunità dell innovazione del territorio, i ricercatori, e le imprese applicando una metodologia di lavoro studiata appositamente per identificare da una parte le tendenze generali dei mercati per i prossimi 5-10 anni, e dall altra lo stato dell arte tecnico-scientifico in alcune aree di interesse, confrontandole con la situazione regionale per giungere a suggerimenti di traiettorie tecnologiche che potrebbero offrire interessanti possibilità di allargamento di mercati o di consolidamento di quelli esistenti. Le aree sulle quali si è concentrato l interesse, anche su richiesta specifica dell Amministrazione regionale, sono state le seguenti: Green economy Innovazione nel manufacturing Tecnologie per la salute Pervasività dell ICT Esse rivestono, per motivazioni diverse, una grande importanza per la Regione Emilia-Romagna e per esse è particolarmente utile identificare le tendenze tecnologiche che caratterizzeranno i prossimi anni. Tali tendenze possono contribuire alla costruzione di programmi di sviluppo delle singole imprese e al consolidamento di conoscenze dei ricercatori che potranno essere in grado di offrire nuove opportunità di sviluppo ai soggetti economici non solo regionali. Inoltre, esse potranno costituire ambiti di possibile intervento della politica regionale a sostegno dell innovazione. E utile ricordare che l intero impianto dell attività è basato sull assunto che la ricerca applicata possa costituire la base della crescita competitiva di un territorio, e che essa debba essere favorita e sostenuta tenendo conto delle eccellenze e delle vocazioni territoriali ed utilizzando in modo efficace le tecniche del trasferimento di tecnologia valorizzando economicamente e socialmente i risultati della ricerca scientifica, in una ottica fortemente orientata all open innovation. Uno studio di prospettiva sulle tendenze tecnologiche considera dunque centrale il ruolo della ricerca scientifica cogliendone spunti e traiettorie filtrate attraverso la sua usabilità a medio termine, per fini economici e di mercato o sociali, e cogliendone vincoli ed opportunità. Pag. 7/96

10 L ambito di intervento di questo lavoro è quindi relativo all identificazione delle tecnologie, delle tecniche e dei metodi che potranno utilmente essere utilizzati a medio lungo termine dal sistema economico e sociale della Regione Emilia-Romagna per incrementare la sua competitività, per rafforzare la sua posizione sui mercati con prodotti e processi più sostenibili, e per rendere migliore la vita dei suoi cittadini. I punti di snodo del metodo utilizzato sono la reale applicabilità nel contesto regionale delle tecnologie proposte, confermata dalla presenza di imprese con ruolo-guida per posizione di mercato, autorevolezza e influenza sulla catena della subfornitura territoriale, e la loro adeguatezza rispetto alle grandi tendenze globali sociali e di mercato, con le quali tutti dovranno nei prossimi anni confrontarsi. Nella realizzazione del lavoro è stata utilizzata una metodologia concordata tra ASTER e dai membri della Rete Alta Tecnologia (imprese, università ed enti di ricerca) basata sulle seguenti fasi: 1. Creazione di team di scenario 2. Acquisizione dei Megatrend globali sociali e di mercato 3. Mappatura delle relazioni tra i megatrend e le 4 aree strategiche. Questa fase ha permesso di operare una selezione dei megatrend di maggiore impatto per ogni area strategica Pag. 8/96

11 4. Identificazione di un numero limitato di linee di intervento specifiche per ogni area strategica, i PILLAR 5. Mappatura delle relazioni tra i Pillar e i megatrend rilevanti. Questa fase ha consentito di analizzare i contenuti dei Pillar tenendo conto delle tendenze sulle quali essi possono avere influenza e dunque, in un certo senso, di ottenere i problemi generali ai quali essi possono offrire una valida soluzione. 6. Identificazione delle tecnologie-chiave (o dei metodi-chiave) che potranno essere considerati per affrontare le tendenze rilevanti. Le tecnologie o i metodi potranno essere utilizzati per la realizzazione di nuovi prodotti, o per l identificazione di nuovi processi che terranno conto dei trend generali e quindi potranno presentare maggiore attrattività per il mercato. 7. Identificazione di imprese o, in generale, di soggetti che possono incrementare le performance della loro attività mediante l utilizzo dei risultati della ricerca, con un ruolo di guida per il territorio, sia per la loro leadership di mercato che per la loro posizione sulla catena del valore, da considerare come pivot regionali. 8. Analisi del grado di consapevolezza dei pivot regionali sulle tecnologie identificate e sul loro ruolo nell evoluzione futura di medio periodo. 9. Attivazione di un processo ricorsivo per aggiornare in permanenza gli scenari in base ai feedback o alle linee guida regionali Pag. 9/96

12 L articolazione di questo documento utilizza la stessa sequenza operativa. Nel capitolo 3 sono descritti sinteticamente i megatrend generali utilizzati, viene analizzata la loro relazione con le quattro aree strategiche e, per quelli maggiormente rilevanti per l area TECNOLOGIE PER LA SALUTE viene proposta una descrizione più analitica, in cui vengono valorizzati gli aspetti di specifico interesse. Nel capitolo 4 viene presentata e discussa l organizzazione per linee di tendenza specifiche o Pillar, e viene mostrata la connessione tra ciascuna di esse e i megatrend per l identificazione delle tecnologie e delle eventuali metodologie-chiave. Nel capitolo 5 ogni pillar viene esaminato in dettaglio attraverso l analisi delle tecnologie-chiave, che considerano anche le opinioni dei pivot regionali. L attività qui descritta è stata svolta nell anno 2011 come parte del piano di attività integrato ASTER-Rete Alta Tecnologia ed ha coinvolto gruppi di lavoro identificati in sede di Comitati di Coordinamento delle Piattaforme Tecnologiche Regionali per le aree strategiche sopra descritte. A regime essa costituirà un attività permanente del piano di attività annuale, e potrà prendere in considerazione sia linee di intervento aggiuntive sulle stesse aree strategiche che aree strategiche aggiuntive, adeguandosi così alle evoluzioni tecnologiche e di mercato, ed agli interessi specifici del territorio. Pag. 10/96

13 3 MEGATREND E DRIVER DI CRESCITA IDENTIFICAZIONE DEI MEGATREND GLOBALI I megatrend utilizzati nella realizzazione dell attività sono quelli più recenti sviluppati sulla base di una originale metodologia dalla società di consulenza FROST&SULLIVAN 1, personalizzati ed ulteriormente definiti su commessa specifica per le esigenze e le aree di intervento di questo lavoro 2. I megatrend sono tendenze di sviluppo macroeconomico globale che hanno impatto sugli affari, sull economia, sulla società, sulla cultura e in generale sulla vita delle persone e contribuiscono ad costruire una plausibile visione del mondo del futuro e la sua evoluzione. I megatrend hanno significati e importanza diversa a seconda delle diverse imprese, dei diversi settori e delle diverse culture. La loro analisi e le loro implicazioni nei casi specifici formano una componente importante nella definizione delle strategie future e nelle politiche di innovazione, ed hanno ricadute importanti sui nuovi prodotti e sui nuovi processi. I megatrend possono essere usati come base per l assunzione di decisioni strategiche identificandone gli influssi sulle varie funzioni aziendali, dal marketing, alla pianificazione R&S, alla gestione delle risorse umane, ecc. L identificazione dei megatrend avviene con il coinvolgimento di un gran numero di tecnici analisti esperti nei vari settori che operano in tutto il mondo con un metodo comune, basato su quattro step: Selezione di megatrend attraverso analisi macroeconomiche, interviste e attività di brainstorming Generazione di uno scenario di fattori ed implicazioni per la società, per il mercato e per altri fattori chiave Analisi dell impatto di questo scenario su mercati specifici Analisi di opportunità/vincoli per segmenti di mercato definiti, con suggerimenti per definizione/sviluppo di pianificazioni tecnologiche Sulla base di questa metodologia sono stati identificati i seguenti 13 megatrend rilevanti per la nostra situazione territoriale: Si noti che, in generale, ogni considerazione riguardante scenari evolutivi futuri deve essere trattata da esperti nel settore con le debite cautele. Pag. 11/96

14 1. SMART CITIES AND INFRASTRUCTURES 2. NEW GENERATION 3. GEO-SOCIALIZATION CITTA E INFRASTRUTTURE INTELLIGENTI NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE GEO- SOCIALIZZAZIONE DESCRIZIONE SINTETICA In futuro aumenteranno le concentrazioni abitative e per esse sarà importante una gestione più intelligente e sostenibile, in relazione alle reti energetiche, alla mobilità, agli edifici. L efficienza energetica e le emissioni zero costituiranno la base per questa tendenza. La maggioranza della popolazione giovane sarà concentrata in India e in Cina, l Europa avrà il 20% del totale mondiale di popolazione ultraottantenne e le donne aumenteranno la presenza nella finanza e nel business. Le interazioni fra individui e fra organizzazioni e le possibilità di accesso a servizi saranno ripensate a partire dalle informazioni di localizzazione associate a dispositivi personali e pubblici 4. SMART CLOUD CLOUD INTELLIGENTE Nel futuro sarà possibile integrare cloud pubblici e privati e allocare cloud ad-hoc secondo le esigenze delle imprese. 5. VIRTUAL WORLD MONDO VIRTUALE Gli ambienti di simulazione saranno utilizzati in molti ambiti, ed in particolare nella difesa, nella medicina, nell educazione, nella mobilità e nel business Pag. 12/96

15 6. NEW BUSINESS MODEL DESCRIZIONE SINTETICA NUOVI MODELLI DI BUSINESS I modelli di business evolveranno verso condivisione di risorse (infrastrutture, macchinari) e pagamenti orari per servizi e per uso. 7. WIRELESS INTELLINGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS SVILUPPO DELLE RETI E INTELLIGENZA WIRELESS Nel futuro la connettività sarà principalmente wireless, aumenteranno i dispositivi disponibili, la loro interconnessione e la capacità di elaborazione. L ulteriore sviluppo della banda in termini di ampiezza e disponibilità influenzerà nuove generazioni di applicazioni e servizi e l intelligenza artificiale. 8. INNOVATING TO ZERO INNOVATING TO ZERO L innovazione di prodotti e processi sarà guidata dagli obiettivi resi radicali dalle esigenze sociali di ridurre a zero i difetti, le falle di sicurezza, gli errori, gli incidenti e le emissioni pericolose per l ambiente e la salute dei cittadini. 9. INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE FUTURE TECNOLOGIE ABILITANTI DEL FUTURO Crescerà l utilizzo di tecnologie oggi emergenti legate ai nanomateriali, all elettronica flessibile, ai laser, ai materiali intelligenti e così via. 10. E-MOBILITY 11. CURE & PREVENT IN HEALTHCARE MOBILITA ELETTRICA CURA E PREVENZIONE NELLA SANITA L uso di veicoli elettrici a 2 e 4 ruote aumenterà irreversibilmente erodendo la quota della mobilità tradizionale e saranno necessarie la realizzazione di nuove infrastrutture e l identificazione di nuove soluzioni tecnologiche. Accanto allo sviluppo delle nuove terapie, il valore sociale della salute ed del benessere delle persone aumenterà. I metodi di prevenzione e di cura dovranno considerarlo nell ipotizzare le proprie traiettorie di sviluppo. Pag. 13/96

16 DESCRIZIONE SINTETICA 12. FACTORY OF THE FUTURE: SMART AND GREEN IMPRESA DEL FUTURO: INTELLIGENTE E VERDE Aumenterà l utilizzo dell automazione industriale, il ricorso a tecniche di intelligenza artificiale e robot intelligenti. La produzione sarà sempre più rapida, efficiente e sostenibile. 13. GLOBAL POWER GENERATION RETi Dİ GENERAZİONE Dİ POTENZA ELETTRİCA DİSTRİBUİTE Aumenterà la quota di produzione di energia elettrica da parte dei paesi emergenti, e la quota proveniente da fonti rinnovabili. In particolare nella gestone delle reti che oggi vedono luoghi di produzione concentrati e con alta potenza, si dovranno considerare immissioni puntiformi dalla periferia verso il centro, con un diagramma di produzione stocastico derivanti da condizioni meteorologiche e alternanza giorno-notte. Pag. 14/96

17 3.2 IMPATTO DELLE AREE STRATEGICHE SUI MEGATREND Come anticipato in introduzione, il primo passo nell interpretazione dei Megatrend generali con riferimento alle quattro aree strategiche ed alla situazione specifica della Regione Emilia- Romagna, ha richiesto una analisi delle relazioni tra ogni area strategica e i 13 Megatrend, operando una selezione di tipo qualitativo per identificare le più rilevanti e le maggiormente significative per il territorio regionale. Ne è risultata, per ogni area strategica, una selezione di tendenze che sono particolarmente di interesse, con influenze importanti sui mercati e sui prodotti del futuro. Su tali tendenze si è concentrata l attenzione del gruppo di lavoro in quanto importanti drivers di mercato a cui rispondere con opportune tecnologie/tecniche che sono quelle discusse nel documento, e proposte come possibili soluzioni per affrontare le conseguenti sfide. Sulle tendenze selezionate si sono anche intervistati i pivot regionali, allo scopo di comprenderne il grado di consapevolezza e di importanza per il mercato di riferimento. Ne sono risultate quattro situazioni rappresentate qui di seguito, che mostrano, per ogni area strategica analizzata, le tendenze maggiormente significative. MEGATREND rilevanti per GREEN ECONOMY Pag. 15/96

18 MEGATREND rilevanti per INNOVAZIONE NEL MANUFACTURING MEGATREND rilevanti per TECNOLOGIE PER LA SALUTE Pag. 16/96

19 MEGATREND rilevanti per PERVASIVITA DELL ICT Pag. 17/96

20 3.3 I MEGATREND PIU RILEVANTI PER L AREA TECNOLOGIE PER LA SALUTE Le seguenti sette tendenze sono state considerate di particolare importanza per lo scenario TECNOLOGIE PER LA SALUTE. 2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE 4. CLOUD INTELLIGENTE 5. MONDO VIRTUALE 7. SVILUPPO DELLE RETI ED INTELLIGENZA WIRELESS 8. INNOVATING TO ZERO 9. TECNOLOGIE ABILITANTI DEL FUTURO 11. CURA E PREVENZIONE NELLA SANITA Nel seguito esse vengono descritte con maggior dettaglio, dandone una visione non generale ma specificamente orientata ai temi delle tecnologie per la salute. 2. NUOVA COMPOSIZIONE GENERAZIONALE DELLA POPOLAZIONE Uno degli aspetti più importanti della nostra società, direttamente collegati alla qualità della vita ed al benessere sociale, riguarda sicuramente il cambio demografico e l invecchiamento della popolazione. La popolazione mondiale attuale (dati relativi al 2010) è di 6.83 bilioni e nel 2020 ammonterà a 7.55 bilioni. Si assisterà pertanto ad un incremento demografico, fenomeno che verrà affiancato anche dal crescente invecchiamento della popolazione. Si stima che la popolazione ultrasessantenne mondiale raddoppierà percentualmente passando dal 7.76 % del 2010 al 15,9 % nel A livello europeo il fenomeno dell invecchiamento è maggiormente presente e tenderà ad aumentare. Nell attuale trend demografico circa il 20% è ultrasettantenne e le proiezioni più accreditate indicano che gli ultraottantenni raddoppieranno nell arco di 15 anni. Studi statistici dimostrano inoltre che la popolazione con più di 60 anni utilizza dalle 3-5 volte in più i servizi del sistema sanitario rispetto alla popolazione con età inferiore ai 60 anni. Il 75% della popolazione con più di 60 anni è affetta da almeno una patologia cronica, mentre il 50% è affetta da due o più patologie. La spesa relativa alle patologie croniche rappresenta il 60% dell intero costo relativo al settore della salute. Il fenomeno quindi dell invecchiamento porterà inevitabilmente ad un aumento delle patologie croniche con un conseguente incremento della spesa sanitaria. Pag. 18/96

21 4. CLOUD INTELLIGENTE Il concetto di cloud computing descrive in termini generali, la distribuzione della tecnologia informatica su richiesta con cui l utente finale riceve delle applicazioni, delle risorse informatiche e altri servizi (comprendendo i sistemi operativi e l infrastruttura) da un provider di servizi cloud tramite Internet. Il settore dell hosting non ha più bisogno del software e dei servizi di computing gestiti internamente, ma di quelli economicamente più vantaggiosi ed accessibili attraverso le economie di scala di un implementazione ospitata. L uso del cloud computing cambierà la società e l economia nei prossimi anni. Trattandosi di una general purpose technology (cioè che si applica in ogni settore) i suoi vantaggi possono essere notevoli anche nella Sanità. Esempi di sistemi della Sanità gestibili in cloud sono: il mobile e- health, la telemedicina, i servizi digitali al cittadino, il fascicolo sanitario elettronico, la dematerializzazione dei documenti clinici, la gestione di un archivio clinico, la logistica informatizzata dei farmaci, il business intelligence clinico e i gestionali clinici veri e propri. La sanità digitale deve combinarsi con il cloud per portare ad un abbattimento dei costi. 5. MONDO VIRTUALE In futuro gli ambienti di simulazione avranno sempre maggiore rilevanza nei campi della difesa, dell educazione della mobilità del business e della medicina. La simulazione 3D sarà molto utilizzata in medicina nella pianificazione preoperatoria, nel training del chirurgo, nel Computer Aided Surgery, nella diagnosi e nella riabilitazione. I vantaggi offerti dell approccio mini-invasivo sono il ridotto sanguinamento intra-operatorio grazie all accurata emostasi, la precoce mobilizzazione, il ridotto dolore post operatorio, il minore impatto psicologico, la precoce ripresa delle normali attività e gli indubbi vantaggi estetici. Ad oggi, il chirurgo può preparare l intervento nel modello virtuale 3D, eseguire più volte la procedura, ed infine utilizzare il modello virtuale come guida durante la reale operazione; il chirurgo può esplorare un ambiente virtuale creato tramite l utilizzo di una tecnica chiamata endoscopia virtuale i cui dati provengono da sorgenti non intrusive. Obiettivo futuro è la possibilità di visualizzare struttura anatomiche e patologiche che non possono essere viste direttamente tramite la sovrapposizione di modelli 3D virtuali alla vista reale del paziente. Il paziente diventa trasparente, le interfacce AR (Augmented Reality) forniscono ai medici una visione quasi a raggi X, si utilizzano immagini mediche ad alta risoluzione durante l operazione per sovrapporle all area chirurgica. Pag. 19/96

22 7. SVILUPPO DELLE RETI ED INTELLIGENZA WIRELESS Nel prossimo futuro le trasmissioni di segnali saranno sempre più decisamente realizzate attraverso tecniche wireless. Si stima che nel 2020 l 80% delle trasmissioni sarà di questo tipo ed integrata in unica piattaforma IT. Questa situazioni avrà implicazioni molto importanti anche nel settore della sanità. Le applicazioni di Mobile & Wireless Business aumenteranno sempre più in tutta la filiera della Sanità. Nell ambito dell Assistenza ospedaliera, ci sarà una forte crescita e diffusione delle cartelle cliniche elettroniche mobile che porteranno alla convergenza di diverse applicazioni rivolte ai medici e lo sviluppo delle applicazioni a supporto della somministrazione della terapia con PdA (Personal Digital Assistant) con lettore ottico e barcode identificativo di paziente e farmaco. Queste applicazioni verranno anche utilizzate sempre di più per l acquisizione dei dati fisiologici e vitali del paziente, al fine di monitorarne lo stato di degenza. Cresceranno anche le applicazioni basate su Sms per comunicare informazioni personalizzate ai pazienti tra cui i reminder delle prenotazioni e le notifiche che la documentazione sanitaria ed i referti clinici sono pronti per essere ritirati. Assisteremo anche ad un forte sviluppo delle applicazioni a supporto della tracciabilità di sacche di sangue, provette, referti, apparecchiature elettrobiomedicali e cartelle cliniche cartacee. Pag. 20/96

23 8. INNOVATING TO ZERO Innovating to zero amplia e sviluppa lo Zero-concept, ovvero il concetto di un futuro a zero emissioni, zero rifiuti, zero prodotti non riciclabili, zero debiti, zero incidenti, zero falle di sicurezza, zero errori ed altro ancora. Innovating to zero per il settore sanitario si traduce in zero errori in sanità (umani, organizzativi, uso di farmaci, chirurgici, uso di apparecchiature, esami e procedure diagnostiche, tempistica etc..) Le patologie di danno più frequenti risultano infezioni ospedaliere, mancate diagnosi infartuali, mancate diagnosi tumorali (con maggiore incidenza in ambito senologico), approcci chirurgici errati con maggior incidenza in campo ortopedico e neurochirurgia, danni da virus epatite C in seguito a trasfusioni, danni in ambito dentistico ed oculistico. Dovranno essere incrementate l utilizzo di modelli organizzativi uniformi per la gestione del rischio clinico, l utilizzo di metodi e strumentazioni di segnalazione di errori, sviluppo di supporti tecnologici per migliorare il livello di sicurezza, introduzione sempre più di sistemi computerizzati/automatizzati in operazioni a rischio quali identificazione del paziente, erogazione di un farmaco, prelievo di un campione per esami del sangue, trasfusioni. 9. TECNOLOGIE ABILITANTI DEL FUTURO Le tecnologie abilitanti per nuovi prodotti del futuro nel settore della medicina e della salute sono principalmente i materiali avanzati e le nanotecnologie. I nano materiali, caratterizzati da proprietà uniche, verranno sempre più utilizzate nel campo della ricerca sia in vivo che in vitro e nelle applicazioni biomedicali. Le nanotecnologie troveranno sempre più applicazione nella diagnosi, monitoraggio, prevenzione e cura di patologie. Verranno sempre più sviluppati nuovi sistemi di drug delivery, nuovi scaffold, nuovi agenti di contratto per imaging, innovativi miniaturised in vitro diagnostic devices. Pag. 21/96

24 11. CURA E PREVENZIONE NELLA SANITA Il rapido sviluppo demografico caratterizzato da uno spostamento della popolazione verso la terza età e l incremento di tutte le patologie croniche degenerative correlate all età (cardiopatie, ipertensione, diabete, Alzheimer, obesità) modificherà sempre più la gestione e l offerta in ambito medico e sanitario. In questi stravolgimenti il settore sanitario sarà al centro di cambiamenti futuri radicali che porteranno a una gestione del paziente meno invasiva, più preventiva e con medicinali fatti sempre più "su misura". Con spese per la sanità che saliranno fino al 20-30% dei budget statali entro il 2050, le dinamiche dell'indotto sanitario sono destinate a cambiare drasticamente. L ottimizzazione dell'intero processo sanitario dalla prevenzione alla diagnosi, dalla terapia alla riabilitazione e rieducazione svolgerà un ruolo chiave. Tecnologie innovative per la diagnosi e la terapia, combinate con l'information technology per l'ottimizzazione dei processi, costituiscono la leva decisiva nel miglioramento dell'assistenza sanitaria e nella preparazione per le sfide future. La medicina predittiva e preventiva assumerà un ruolo sempre maggiore. L approccio medico innovativo sarà finalizzato al mantenimento di tutte le funzioni tipiche della giovinezza (salute, bellezza, benessere globale) grazie all impiego di discipline mediche quali la biologia molecolare, la genetica e la medicina rigenerativa in sinergia con la corretta alimentazione. Pag. 22/96

25 4 ARTICOLAZIONE DELL AREA STRATEGICA A partire dalla Dichiarazione Universale dei Diritti Umani del 1948, la salute è considerata un diritto inalienabile dell individuo, derivante dall affermazione del più universale diritto alla vita e all integrità fisica di cui rappresenta una delle declinazioni principali. La garanzia di questo diritto è presente nelle Carte Costituzionali di diversi Paesi (Carta Costituzionale della Repubblica italiana, Articolo 32 La Repubblica tutela la salute come fondamentale diritto dell individuo e interesse della collettività, e garantisce cure gratuite agli indigenti ). La garanzia della salute e delle cure mediche estesa a tutta la popolazione è quindi un dovere dei sistemi sanitari, in larga misura pubblici o publico/privati in Italia e in Europa. Il mercato della salute al quale questo documento fa riferimento, rappresenta quindi una realtà complessa e variegata che si sviluppa secondo principi solidaristici (per normative e per legge naturale) e leggi del mercato. Sempre più i sistemi sanitari sono impostati secondo principi economici e sempre più l attenzione della politica si appunta sul valore e sulla gestione della spesa sanitaria. L individuo è comunque sempre al centro della scena, e di questo devono tener conto i diversi gestori delle questioni attinenti alla salute (la medicina, la politica, i fornitori di prestazioni, l industria, gli assicuratori e i soggetti regolatori). Due fattori caratterizzano il "mercato della sanità": l aumento dei costi della salute e i progressi della medicina. Altri fattori condizioneranno gli scenari futuri, fra i quali i cambiamenti demografici, il sempre più rilevante peso della economia della salute, la trasformazione di molte patologie da acute a croniche che si accompagna ad una attenzione sempre crescente alla prevenzione. Accanto ad un mercato della malattia (al alto/altissimo costo) si è sviluppato un mercato della salute che vede nella prevenzione un fattore trainante dei risparmi di spesa dei sistemi sanitari. Come questi due mercati siano destinati a intrecciarsi e influenzarsi è difficile da prevedere. Quanto la prevenzione sia in grado di incidere in prospettiva sul mercato della malattia, e quindi sui costi a carico dei sistemi sanitari, non è ancora chiaro. In tutte le società altamente sviluppate aumenta la percentuale di persone affette da malanni fisici o psichici. Si può però affermare che il mercato della malattia, fertilizzato da una medicina impostata sulla conoscenza dei meccanismi di malattia ( Evidence Based Medicine ) e dal confine labile fra ricerca precompetitiva e ricerca industriale, aumenti per la continua crescita del tasso tecnologico che lo investe, generando di conseguenza una maggiore aspettativa nelle popolazioni, mentre il mercato della salute cresca per l affermarsi di un concetto generale di wellness che pervade le società occidentali. In questo contesto di partnership economico/finanziaria pubblico/privato si inserisce l area strategica Tecnologie per la salute della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia-Romagna. Cinque pillar compongono lo scenario Tecnologie della Salute. Essi raccolgono l'eredità delle attività sviluppate dai gruppi di ricerca che hanno costituito il laboratorio a rete per la ricerca industriale denominato BioPharmaNet, il quale ha concluso la sua azione riversando ricercatori e strutture nei Tecnopoli Regionali. Pag. 23/96

26 Essi sono E-Health, Nuovi Sistemi Diagnostici, Medicine Innovative, Prevenzione e Nuovi Approcci Terapeutici. Ogni pillar esprime le Tecnologie chiave che guideranno le azioni di ricerca industriale applicate a specifiche tematiche per l'individuazione di prodotti innovativi Pag. 24/96

27 4.1 PILLAR E TECNOLOGIE Pag. 25/96

28 5 PILLAR DI INTERVENTO 5.1 E-HEALTH TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES La medicina moderna e l attuale sistema sanitario sono caratterizzati da profonde trasformazioni dovute sia ai notevoli risultati che scaturiscono dalla ricerca scientifica che al notevole sviluppo delle applicazioni tecnologiche. La sanità costituisce un comparto importante della società, dell economia, della scienza e della tecnica con un alto impatto sociale per le fortissime aspettative da parte dei cittadini. Oggi la sfida della salute come parte integrante del welfare può essere affrontata, oltre che con corrette scelte di politica sociale, anche facendo ricorso in modo massiccio alla ricerca e all innovazione. Le applicazioni dell ICT in Sanità vanno sotto il nome di e- health, la definizione di e-health include un vasto spettro di applicazioni necessarie al governo del sistema sanitario, all esercizio dell attività assistenziale e alla gestione delle risorse per il paziente. Quindi l e-health è l insieme di metodi e strumenti infotelematici in grado di semplificare e migliorare le attività di erogazione dei servizi sanitari e processi di cura dei pazienti e anche nella ricerca diagnostica e scientifica. L uso di strumenti ICT è volto a migliorare e razionalizzare i processi e i servizi sanitari a livello dei sistemi informativi nazionali, regionali e locali. Internet è già usato frequentemente nel mondo della ricerca clinica. Istituzioni pubbliche e private come FDA, National Institutes of Health, EMEA, diverse Agenzie del Farmaco nazionali, CenterWatch, aziende farmaceutiche o associazioni di pazienti, per fare solo qualche esempio, offrono informazioni aggiornate sulla ricerca clinica, per favorire l informazione del pubblico e la Pag. 26/96

29 ricerca di studi clinici da parte di sperimentatori e pazienti. Inoltre, l ICT ha un ruolo fondamentale nella gestione quotidiana degli studi clinici. L ICT offre la possibilità di sistemi di monitoraggio che i pazienti possono indossare mentre svolgono la loro attività quotidiana, che possono essere utilizzati a casa regolarmente o portati agevolmente con sé. Questi sistemi sono generalmente facili da usare, possono fornire dati affidabili e preziosi su molteplici parametri (ECG, frequenza cardiaca, pressione arteriosa, glicemia, parametri respiratori, etc.) e trasmetterli verso sedi remote, in modo che i medici possano prendere decisioni fondate sul trattamento senza dover scomodare il paziente e senza doversi recare al suo domicilio. Un altro campo molto interessante è quello della teleradiologia, che può consentire l integrazione dei dati clinici con le radiografie prese anche a casa, con il minimo disturbo per il paziente e con un grande valore aggiunto per la sperimentazione clinica. Le priorità tematiche identificate sono: 1. Interoperabilità 2. Standardizzazione 3. Sicurezza 4. Digital Divide e Generazione Y 5. Medicina Personalizzata Le key technology individuate sono: KT1.1 CLOUD COMPUTING Stiamo cominciando a parlare del Web 3.0 (la rete globale dell informazione sempre disponibile e degli oggetti che possono interagire fra loro, con i server e con le persone nel nostro caso, con il medico). Questo significa informazione «nella nuvola» o, Cloud Computing, in quanto i dati non saranno più archiviati nel proprio computer, ma saranno disponibili in rete, e quindi accessibili da qualsiasi computer abbia una connessione ad internet. KT1.2 HL7 E NUOVI PROTOCOLLI INTERNAZIONALI HL7 e nuovi protocolli internazionali rappresentano standards orientati agli oggetti e tutto il contenuto è basato sul concetto di modello informativo (specifica strutturata delle informazioni contenute all interno di un particolare dominio di interesse). Nel modello informativo le informazioni sono organizzate in classi, che possiedono i propri attributi e che mantengono delle relazioni con altre classi. KT1.3 ALGORITMI DI CRIPTAGGIO E PROTEZIONE DATI SENSIBILI (SANITARI) Persone sono infatti di particolare delicatezza, per questo definiti dati sensibili, e non possono essere diffusi. Ad essi il Codice sulla protezione dei dati personali attribuisce una tutela rafforzata Pag. 27/96

30 e stabilisce le regole per il loro trattamento in ambito sanitario, tenendo sempre conto del ruolo professionale dei medici e del personale paramedico. KT1.4 DATABASE E NUOVE TECNICHE DI SCRIPT, SEARCH AND TAG NELLA RETE Tra gli strumenti specifici di software collaborativo che sono stati adattati ad uso delle imprese si possono citare i sistemi di ricerca mediante ipertesto, i wiki, i blog, il social bookmarking per costruire le folksonomie (classificazione sociale operata liberamente da tutti gli utenti), i sistemi di RSS (Really Simple Syndication) per l aggiornamento automatico sui siti internet di proprio interesse, i programmi collaborativi di pianificazione per la gestione comune dei progetti, gli strumenti di «social networking» e di mashup: meccanismi di ricerca (Search); possibilità di partecipare alla stesura dei testi (Authoring); etichette o parole chiave (Tags); segnali automatici per notificare aggiornamenti (RSS). In questo modo, le persone diventano il motore del sistema, infrangendo le classiche barriere all ingresso e sentendosi libere di collaborare, qualsiasi sia il loro ruolo e la loro posizione, sia all interno che all esterno dell azienda. Gli strumenti di User Generated Content (UGC) (contenuto generato dagli utenti) sono già usati da molti di noi per differenti scopi. KT1.5 FORMATI DI COMPRESSIONE PER STORAGGIO DATI GENETICI KT1.6 NUOVI ALGORITMI PER MONITORAGGIO TRIALS CLINICI I sistemi di Remote Data Entry (I-RDE) o di Electronic Data Capture (EDC), basati su internet e non troppo affidabili molti anni fa, sono sempre più utilizzati grazie alla diffusione della banda larga e possono contribuire a grandi risparmi economici nella gestione di una sperimentazione. Il miglioramento della raccolta di dati dal paziente per mezzo di strumenti elettronici ha fatto sì che i Patient-Reported Outcomes (epro) sono considerati oggi una misura diretta di segni e sintomi, e danno particolare importanza alle esperienze personali del paziente. Lo strumento elettronico, in effetti, consente standard più elevati e più costanti, leggibilità più precisa e migliore aderenza al protocollo sperimentale, migliorando al tempo stesso la qualità e i tempi dell analisi statistica. Molti strumenti diversi, già di uso corrente in altri campi, possono cambiare radicalmente lo scenario dell ICT in Sanità TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES La Commissione europea ha pubblicato un sondaggio paneuropeo sui servizi elettronici di assistenza sanitaria (e-health), dal quale risulta che l 87% dei medici europei (medici generici) usa il computer (l Italia é all 86%) e il 48% dispone di una connessione a banda larga (in Italia sono il 49%). I medici europei ricorrono sempre più ai mezzi elettronici per archiviare e inviare i dati dei Pag. 28/96

31 pazienti, come ad esempio i referti di laboratorio. Grazie alla diffusione delle applicazioni di sanità elettronica, l assistenza sanitaria in Europa secondo la Commissione é già migliorata, dotandosi di un amministrazione più efficiente e riducendo i tempi di attesa per i pazienti. L indagine evidenzia anche le aree in cui i medici potrebbero fare maggior ricorso alle tecnologie dell informazione e delle comunicazioni per offrire, ad esempio, servizi di telesorveglianza, ricetta elettronica e assistenza medica transfrontaliera. Secondo il sondaggio sull uso dell informatica tra i medici generici in Europa le applicazioni di sanità elettronica assumono un ruolo sempre più importante nella pratica medica. Sussistono tuttavia notevoli differenze all interno dell Europa quanto alla loro disponibilità e utilizzazione. Il mercato dell'e-health europeo è attualmente stimato intorno ai 15 miliardi e cresce ogni anno del 2,9%. Le più recenti ricerche indicano che il 29 per cento dei cittadini UE supererà i 65 anni di età nel 2050, e abbiamo combattuto la crisi finanziaria più grave delle ultime decadi. Il grande tema dei tempi attuali è ottenere di più spendendo meno. La ehealth è uno dei migliori modi per affrontare questa sfida. Dai dati esposti emergono tre scenari di cambiamento a breve/medio periodo: Cambiamento strutturale dei servizi assistenziali attraverso una transizione verso modelli in rete disegnati attorno ad una patologia o ad una serie di patologie correlate e che mette al centro il paziente e il valore del sistema. Le criticità che nascono da questo scenario si basano sulla molteplicità di sistemi informatici ospedalieri e alla difficoltà di dialogo tra sistemi con finalità comuni (la diagnosi, la terapia etc.) ma linguaggi differenti. Questo scenario pone l accento sul tema dell interoperabilità, la standardizzazione e la sicurezza dei dati. Crediamo che attraverso questi Key driver l e-health applicato ai nuovi Network ospedalieri sarà motore per un abbattimento dei costi sia nella prospettiva del paziente (il paziente potrà usufruire delle migliori cure vicino casa perché saranno i dati a viaggiare nella rete) sia dal punto di vista del sistema sanitario che vedrà il riutilizzo di dati e informazioni cliniche in strutture differenti. Di conseguenza prevediamo un forte investimento da parte delle imprese in in Key Technologies quali: Cloud Computing, HL7 e standard Sistemi per il criptaggio dei dati sanitari Il secondo scenario si delinea nella consapevolezza che negli ultimi anni c è stato una notevole diminuzione del Digital Divide con una crescita esponenziale dell uso di tecnologie web-based da parte della popolazione. La nuova generazione è costituita da persone che navigano quotidianamente e sono costantemente alla ricerca di informazioni anche sul proprio stato di salute. I nuovi pazienti sono ben informati e condividono in modo attivo, anche attraverso la partecipazione a blog e social network, la propria esperienza clinica con pazienti affetti dalla stessa patologia o patologie simili. Consapevoli del cambiamento riteniamo che percorrere la strada del Mobile health sia necessario per venire incontro alle esigenze del mercato e dei suoi attori principali. Il paziente sempre più Pag. 29/96

32 informatizzato dovrà essere dotato di strumenti all avanguardia per il management della propria patologia. Specialmente per coloro che quotidianamente affrontano le difficoltà delle malattie croniche le quali richiedono un monitoraggio frequente. L avvento del Mobile Health garantirà una diminuzione consistente dei costi legati al follow up e garantirà un costante aggiornamento dei dati clinici e biologici sempre più importante per un avanzamento nelle diagnosi e nelle terapie. Le Key Technologies coinvolte sono quelle coinvolge nel mondo del Web 2.0 quali: Meccanismi di ricerca (Search) Possibilità di partecipare alla stesura dei testi (Authoring); Etichette o parole chiave (Tags); Segnali automatici per notificare aggiornamenti (RSS) Il terzo scenario si basa sull avvento sempre più attuale della Medicina Personalizzata. La pubblicazione della sequenza del genoma umano nel 2001, ha concettualmente sancito il passaggio della nostra generazione all era delle scienze della vita basate sulla conoscenza della sequenza dei genomi. Da allora, anche in seguito alla disponibilità dei dati sui genomi di varie specie, è diventato sempre più chiaro che la decodifica delle informazioni contenute nelle sequenze è un passaggio fondamentale per comprendere meccanismi biologici complessi quali l evoluzione delle specie o la predisposizione al cancro. Dal 2001 ad oggi inoltre le differenze tra i genomi dei diversi individui, ovvero i polimorfismi di sequenza, hanno assunto un ruolo sempre più importante nella ricerca genomica. Il recente sequenziamento dei genomi di due individui ha fornito la prima forte evidenza della misura delle differenze tra individui umani e ha reso evidente quanto sia importante la conoscenza delle variazioni del genoma in un numero molto grande (migliaia) di individui, collegata alla conoscenza di dati fenotipici e clinici, per un utilizzo diretto dei dati di sequenza dalla vita reale, ovvero per un loro uso corrente nelle scienze dalla vita come la medicina clinica. Le nuove tecnologie di sequenziamento hanno però nella mole di dati che producono un punto critico, è considerazione comune che nuovi strumenti ICT devono essere ideati e progettati per gestire le informazioni genetiche e soprattutto attraverso algoritmi ad hoc trarre informazioni utili da un complesso dedalo di dati non significativi. Creare cluster di pazienti accumunati da patrimoni genetici simili in relazione a evidenze fenotipiche patologiche porterà una notevole riduzione dei costi legati sia al drug discovery che in un secondo momento ai Trials Clinici. Oltre al cutting costs la medicina personalizzata avrà ripercussioni positive sul Time to market dei farmaci nonché sulla sempre crescente spesa sanitaria che se non gestita con l obiettivo della prevenzione e della cura personalizzata, rischia nei prossimi anni di diventare finanziariamente insostenibile. Il notevole progresso nel campo della Biologia molecolare sarà sicuramente un traino per le tecnologie informatiche che dovranno rispondere in modo più veloce ed efficiente a nuovi protocolli di ricerca. Inevitabile quindi un investimento in tecnologie quali: Pag. 30/96

33 Remote Data Entry (I-RDE) o di Electronic Data Capture per storaggio dati genetici, Patient-Reported Outcomes (epro) ovvero nuovi algoritmi per monitoraggio dei trials clinici BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI Nei paragrafi precedenti sono state messe in evidenza le tematiche e le Key Technologies con riferimento ai Megatrend a carattere internazionale. In questo breve paragrafo, questi aspetti sono riportati nel contesto regionale considerando come riferimento alcune aziende pivot per l ehealth. La trattazione che segue fa esclusivo riferimento a quanto emerso dalla somministrazione del questionario, quindi non è da considerarsi esaustiva ma ha un carattere esemplificativo della situazione regionale. Megatrend e Tematiche: Con riferimento al mercato di competenza, le aziende hanno indicato l impatto sul loro business del megatrend/tematica. Da quanto emerge tutte le aziende hanno espresso un interesse medio-alto rispetto ai Megatrend identificati. Si evidenzia inoltre una relazione proporzionale rispetto alle dimensioni aziendale e Megatrend ad alto grado di investimenti. Le aziende medio piccole hanno indicato come interesse alto i Megatrend che nel medio e lungo periodo non comportano la necessità di investimenti corposi. La crescita del volume aziendale e dei dipendenti consente un allargamento anche a tematiche di forte impatto innovativo come lo Smart Cloud o il Wireless. Key Technologies: Le informazioni acquisite dalle aziende pivot in relazione alle Key Technologies mostrano un andamento simile a quanto rilevato nei Megatrend. Sono risultate di grande interesse le tecnologie legate alla Medicina Personalizzata: Remote Data Entry (I-RDE) o di Electronic Data Capture (EDC) e Patient-Reported Outcomes (epro). Anche le nuove tecnologie per una relazione medico paziente che ricalchi il Web 2.0 di estrazione imprenditoriale con tecnologie quali nuove tecniche di Script, Search and Tag nella rete. Infine pur riscuotendo un certo interesse i forti investimenti richiesti per le tecnologie legati allo Smart Cloud: Cloud Computing, HL7 e standard, Sistemi per il criptaggio dei dati sanitari ne frenano il coinvolgimento delle imprese di piccole e medie dimensioni destinatarie principali del questionario da noi sottoposto. Pag. 31/96

34 5.1.4 BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINKS A DOCUMENTI 1. A standard based approach for biomedical knowledge representation. Farkash A, Neuvirth H, Goldschmidt Y, Conti C, Rizzi F, Bianchi S, Salvi E, Cusi D, Shabo A.Stud Health Technol Inform. 2011;169: Mobile healthcare information management utilizing Cloud Computing and Android OS. Doukas C, Pliakas T, Maglogiannis I.mConf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010;2010: Webcasting in home and hospice care services: virtual communication in home care. Smith-Stoner M. Home Healthc Nurse Jun;29(6): GRUPPO DI LAVORO Istituto Ortopedico Rizzoli: Luca Sangiorgi, Luca Battistelli, Marina Mordenti PIVOT REGIONALI Alya Imola (BO) Data Processing Bologna (BO) Pag. 32/96

35 5.2 NUOVI SISTEMI DIAGNOSTICI TEMATICHE IDENTIFICATE E KEY TECHNOLOGIES Nel corso degli anni abbiamo assistito ad un progressivo e crescente ricorso alla tecnologia per migliorare e potenziare la diagnostica medica. Partendo dall analisi delle tematiche e delle tecnologie che caratterizzano la ricerca in questo ambito, abbiamo ipotizzato possibili sviluppi e scenari. Di seguito, in un ottica non esclusiva, sono riportate alcune tematiche e tecnologie che potenzialmente potranno caratterizzare la ricerca nella diagnostica medica nel prossimo futuro. Le priorità tematiche identificate sono: 1. Metodi, tecniche e dispositivi diagnostici non-invasivi o minimamente invasivi 2. Metodi, tecniche e dispositivi diagnostici in-vitro e ex-vivo 3. Sistemi e sensori per la diagnostica decentralizzata 4. Diagnostica per immagini 5. Metodi diagnostici di allerta precoce e primi interventi di cura Le key technologies individuate sono: 1. Tecnologie ottiche: spettroscopia, polarimetria, light scattering, fluorescenza 2. Sintesi ed applicazione di polimeri intelligenti per il sensing e la microfluidica 3. Micro/nano tecnologie 4. Tecnologie ed algoritmi di elaborazione di immagini in tempo reale 5. Tecnologie ICT per la diagnostica remota Pag. 33/96

36 Esiste una stretta correlazione tra tutte tematiche e tutte tecnologie individuate. A titolo esemplificativo, di seguito si riporta uno schema che descrive quali tecnologie possono contribuire maggiormente allo sviluppo delle specifiche tematiche individuate. Di seguito vengono brevemente illustrate le singole tematiche con riferimento alle tecnologie individuate. 1. Le procedure diagnostiche non-invasive o minimamente invasive rappresentano un elemento chiave nello sviluppo della moderna diagnostica. Il mercato globale delle tecniche mediche non invasive o minimamente invasive è in costante crescita negli ultimi anni, principalmente nel settore delle tecniche chirurgiche, ma anche in quello delle tecniche diagnostiche sia mediante imaging molecolare che biosensori. I vantaggi nell uso di tali tecniche sono notevoli dal punto di vista economico e sociale, in quanto permettono una ridotta ospedalizzazione e un più rapido recupero da parte dei pazienti. Le tecnologie che potrebbero condizionare lo sviluppo di questa tematica sono: (i) tecnologie ottiche, (ii) Micro/nano tecnologie e (iii) Tecnologie ed algoritmi di elaborazione di immagini in tempo reale. 2. Il mercato della diagnostica molecolare è un segmento ad alta crescita nell ambito dell industria per la diagnostica che ha raggiunto i 36 miliardi di dollari nel 2008 (Frost & Sullivan report, "Western European IVD Market", 2008) e presenta previsioni di crescita molto interessanti. In questo settore, l implementazione tecnologica che più si intravede è nei settori della genomica, proteomica, metabolomica e nell uso delle tecniche miniaturizzate e delle nanobiotecnologie. Le Pag. 34/96

37 tecnologie che potrebbero condizionare lo sviluppo di questa tematica sono: (i) tecnologie ottiche, (ii) sintesi e applicazioni di polimeri intelligenti per il sensing e la microfluidica e (iii) Micro/nano tecnologie. 3. Il crescente utilizzo di computer portatili, palmari e telefoni cellulari ha stimolato la ricerca verso soluzioni in grado di garantire possibilità diagnostiche decentralizzate. Numerosi studi e ricerche hanno analizzato le tecnologie e le modalità di migrazione dei POC (Point-of-Care) dall'ambiente ospedaliero a una serie di ambienti non convenzionali quali il posto di lavoro o la propria abitazione. Questo risulta particolarmente interessante considerando il progressivo invecchiamento della popolazione. A livello europeo, ad esempio, si stima che gli over 65 passeranno dal 17% del 2005 al 30% nel 2050 (fonte Eurostat). Le tecnologie che potrebbero condizionare la realizzazione di questa tematica sono lo sviluppo di: (i) polimeri intelligenti per il sensing e la microfluidica, (ii) tecnologie ed algoritmi di elaborazione di immagini in tempo reale e (iii) tecnologie ICT per la diagnostica remota. 4. La diagnostica per immagini ha avuto un ruolo preponderante come strumento clinico negli ultimi decenni. Si stima un mercato globale di sistemi per la diagnostica per immagini di 26.4 miliardi di dollari nel 2015 (Imaging Technology News, September 30, 2009). Da un punto di vista scientifico, la diagnostica per immagini è altamente multidisciplinare e interdisciplinare che richiede il coinvolgimento diretto di competenze in fisica, chimica, biologia, matematica, ingegneria, informatica e medicina. Le tecnologie che potrebbero condizionare lo sviluppo di questa tematica sono: (i) tecnologie ottiche: spettroscopia, polarimetria, fluorescenza, light scattering; (ii) Micro/Nanotecnologie per analisi strutturali e funzionali: AFM, nanoparticelle, quantum dots.(iii) Tecnologie ed algoritmi di elaborazione di immagini in tempo reale e (iv) imaging statico e dinamico di marcatori specifici. 5. Le evidenze scientifiche oggi disponibili hanno dimostrato che, mediante programmi di screening e trattamento tempestivo, è possibile migliorare enormemente l efficacia della cura e contestualmente ridurre drasticamente l impatto sociale di numerose malattie. Nel corso degli anni si è anche diffusa la corretta convinzione che la diagnosi precoce giochi un ruolo fondamentale nell aumento delle probabilità di guarigione. Si ritiene quindi strategico investire nello sviluppo di tecnologie e metodi che facilitano e rendano più efficace la diagnostica di allerta precoce e primi interventi di cura. Le tecnologie che potrebbero condizionare lo sviluppo di questa tematica sono: (i) tecnologie ottiche: spettroscopia, polarimetria, fluorescenza, (ii) Micro/Nanotecnologie (iii) polimeri intelligenti per il sensing e la microfluidica e (iv) tecnologie ICT per la diagnostica remota. Pag. 35/96

38 5.2.2 TREND DELLE KEY TECHNOLOGIES Di seguito vengono analizzati alcuni possibili trend delle key technologies nell ambito delle priorità tematiche identificate. 1. Nell ambito delle procedure diagnostiche non-invasive o minimamente invasive si possono prevedere diverse linee di sviluppo possibili: a) La diagnostica non-invasiva ha beneficiato maggiormente degli straordinari avanzamenti nella conoscenza sull interazione radiazione-materia. Lo sviluppo tecnologico ha favorito l applicazione di questa conoscenza con ritmi crescenti. L uso di radiazioni sicure come quelle ottiche (visibile, NIRS, IR) consentirebbe di abbattere notevolmente il rischio associato all indagine. Le informazioni quantitative e/o funzionali ottenibili da queste metodiche saranno ottenute sfruttando alcuni aspetti dell interazione radiazione-materia peculiari di questi intervalli spettrali. b) Uso di traccianti specifici nel molecular imaging. Bioconiugati di traccianti contenenti radionuclidi, sonde fluorescenti o agenti di contrasto per NMRI, vale a dire sistemi in cui il tracciante sia legato ad un anticorpo o ad un ligando specificamente riconosciuti da cellule in stato patologico, possono aumentare le capacità predittive delle tecniche di imaging in quanto rendono possibile focalizzare il segnale su regioni contenenti uno specifico marker. Le nanotecnologie possono offrire nuovi strumenti quali nanoparticelle, quantum dots, che opportunamente funzionalizzate possono essere utilizzate in diagnostica per tecniche dinamiche di imaging. In questo modo sarà possibile rivelare sempre più precocemente stati patologici in base alle caratteristiche dei tessuti stessi. c) I notevoli progressi nell ambito delle micro/nano-tecnologie potranno essere anche sfruttati per la realizzazione di dispositivi di indagine non invasiva o minimamente invasiva. Per quanto riguarda il primo aspetto le nanotecnologie offrono la possibilità di effettuare analisi in loco sulle emissioni cutanee di diversi composti ritenuti marker di specifiche patologie. In particolare la realizzazione di tecniche gascromatografiche miniaturizzate può permettere di analizzare l ossido nitrico (marker per patologie cardiovascolari, Alzheimer, et.) e i composti organici volatili VOC (marker per ulcerazioni e helico bactery) presenti nel sangue attraverso la loro determinazione nelle emissioni cutanee con tecniche di stripping. Per quanto riguarda il secondo aspetto, sulla scorta dell esperienza già affermata dei lab-on-achip e delle smart pills, è possibile intravedere per il futuro la possibilità di dispositivi micro-robotici in grado di essere alloggiati su cateteri o di navigare in modo autonomo all interno dell organismo. All interno di questi dispositivi, grazie alle tecnologie NEMS (Nano Electro-Mechanical Systems) sarà possibile realizzare Pag. 36/96

39 dei piccoli laboratori di analisi in grado di misurare in situ analiti di interesse. L uso di tecnologie ottiche integrate in questi dispositivi robotici consentirà di rivelare biomarker specifici (proteine o DNA). d) Gli odierni metodi per la diagnosi precoce e le terapie risolutive per la maggior parte delle malattie neurodegenerative ed infiammatorie (ad es. La malattia di Alzheimer, Parkinson, Sclerosi multipla, Sclerosi amiotrofica laterale) necessitano di dispositivi che rispondano ai requisiti di minima invasività e alta efficienza. In tale ambito le Micro/nanotecnologie possono portare alla realizzazione di biosensori sensibili a differenti parametri (sensitive multiparameters sensor MPS) utili per la rivelazione ed analisi quali-quantitative di biomarker specifici di patologie neurodegenerative ed infiammatorie in fluidi organici. Essi potranno essere integrati a sistemi di microfluidica e realizzati con sistemi di trasduzione del segnale ottica e/o elettronica (ad es. OLET; OFET, nanowires, microelectrode array). Lo sviluppo di biosensori potrà offrire vantaggi anche nella rigenerazione di tessuti danneggiati al fianco della terapia cellulare con cellule staminali/progenitrici che rappresenta il futuro terapeutico per le malattie neurodegenerative. L'applicazione delle nanotecnologie consente il controllo su scala nano-micrometrica di caratteristiche topografiche, elettrochimiche e chimiche dei materiali fondamentali per lo sviluppo di sistemi miniaturizzati e biocompatibili che possono essere utilizzati sia nella ricerca di base che nella medicina traslazionale. 2. Il trend generale è quello di ridurre i tempi di analisi e di utilizzare tecniche sempre più sensibili, in particolare le cosiddette tecniche ultrasensibili che permettono di tracciare biomarker specifici a livelli molto bassi. Questo consente di ridurre il volume di campione biologico richiesto per l analisi rendendo meno critico il prelievo. L integrazione di membrane chimiche e biologiche in dispositivi plastici consente di realizzare substrati di sensing di dimensioni millimetriche per l analisi di fluidi biologici. Questi substrati sono completati con sistemi di trasduzione elettro-chimici, ottici, impedenziometrici e magnetici oltre a moduli di microfluidica e circuiti elettronici per condizionamento di segnale. Queste strutture possono sostituire sistemi complessi per analisi chimico-cliniche garantendo una diagnostica accurata e rapida. Inoltre grazie alle dimensioni ridotte di questi sistemi il volume di liquido biologico richiesto per l analisi è minimo. Particolarmente interessanti in questo settore sono i sistemi biofotonici che comprendo fra l altro le tecniche plasmoniche (SPR, SPRI), l uso di guide d onda e di fibre ottiche fotoniche o microstrutturate. Anche le tecniche elettrochimiche avanzate e la chemiluminescenza e l elettrochemiluminescenza hanno una notevole rilevanza in questo settore. Il trend tecnologico è quello di includere in questi sistemi materiali micro- e nanostrutturati (ad esempio guide d onda, fibre fotoniche, nanopori), abbinati ad un controllo microfluidico, a sensori ed elettronica realizzati direttamente sul supporto plastico. Questo permetterebbe di creare dei Pag. 37/96

40 dispositivi di dimensioni ancora più ridotte, a basso costo (soluzioni disposable). Lo sviluppo di questi dispositivi richiede competenze interdisciplinari che spaziano dalla chimica alla biologia, dalla fisica alla microelettronica. Questa tecnologia permette di intravedere diverse possibili linee di sviluppo tecnologico: a) Tecniche massive di screening multiplo, che possono far uso di piattaforme ad alta tecnologia disponibili commercialmente, ad esempio metodi di proteomica, metodi di genomica, ecc. In particolare, tecniche di microarray e di spettrometria di massa vengono impiegate per lo screening simultaneo di molti analiti, fornendo un quadro molto esaustivo di una data situazione o patologia in tempi di analisi ridotti rispetto a tecniche più convenzionali impiegate nella diagnostica. b) Trasformazione di alcune piattaforme tecnologiche in strumentazioni più semplici mediante integrazione e miniaturizzazione dei sottosistemi che le compongono. In questo ambito sarà essenziale lo sviluppo di materiali a basso costo opportunamente trattati per la realizzazione elementi di sensing. Ad esempio (i) la realizzazione di dispositivi per la rivelazione di biomarker a DNA o proteine realizzati su supporti polimerici, (ii) la produzione di sonde molecolari a grande affinità e selettività opportunamente progettate. c) L uso di protocolli di rivelazione ultrasensibili (in grado di rilevare mutazioni a livello di singola cellula), in particolare quelli basati su nanoparticelle e nanostrutture (come i dendrimeri) che permettono di amplificare l intensità dei segnali di rivelazione dei target. Nuovi substrati per la sensoristica vengono anche da nuovi materiali quali nanotubi al carbonio o il grafene. Alcuni esempi notevoli dell uso di tali tecniche sono stati recentemente descritti in letteratura, con la possibilità di analizzare campioni sempre più piccoli (fino ad alcuni nanolitri) e poco concentrati (nel range zeptomolare). Questo permette l accesso a una serie di biomarker presenti in quantità anche molto basse. Recentemente sono stati sviluppati immunosensori amperometrici con responso amplificato tramite utilizzo combinato di nanoparticelle d oro e dendrimeri. Tali sensori sono stati validati come potenti strumenti diagnostici per la determinazione di importanti biomarker, come l alfafetoproteina, in siero umano. Inoltre, nel campo dell analisi del DNA l uso di sistemi ultrasensibili permette di evitare le tecniche amplificative quali la PCR (metodi PCRfree), semplificando notevolmente le procedure e la strumentazione necessari. d) La messa a punto di protocolli di analisi innovativi che permettano di sfruttare appieno le possibilità offerte dalle nuove tecnologie. Per esempio un progetto che da diversi anni viene perseguito da scienziati di tutto il mondo è quello di monitorare alcuni aspetti clinici legati alle gravidanze in maniera non invasiva facendo uso di biomarker presenti nel sangue, ivi compresi il DNA e l RNA fetale. A Pag. 38/96

41 tale scopo sono necessari sistemi ultrasensibili (in grado di rivelare gli analiti che hanno concentrazione molto bassa) e ultraselettivi (dovendo distinguere il DNA fetale in presenza di un largo eccesso di DNA materno). 3. Tenendo conto del considerevole capitale informativo che caratterizza il settore sanitario, si ritiene che l importanza delle applicazioni ICT andrà via-via crescendo, migliorando l efficacia del sistema e riducendo i costi. L assistenza sanitaria potrà puntare su una maggiore personalizzazione dei servizi e consentirà ai medici di eseguire diagnosi remote, inoltrare direttamente le prescrizioni ai farmacisti, ecc. Da questo punto di vista, l obiettivo a cui deve tendere questa linea di ricerca è rappresentato da una diagnostica pervasiva, efficace, facilmente fruibile e a basso costo. a) progettazione di nuovi sensori e sistemi di monitoraggio facilmente utilizzabili in ambienti non controllati. Quando possibile, gli attuali sistemi utilizzati in ambiente ospedaliero saranno il punto di partenza; questi andranno ovviamente rivisti per renderne possibile l uso in assenza di personale specializzato e in un ambiente non controllato. Tra le tecnologie che permettono di operare su microcampioni di sangue intero meritano una speciale menzione i biosensori ottici che, opportunamente integrati in sistemi di microfluidica plastica, potrebbero consentire la realizzazione di dispositivi disposable a basso costo, biocompatibili e facilmente utilizzabili in ambienti non sterili. b) la tecnologia Dry chemistry impiegata attualmente nei POC andrà integrata con le nuove nanotecnologie e materiali nanostrutturati. Questo consentirà di ottenere anche metodi immunologici rapidi a larga diffusione. I test sono basati o su tecnologie tradizionali ripensate per i POC, ad esempio latex-agglutinazione o su test immunoenzimatici, o nuove tecnologie opportunamente pensate per ridurre al minimo la manipolazione del campione. c) implementazioni di reti di comunicazione e sistemi di elaborazione distribuiti per la gestione dell informazione. Al fine di sfruttare al meglio la pervasività delle rete di telecomunicazioni oggi disponibili, i POC dovranno far uso di terminali mobili che costituiranno i nodi di una rete distribuita che dovrà agevolmente sfruttare parte delle infrastrutture già presenti sul territorio. In questo ambito, grande attenzione dovrà essere rivolta alla sicurezza informatica al fine di realizzare un corretta gestione dei dati sensibili. d) oltre alla definizione degli scenari e delle modalità di erogazione del servizio, grande attenzione dovrà essere posta per la gestione della dependability del sistema, ovvero a garantire l erogazione dei servizi secondo le specifiche previste, anche in presenza di guasti dei componenti che costituiscono il sistema o in situazioni ambientali avverse. 4. Le indagini diagnostiche più approfondite richiedo non solo immagini 2D o 3D di organi interni ma informazioni quantitative anche a livello molecolare e/o un imaging funzionale. Ad oggi come Pag. 39/96

42 mezzi di indagine, l imaging ha fatto ampio uso di onde acustiche, radiazioni ionizzanti e risonanza magnetica. In molti ambiti l uso di queste metodiche comporta rischi e/o consente di ottenere informazioni parziali. Il problema è particolarmente delicato in alcuni casi come, ad esempio, nelle indagini prenatali che vengono svolte su donne in stato di gravidanza o di indagini condotte sul cervello in situazioni particolarmente difficili. Tuttavia, grazie alla disponibilità di nuove tecniche e nuovi dispositivi, sarà possibile rendere tali indagini meno rischiose e ottenere informazioni quantitative e/o funzionali sempre più affidabili per la prevenzione e la diagnosi. Si possono prevedere diverse linee di sviluppo possibili: a) L imaging funzionale richiede la corretta combinazione di metodiche di stimolo e registrazione. L esperienza della risonanza magnetica funzionale (f-mr) e della spettroscopia di risonanza magnetica in (MRS) per ottenere imaging funzionale ed analisi biochimiche in-vivo potrebbe essere estesa ad altre tecniche di indagine, come quelle ottiche. Questo consentirebbe di ottenere nuove metodiche di imaging biochimico-clinico condotte direttamente in-vivo con grandi vantaggi ad esempio nella diagnosi precoce di malattie neurodegenerative. b) L utilizzo di strumenti basati sulle nanotecnologie potrebbe consentire di individuare livelli patologici anche all interno di piccoli campioni costituiti da modeste quantità di cellule o tessuti. Questo consentirebbe un imaging mirato e specifico. Ad esempio, al fine di rilevare con successo il cancro nelle sue prime fasi, è necessario rilevare cambiamenti molecolari anche quando si verificano solo in una piccola percentuale di cellule. Questo significa che gli strumenti di imaging necessari devono essere estremamente sensibili. Si potrebbe demandare l individuazione delle cellule danneggiate a nanostrutture, e.g. dendrimeri, somministrate in-vivo prima dell imaging che andrà a focalizzare la misura sulla localizzazione di queste nanostrutture esogene. c) L intensità della radiazione (ionizzate o non) utilizzata per l indagine gioca un ruolo fondamentale nella valutazione del rischio a cui è sottoposto il paziente. Al fine di ridurre l esposizione è necessario disporre di rivelatori sempre più sensibili e che presentino caratteristiche di rumore intrinseco minimali. Lo sviluppo di nuovi rivelatori è sempre stato un elemento trainante nello sviluppo della strumentazione per imaging e si ritiene che questa stratta correlazione sarà confermata nel futuro. L attenzione dovrà essere rivolta verso nuovi rivelatori a stato solido con capacità di amplificazione interna del segnale che possano facilmente essere strutturate in matrici di sensing. d) L uso di immagini 3D acquisite in tempo reale (4D) è di uso comune nelle tecniche ecografiche. L effettiva utilità di queste informazioni è ad oggi limitata dalle ridotte possibilità che il medico ha di interagire con l immagine generata dal sistema di imaging. Maggiore interesse potrebbero avere queste immagini se combinate con informazioni presenti in letteratura, archiviate o acquisite dalla rete, e immagini reali acquisite simultaneamente al fine di creare un ambiente diagnostico di realtà Pag. 40/96

43 aumentata "Mixed Reality". Questo approccio, già applicato per dispositivi consumer, sta riscuotendo un notevole successo e offre un nuovo metodo di analisi di informazioni complesse. Per poter utilizzare mixed reality nell ambito della diagnostica per immagini, sarà necessario focalizzare la ricerca sia sugli aspetti tecnologici legati all acquisizione e al processing di immagini 3D in tempo reale che sulle problematiche algoritmiche necessarie per ottenere un adeguata fusione di informazione di diversa natura. 5. La diagnostica mediante l analisi molecolare consente di individuare processi biologici con efficacia irraggiungibile con metodiche classiche. Un caso esemplare è dato dalla possibilità di tracciare mediante amplificazione di acidi nucleici (Nucleic Acid Amplification Testing, NAT) infezioni virali quali epatite B prima della sieropositività, rivelando l infezione in persone apparentemente sane. L analisi di DNA circolante (circulating nucleic acids CNA) sembra essere uno dei sistemi di diagnosi precoce più promettenti, ed è stato usato prevalentemente per la rivelazione di mutazioni e tratti genici legati a patologie tumorali, ma può essere usato anche nella rivelazione di infarti, malattie autoimmuni e diabete. La ricerca di nuovi marcatori proteici specifici è sicuramente un elemento di interesse per la diagnosi precoce di diverse patologie. La messa a punto di protocolli di analisi non invasivi per la ricerca di nuovi biomarker risulta di grande importanza nel campo della diagnostica tumorale non solo per l identificazione precoce del carcinoma, ma anche per la possibilità di differenziare forme indolenti da quelle aggressive. Un esempio è rappresentato dal carcinoma alla prostata, dove il recente studio di nuovi biomarker da monitorare mediante utilizzo di procedure rapide e non invasive (analisi urina), potrebbe ridurre l uso di tecniche diagnostiche (biopsie) e curative (chemioterapie) invasive ed aggressive. Le metodologie ultrasensibili citate al punto 2.c permettono di tracciare biomarker proteici e acidi nucleici presenti in quantità sempre più basse, rendendo possibile rivelare molto precocemente diverse malattie. L approccio di tipo proteomico e metabolomico con piattaforme ad alta processività è attualmente uno dei più potenti strumenti a disposizione per l individuazione di tali marker. Per la rivelazione dei biomarker metabolomici, di particolare importanza per la loro minima invasività sono le tecniche di imaging spettroscopico di risonanza magnetica nucleare (MRSI) e la tomografia di emissione di positroni (PET) e le tecniche di spettrometria di massa (MS) avanzate BENCHMARKING CON I PIVOT REGIONALI Nei paragrafi precedenti sono state messe in evidenza le tematiche e le Key Technologies con riferimento ai megatrend a carattere internazionale. In questo breve paragrafo, questi aspetti Pag. 41/96

44 sono riportati nel contesto regionale considerando come riferimento alcune aziende pivot per la diagnostica. La trattazione che segue fa esclusivo riferimento a quanto emerso dalla somministrazione del questionario, quindi non è da considerarsi esaustiva ma ha un carattere esemplificativo della situazione regionale. Megatrend e Tematiche: Nella tabella sottostante sono riportate le informazioni acquisite dalle aziende pivot in relazione ai megatrend/tematiche. Con riferimento al mercato di competenza, le aziende hanno indicato l impatto sul loro business del megatrend/tematica. MEGATREND TEMATICHE AZIENDA 1 AZIENDA 2 AZIENDA 3 AZIENDA 4 AZIENDA 5 2. NEW GENERATION 5. VIRTUAL WORLD 1. Sistemi e sensori per la diagnostica decentralizzata 2. Metodi di allerta precoce e primi interventi di cura 1. Sistemi e sensori per la diagnostica centralizzata 2. Diagnostica per immagini BASSO MEDIO ALTO ALTO BASSO BASSO BASSO ALTO ALTO BASSO BASSO MEDIO ALTO ALTO BASSO MEDIO ALTO ALTO 7. WIRELESS INTELLIGENCE AND ADVANCEMENT IN NETWORKS 1. Sistemi e sensori per la diagnostica decentralizzata 2. Metodi di allerta precoce e primi interventi di cura MEDIO BASSO MEDIO BASSO MEDIO BASSO MEDIO ALTO BASSO 9. INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE FUTURE 1. Sistemi e sensori per la diagnostica decentralizzata 2. Metodi di allerta precoce e primi interventi di cura ALTO ALTO MEDIO BASSO ALTO BASSO MEDIO BASSO 11. CURE & PREVENTING IN HEALTHCARE 1. Sistemi e sensori per la diagnostica decentralizzata MEDIO BASSO ALTO BASSO Pag. 42/96

45 2. Metodi tecniche e dispositivi diagnostici non invasivi o minimamente invasivi 3. Metodi, tecniche e dispositivi "in vitro" e "ex vivo" MEDIO ALTO ALTO ALTO BASSO ALTO ALTO BASSO Nel 14% dei casi le aziende non hanno espresso alcuna opinione sul megatrend/tematica. Durante la somministrazione è emerso che questa posizione non è dettata dal non interesse ma dall attuale non conoscenza dei possibili impatti sullo specifico business di interesse per l azienda. Come si può notare il 62% delle tematiche individuate ha riscosso un buon interesse (medio-alto) da parte dei Pivot. Inoltre, come messo in evidenza dal diagramma sottostante, la distribuzione degli interessi dei Pivot sui vari megatrend risulta uniforme. 2. NEW GENERATION 11. CURE & PREVENTING IN HEALTHCARE 5. VIRTUAL WORD 9. INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF THE FUTURE 7. WIRELESS INTELLIGENCE AND Key Technologies: Nella tabella sottostante sono riportate le informazioni acquisite dalle aziende pivot in relazione alle Key Technologies. Con riferimento al mercato di competenza, le aziende hanno indicato l impatto sul loro business di queste tecnologie. KT / PIVOT AZIENDA 1 AZIENDA 2 AZIENDA 3 AZIENDA 4 AZIENDA 5 IMPATTO IMPATTO Normalizzato Tecnologie ottiche: spettroscopia, polarimetria, Pag. 43/96

46 light scattering, fluorescenza Polimeri intelligenti per il sensing e la microfluidica Micro/nanotecno logie Tecnologie ed algoritmi per la generazione ed elaborazione di immagini in tempo reale Tecnologie ICT per la diagnostica remota Nel 24% dei casi le aziende non hanno espresso alcuna opinione sulla tecnologia. Anche in questo caso, durante la somministrazione è emerso che questa posizione non è dettata dal non interesse ma dall attuale non conoscenza dei possibili impatti sullo specifico business di interesse per l azienda. Le due colonne IMPATTO e IMPATTO Normalizzato indicano rispettivamente la somma delle valutazioni e la stessa normalizzata al numero di valutazioni espresse. Questi due parametri evidenziano una certa uniformità nell impatto di queste tecnologie. Come si può notare dalla figura che segue, questi dati possono essere inclusi graficamente in un quadrilatero i cui vertici rappresentano le quattro situazioni estreme: (vertice alto destro) interesse alto e diffuso, (vertice alto sinistro) interesse alto di poche aziende, (vertice basso sinistro) interesse basso e non diffuso, (vertice basso destro) interesse basso ma diffuso. Pag. 44/96

47 Solo un azienda dei 5 Pivot intervistati era a conoscenza dell impatto delle Key Technologies individuate per le aziende concorrenti. Da questa informazione parziale si evince che tutte le Key technologies individuate tranne i Polimeri Intelligenti (score 1) risultano ad alto impatto (score: 2-3) per le aziende concorrenti BIBLIOGRAFIA, SITOGRAFIA E LINK A DOCUMENTI 1. Frost & Sullivan report: European Molecular Diagnostics Markets. Developments in Molecular Technologies to Open New Opportunities for Diagnostics. Date Published: 28 Dec 2011 Deliverable Type: Market Engineering Research. In: 2. Nie S. Biomedical Nanotechnology for Molecular Imaging, Diagnostics and Targeted Therapy. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009;2009: Santra S, Dutta D, Walter GA, Moudgil BM. Fluorescent nanoparticle probe for cancer imaging. Technol Cancer Res Treat. 2005;4(6) Wang Y, Chen L. Quantum Dots, Lighting Up the Research and Development of Nanomedicine. Nanomedicine. 2011;7(4): Monsky WL, Vien DS, Link DP. Nanotechnology development and utilization: a primer for diagnostic and interventional radiologists. Radiographics. 2011;31(5): Makowski M.S., Ivanisevic A. Molecular analysis of blood with Micro/Nanoscale Field effect transistor Biosensors. Small 2011; Chen CY. Patent Review of Novel Nanostructrued Devices, Nanofabrication Methods and Applications in Nanofluidics and Nanomedicine. Recent Pat Nanotechnol Oct 15. [Epub ahead of print]. 8. Rosen Y, Gurman P. MEMS and microfluidics for diagnostics devices. Curr Pharm Biotechnol. 2010;11(4): Lien KY, Lee GB. Miniaturization of Molecular Biological Techniques for Gene Assay. Analyst. 2010;135(7): Lee D, Chen PJ, Lee GB. The Evolution of Real-Time PCR Machines to Real-Time PCR Chips. Biosens Bioelectron. 2010;25(7): Schumacher S, Nestler J, Otto T, Wegener M, Ehrentreich-Förster E, Michel D, Wunderlich K, Palzer S, Sohn K, Weber A, Burgard M, Grzesiak A, Teichert A, Brandenburg A, Koger B, Albers J, Nebling E, Bier FF. Highly-integrated lab-on-chip system for point-of-care multiparameter analysis. Lab Chip. 2012;12(3): Lützow P, Pergande D, Heidrich H. Integrated optical sensor platform for multiparameter bio-chemical analysis. Opt Express. 2011;19(14): doi: /OE Sokolov AN, Tee BC, Bettinger CJ, Tok JB, Bao Z. Chemical and Engineering Approaches To Enable Organic Field-Effect Transistors for Electronic Skin Applications. Acc Chem Res Oct 13. [Epub ahead of print] 14. Sekitani T, Someya T. Stretchable, large-area organic electronics. Adv Mater May 25;22(20): Pag. 45/96

48 15. M AK, Jung S, Ji T. Protein Biosensors Based on Polymer Nanowires, Carbon Nanotubes and Zinc Oxide Nanorods. Sensors (Basel). 2011;11(5): Bellan LM, Wu D, Langer RS. Current trends in nanobiosensor technology. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol May-Jun;3(3): Johnstone AF, Gross GW, Weiss DG, Schroeder OH, Gramowski A, Shafer TJ. Microelectrode arrays: a physiologically based neurotoxicity testing platform for the 21st century. Neurotoxicology. 2010;31(4): Guo Y, Yu G, Liu Y. Functional organic field-effect transistors. Adv Mater. 2010;22(40): Kuo YC, Ho JH, Yen TJ, Chen HF, Lee OK. Development of a surface plasmon resonance biosensor for real-time detection of osteogenic differentiation in live mesenchymal stem cells. PLoS One. 2011;6(7):e Gauvin R, Khademhosseini A. Microscale technologies and modular approaches for tissue engineering: moving toward the fabrication of complex functional structures. ACS Nano Jun 28;5(6): Shamah SM, Cunningham BT. Label-free cell-based assays using photonic crystal optical biosensors. Analyst Mar 21;136(6): Verma S, Domb AJ, Kumar N. Nanomaterials for regenerative medicine. Nanomedicine (Lond). 2011;6(1): Adams, Jim, Edgar Mounib, and Amnon Shabo, IT-Enabled Personalized Healthcare Somers, New York: IBM Institute for Business Value, Jain, Kewal K. Innovative Diagnostic Technologies and Their Significance for Personalized Medicine, Molecular Diagnosis & Therapy: 1 June Volume 14 - Issue 3 pp Adam M. Zysk, Freddy T. Nguyen, Amy L. Oldenburg, Daniel L. Marks, and Stephen A. Boppart Optical coherence tomography: a review of clinical development from bench to bedside J. Biomed. Opt. 12, (2007) 26. L. Rovati, and F. Docchio, Autofluorescence methods in ophthalmology, Journal of Biomedical Optics 09(01), pp. 9-21, Angenent S., Pichon E., Tannenbaum A. Mathematical Methods in Medical Image Processing. Bulletin of the American Mathematical Society 2006; 43: Urs Utzinger and Rebecca R. Richards-Kortum Fiber optic probes for biomedical optical spectroscopy, J. Biomed. Opt. 8, 121 (2003) 29. Jing Wu and Min Gu Microfluidic sensing: state of the art fabrication and detection techniques, J. Biomed. Opt. 16, (2011) 30. Saraswathi Padmanabhan, Vengalathunadakal K. Shinoj, Vadakke M. Murukeshan, and Parasuraman Padmanabhan Highly sensitive optical detection of specific protein in breast cancer cells using microstructured fiber in extremely low sample volume J. Biomed. Opt. 15, (2010) 31. Baharak Bahmani, Sharad Gupta, Srigokul Upadhyayula, Valentine I. Vullev, and Bahman Anvari Effect of polyethylene glycol coatings on uptake of indocyanine green loaded nanocapsules by human spleen macrophages in vitro J. Biomed. Opt. 16, (2011) Pag. 46/96

49 32. Yokoyama, M. Clinical Applications of Polymeric Micelle Carrier Systems in Chemotherapy and Image Diagnosis of Solid Tumors Journal of Experimental and Clinical Medicine 3 (4), pp , Ujjwal Maulik, Sanghamitra Bandyopadhyay, and Sajal K. Das Medical Imaging and Diagnosis Using Genetic Algorithms in Handbook of Bioinspired Algorithms and Applications Edited by Stephan Olariu and Albert Y. Zomaya Chapman and Hall/CRC 2005 Pages , ISBN: Giorgio, A. ICT for telemedicine and health care innovation Recent Patents on Biomedical Engineering 4 (2), pp , GRUPPO DI LAVORO Università degli studi di Modena e Reggio Emilia: Luigi Rovati, Paola Fabbri, Stefano Cattini, Luca Ferrari, Costantino Grana; Università degli studi di Parma: Roberto Corradini; ENEA: Antonietta Rizzo; Nano4bio: Angela Piccoli; ISMN-CNR Bologna: Beatrice Chelli PIVOT REGIONALI Egicon Mirandola (MO) Nano4bio Bologna (BO) Poliambulatorio dalla Rosa Prati Parma (PR) Tydock Pharma Modena (MO) Vision-e Polinago (MO) Pag. 47/96

50 5.3 MEDICINE INNOVATIVE Uno sforzo costruttivo per ottenere medicine innovative richiede di stimolare i centri di ricerca e le aziende della salute ad affrontare i problemi legati a due contesti principali: 1. le malattie emergenti più frequenti, soprattutto quelle che richiedono posologie impegnative o farmaci combinati; 2. le malattie croniche e la cronicizzazione di malattie ad esordio acuto, che per l allungamento delle speranza di vita stanno aumentando esponenzialmente le disabilità e i soggetti fragili. Preoccuparsi del paziente deve essere l'elemento centrale di ogni azione terapeutica. Questo sarà fatto ricercando nuove terapie e metodi per promuovere la salute, integrando la prevenzione, la diagnostica e le tecnologie abilitanti per un contesto avanzato di salute pubblica. Ogni azione terapeutica deve aver il paziente al centro della scelta decisionale. Prendersi cura del paziente (patient care) è imprescindibile per la moderna farmacoterapia; la convenienza del preparato, che non si traduce solo nell aspetto economico ma soprattutto nel ridurre le difficoltà e la complicazione di certe azioni terapeutiche, deve essere al primo posto nelle scelte tecnicoeconomiche. Lo scopo è quello di mantenere l aderenza del paziente allo schema posologico prescritto, favorendo la sua interazione con il medicinale. Nessun farmaco per quanto attivo può agire se non viene assunto per noncuranza, rifiuto o avversione. Le medicine sono la combinazione del farmaco con la forma di somministrazione. Esse sono il risultato di un processo industriale. L obiettivo del preparatore è di fornire all'utilizzatore un prodotto efficace con effetti collaterali noti, che soddisfi le attese economiche del fabbricante e dell acquirente, registrato in tempi certi e fabbricato con un processo industriale affidabile e riproducibile. In questo contesto di sviluppo industriale si collocano anche i prodotti per le terapie cellulari avanzate. Gli investimenti in medicine innovative devono combinare l aspetto medico-farmaceutico (medicinale) con le attese di ritorno commerciale, rispettando le regole della proprietà Pag. 48/96