SCIENZA DEI MATERIALI E SCIENZE DELLA VITA OBIETTIVI CONVERGENTI NELLA NANOMEDICINA

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1 SCIENZA DEI MATERIALI E SCIENZE DELLA VITA OBIETTIVI CONVERGENTI NELLA NANOMEDICINA EUGENIO TONDELLO Dipartimento di Scienze Chimiche - Università di Padova Consorzio INSTM e CNR DPM-ISTM Bressanone, 21 settembre 2009

2 La scienza e la tecnologia dei materiali sono attualmente caratterizzate dalla transizione dalla BIN revolution alle TC converging technologies. Una maggiore focalizzazione sugli obiettivi e nel caso della NANOMEDICINA?

3 .. Vuoi vedere il prefisso nano- trasforma in oro qualsiasi cosa. (definizione di un Professore di Oxford che preferisce mantenere l incognito) come nel caso dell acqua H 2 O che aumenta il costo di circa due ordini di grandezza nella sequenza Acqua Aqua nanoaqua LA NANOMEDICINA E E UN SETTORE DI FRONTIERA SU CUI LA RICERCA SI E E INDIRIZZATA SUSCITANDO MOLTE ASTETTATIVE

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5 La NANOMEDICINA viene generalmente definita come l applicazione delle nanoscienze e delle nanotecnologie alla medicina. Diagnosi Rilascio mirato di farmaci Medicina rigenerativa

6 LA NANOMEDICINA PUO ESSERE QUALCOSA DI PIU LA CONVERGENZA DELLE SCIENZE DEI SISTEMI NANODIMENSIONALI E DELLE SCIENZE MEDICHE ED UMANE PER IL BENESSERE E LA SALUTE DELL UOMO (OMS)

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8 in EUROPA tra le iniziative la EUROPEAN TECHNOLOGY PLATFORM NANOMEDICINE nanotechnology for health November 2006

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12 nanosistemi in medicina 1. Nanosensori e nanodispositivi per vari tipi di saggi diagnostici (DNA-chip) 2. Dispositivi nanometrici per il rilascio di farmaci 3. Nanocanali e nanopori per separazione e rilascio controllato 4. Superfici nanostrutturate per ingegneria dei tessuti 5. Nanoparticelle 6... E MOLTO ALTRO Particelle d oro

13 BIOSENSORE un dispositivo analitico 1. Biorecettore Riconosce un enzima o un anticorpo specifico 2. Trasduttore Un componente fisico che produce un segnale (elettrico, ottico) del riconoscimento Come funziona?

14 Biosensori cosa monitoriamo? tossine nei cibi inquinanti nell aria e nell acqua monitoraggio di bioprocessi virus, batteri ioni di metalli. Microarrays: DNA e proteine Sistemi per Immagazzinamento e rilascio controllato di farmaci Biomateriali (nuovi, modifiche) Dispositivi e macchine molecolari (ATP)

15 sensori di DNA basati su nanotubi di Si Nanotubo di Si di 50 nm a ponte tra due canali microfluidici riempiti con soluzione fisiologica applicazione di un potenziale e registrazione corrente ionica corrente ionica transiente indica eventi di traslocazione nel nanotubo (geometria confinata) i nanotubi alloggiano molecole di DNA, con conseguenti traslocazioni la geometria planare consente l alloggiamento di sensori ottici ed elettrici geometria compatibile per realizzazione laboratorio su chip Studio eventi di traslocazione di DNA in geometria confinata

16 nanofili come sensori per biomarcatori di tumori

17 sensori micrometrici di glucosio Francis Moussy Technology Review, May 2001 p. 78

18 nanoparticelle nanoparticella sensibile al ph quando viene inglobata dalla cellula, in condizioni di ph inferiore, si degrada e rilascia il proprio contenuto formulazioni con attività antibatteriche polimeri inglobanti nanoparticelle di argento nanoparticelle magnetiche per il trattamento dei tumori (ipertermia) localizzazione del riscaldamento per minimizzare effetti collaterali nanoparticelle antenna accoppiate con oligonucleotidi irradiate con RF possono indurre un riscaldamento molto localizzato in grado di attivare rilascio controllato di sostanze o di attivare proteine o di cambiare la conformazione del DNA

19 nanoparticelle per il rilascio controllato di farmaci nanocristalli complessi farmaco-polimero gusci nanometrici (es. liposomi) inglobanti le molecole farmacologicamente attive dimensioni ridotte vengono inglobate nella cellula possono essere caricate con molecole, peptidi, proteine, acidi nucleici e funzionalizzate in modo tale da non essere riconosciute dal sistema immunitario

20 sistemi per il rilascio controllato dei farmaci nell organismo un dispositivo submicroscopico per il rilascio controllato di farmaci. Il dispositivo ha pori di dimensione inferiore ai 6 nm al fine di proteggere le sostanze terapeutiche dall attacco da parte del sistema immunitario ma tali da consentire il rilascio controllato di sostanze (M.Ferrari et al.)

21 nanosistemi come vettori di sostanze / sistemi biologici nell organismo inserimento di cellule in membrane nanoporose immunologica (cura del diabete, Mauro Ferrari, Ohio State University) per sopprimere risposta microcapsule con pori nanometrici per impiantare neuroni nel cervello quando le capsule sono state impiantate, i neuroni possono essere stimolati elettricamente a rilasciare neurotrasmettitori che sostituiscano quelli danneggiati da patologie degenerative quali l Alzeheimer o il Parkinson (Tejal Desai, University of Illinois)

22 nanotubi come dispositivi per rilascio di farmaci Nanotubi costituiti da proteine di lipidi (unità rosso-blu-giallo-verdi) ricoperte con un doppio strato lipidico ricoperto a sua volta di subunità anulari di proteine. Controllando l ammontare relativo di lipidi e proteine, è possibile passare da nanotubi con l estremità aperta (vedi centro) a nanotubi con l estremità chiusa dai lipidi (sinistra). Il processo può essere sfruttato per un incapsulamento ed un rilascio controllato di farmaci. Sulla destra, immagine dall alto di nanotubo e regione ingrandita Peter Allen, University of California Santa Barbara

23 farmacia in un chip Technology Review, May 2001 p. 78

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25 MnCO 3

26 Medicina rigenerativa: ingegneria dei tessuti nanotecnologia medicina scienza dei materiali

27 BioSilicon Pori dell ordine delle decine di nm. I pori possono essere riempiti con farmaci Quando la struttura di biosilicio si scioglie, i farmaci possono essere rilasciati.

28 e in Italia sono numerose le iniziative di Scienza dei materiali in nanomedicina e tra tutte sono da segnalare per il loro ruolo nel coordinamento o di piattaforme-reti reti tra enti pubblici e privati di ricerca e Imprese: -Il Dipartimento di Progettazione Molecolare del CNR -Il Dipartimento di Materiali e Dispositivi del CNR -Il Consorzio Interuniversitario di Scienza e Tecnologia dei Materiali -L Istituto Italiano di Tecnologia IIT alle quali si può far riferimento per i Piani di Ricerca nel prossimo futuro.

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30 Grazie per l attenzionel