Bando PMI: Miniaturised Multiparameter ASTRALAB. Roma - ASI, 14 Marzo 2014

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1 Bando PMI: Miniaturised Multiparameter Cell Analysis ASTRALAB Roma - ASI, 14 Marzo 2014

2 ASTRALAB Un innovativo laboratorio in scala per l osservazione e caratterizzazione continuativa di colture biologiche ASTRALAB - e stato progettato e realizzato con successo da Advanced Computer Systems (ACS) e Phoenix Rto nell ambito del Bando ASI Materiali, Componenti, Sensori per le PMI. Il progetto si è avvalso del contributo di importanti partner scientifici i biologi del dipartimento P. Valdoni dell Università la Sapienza di Roma e l unità di ricerca BIO-MEMS della Fondazione Bruno Kessler (FBK) per l ideazione e realizzazione del sistema labon-a-chip. La stazione di lavoro e basata su tre componenti principali: Lab-on-a-chip, constituito da matrici di microreattori integrati con miclofluidica adatto ad ospitare e sviluppare differenti tipologie di colture cellulari Sistema di microscopia ottica per la ripresa in continuo di immagini delle colture cellulari Sofisticato SW di analisi morfometrica capace di estrarre numerosi descrittori della morfologia cellulare (es. descrittori frattali) al fine di caratterizzare in tempo reale l evoluzione delle linee cellulari in risposta ai trattamenti farmacologici e biologici effettuati

3 C Decomposizione HW Giga-ethernet Schema Fisico Acquisition systems Personal Computer Digital Camera Lab-on-Chip & Microfluidic H.disk USB port

4 LAYOUT DEL SISTEMA DI ACQUISIZIONE Telecamera Ottica telecentrica BioMEMS Disegno d ingombro del sistema di acquisizione

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6 Riepilogo intero programma KO del progetto 10/06/2911 E stata presentata ed accettata da ASI una proroga al contratto [RP] di 6 mesi. La proroga ha permesso di migliorare il sistema HW (messa a fuoco del sistema ottico e operatività del lab-on-a-chip). La FR si e svolta il 14/06/1013.

7 Esempio di validazione funzionale Tracking delle cellule: frame 1/2

8 Esempio di validazione funzionale Tracking delle cellule: frame 2/4

9 Esempio di validazione funzionale Plot della Bending Energy

10 Illustrazione dei risultati dei test La validazione dei contenuti scientifici è stata svolta dall Istituto Pietro Valdoni Università di Roma "La Sapienza. Una approfondita validazione scientifica e funzionale ha evidenziato le potenzialità di ASTRALAB per lo studio degli effetti della microgravità - creata in laboratorio attraverso la Random Positioning Machine (RPM) - sulla vitalità e funzionalità delle colture cellulari. In particolare, si è proceduto con un analisi e validazione dei dati ottenuti con il nuovo sistema confrontando tali risultati con i dati ottenuti con le metodiche tradizionali. Gli scenari di validazione svolti sono i seguenti: Esecuzione di test biologici in condizioni di coltura cellulare standard (on-ground). Esecuzione di test di verifica sulle medesime colture con vitalità e funzionalità cellulare alterate in maniera controllata (microgravità mediante RPM).

11 Illustrazione dei risultati dei test Il confronto per la validazione dei dati, ha permesso di studiare la correlazione fra i risultati ottenuti mediante metodiche tradizionali e il nuovo sistema di misura (lab-on-a-chip) I risultati ottenuti sui vari pozzetti del lab-on-a-chip sono tra di loro concordi, permettendo di verificare la ripetibilità della misura e l assenza di falsi negativi. E stato verificato che le cellule su lab-on-a-chip presentano una crescita/morte cellulare simile a quella mostrata su un supporto tradizionale: la variazione della numerosità cellulare nel corso dell esperimento (tempo) è similenelleduemetodichestudiate

12 Assessment tecnologico Il sistema ASTRLAB presenta molteplici caratteristiche adatte per un ulteriore sviluppo innovativo in ambito spaziale (es. a bordo della ISS): misure continuative (acquisizioni di microscopia ottica e misure ausiliare di PH e temperatura) in maniera completamente automatica esperimenti di lunga durata in maniera automatica e senza intervento umano grazie al programmabile ed automatizzato del ricambio del mezzo di coltura studio in parallelo di differenti colture cellulari o la stessa coltura cellulare sottoposta a differenti trattamenti biologico/farmaceutico limitato quantitativo di cellule e reattivi da utilizzare grazie alle dimensioni ridotte del sistema. SW di elaborazione semi-automatico per la caratterizzazione quantitativa della morfologia cellulare

13 Assessment tecnologico Il sistema proposto trova molteplici applicazioni anche on-ground. Una applicazione di elevato interesse consiste nell individuazione del miglior trattamento chemioterapico di specifiche linee cellulari cancerogene, attraverso l utilizzo di particolari features (caratteristiche) morfometriche in grado di caratterizzare il grado tumorale di numerose tipologie di cellule neoplastiche. In particolare, il sistema descritto svolge due attività principali: simulazione del trattamento chemioterapico su colture derivate dalle cellule tumorali del paziente; pianificazione personalizzata della somministrazione del mix di farmaci; a partire da parametri e protocolli definiti, il sistema provvede in automatico ad alimentare le diverse colture cellulari tumorali del paziente per individuare il mix di farmaci più efficace attraverso il costante controllo delle modificazioni morfometriche. La personalizzazione del trattamento chemioterapico dovrebbe garantire un duplice vantaggio: una maggiore efficacia del trattamento stesso e, nel contempo, assicurare un maggior controllo degli effetti collaterali.