Esempi di possibili progetti di ricerca industriale I Utilizzo di biopolimeri, anche dalla struttura chimica innovativa e con proprietà antibatteriche intrinseche, in forma di nano particelle, di film, o di idrogeli infiltranti, contenenti antibiotici o miscelati con antibiotici, per trattare le infezioni periprotesiche. Tali infezioni costituiscono attualmente un problema clinico gravoso ed un costo elevato sia sociale che per il Sistema Sanitario Nazionale. Tali polimeri potranno essere aggiunti ai cementi e dovranno assicurare un rilascio graduale e prolungato di antibiotici, come la vancomicina, per un periodo di 4 mesi. L effetto antimicrobico potrà essere caratterizzato in vivo e in vitro in presenza di comunità microbiche complesse attraverso il loro monitoraggio molecolare. Impatto atteso: sviluppo di cementi per protesi di nuova formulazione con prolungata attività antimicrobica, in grado di contrastare efficacemente l insorgenza di infezioni periprotesiche. Tempo previsto per la realizzazione del progetto: 2-3 anni. II Sviluppo di nano particelle da applicare nella terapia cellulare per permettere alle cellule stromali mesenchimali di veicolare sostanze terapeutiche selettivamente nei tumori scheletrici, come l osteosarcoma. Le cellule stromali mesenchimali hanno un tropismo specifico per i tessuti in via di riparazione o infiammati, per esempio si infiltrano selettivamente nello stroma tumorale. Grazie a questa loro caratteristica le cellule possono essere utilizzate per trasportare agenti terapeutici in maniera specifica e una volta attivato l agente terapeutico determinare la morte del tessuto tumorale senza danni collaterali ai tessuti sani. La PoC dell efficacia delle nano particelle è già stata ottenuta in vitro e quella in vivo è stata programmata. Impatto atteso: sviluppo di nano particelle da associare a terapia fotodinamica, tali nano particelle se dimostrate efficaci in un tumore che insorge in un tessuto come l osso potranno essere utilizzate per il trattamento anche di altri tumori che insorgono in tessuti più superficiali. Tempo previsto per la realizzazione del progetto: 2-3 anni. III Impiego di onde ultrasoniche per determinare lo stato fisico del tessuto osseo. Utilizzando un emettitore innovativo di onde ultrasoniche si potrebbe determinare in maniera precisa, rapida, non invasiva ed economica la presenza di osso patologico per definire a quale trattamento sottoporre i pazienti, con un elevato risparmio per il Sistema Sanitario Nazionale ed una maggiore accettabilità da parte del paziente. Lo sviluppo di questa tecnologia potrebbe essere applicato soprattutto nei pazienti anziani ed osteoporotici, per i quali i costi diretti per le fratture è stimato attualmente essere in Europa di 31 miliardi di euro e si prevede che a causa dell invecchiamento della popolazione sia di 76 miliardi di euro nel 2050. Impatto atteso: sviluppo di uno strumento diagnostico integrato per valutare la resistenza del tessuto osseo, al fine di mettere in pratica interventi preventivi comportamentali, farmacologici o chirurgici prima che si verifichi la frattura da osteoporosi. Tempo previsto per la realizzazione del progetto: 2-3 anni IV Sviluppo di biomateriali con proprietà meccaniche, antibatteriche, di biocompatibilità e biodegradabilità specifiche per la realizzazione di dispositivi biomedicali, quali ad esempio cateteri, sacche per il sangue, fili di sutura; sviluppo di piattaforme flessibili per impianti. V Sviluppo di lab on-a-chip device per saggi di neurotox e cardiotox secondo normative REACH. VI Sviluppo di metodologie e tecnologie innovative per la diagnostica precoce.
VII Caratterizzazione termica e microstrutturale di cementi acrilici per impiego chirurgico e di materiali per uso biomedico. Test di invecchiamento in camera climatica con controllo modulabile di T, U. R. e radiazioni UV. Studio delle cinetiche dei processi di degradazione di nano particelle polimeriche per il rilascio di farmaci antitumorali specifici. VIII Sviluppo di cementi bioattivi per rigenerazione ossea tissutale in ambito odontoiatrico. Applicazioni cliniche in Endodonzia, Conservativa e Chirurgia Maxillo-Facciale. I cementi in corso di sviluppo (3 brevetti) portano alla formazione di apatite e fluoro apatite e possono essere modulati e dopati a seconda delle applicazioni cliniche. IX Sviluppo di paste dentifricie, mousse e creme ad attività remineralizzante lo smalto e la dentina. Tale sviluppo è possibile grazie alle formulazioni disegnate nell ambito del laboratorio di Biomateriali odontoiatrici che permettono di remineralizzare i deficit (lesioni cariose) di sostanze indotte da acidi - biofilm batterici e da processi erosivi alimentari. Alcuni mousse e dentifrici sono in corso di sperimentazione clinica. L interazione con agenti alimentari derivati dal latte (caseina) è stata dimostrata ed è in corso un attenta sperimentazione per evidenziare/studiare il ruolo di agente nucleante della proteina. Competenze scientifiche nell ambito del biomedicale del network Preparazione di biopolimeri con proprietà ad hoc per specifiche applicazioni, utilizzando sia catalizzatori tradizionali di sintesi che enzimi; preparazione di biopolimeri da fonte microbica. ESEMPI: polimeri con intrinseche proprietà antibatteriche o con profilo di degradazione enzimatica e idrolitica controllato e con proprietà meccaniche adeguate alle richieste dell applicazione, per esempio all impianto nel tessuto osseo. Modifica chimica di materiali polimerici commerciali per migliorarne le proprietà in base all applicazione richiesta. ESEMPI: introduzione di gruppi ionici e/o legami eterei per aumentare l idrofilicità e per modificare le proprietà meccaniche; funzionalizzazione di superfici, sia per via chimica che enzimatica per migliorare la biocompatibilità o per rendere il materiale antibatterico e per conferire proprietà antifouling, queste ultime monitorate in presenza di comunità microbiche complesse attraverso tecniche di biologia molecolare. Preparazione di nanoparticelle, di compositi e nanocompositi a matrice polimerica. ESEMPI: preparazione di nanoparticelle polimeriche (per esempio, di PMMA) di tipo core-shell, eventalmente con proprietà antibatteriche, per il trasporto selettivo di farmaci. Le nanoparticelle polimeriche possono essere opportunamente ingegnerizzate per blending con altri materiali e l ottenimento di film flessibili con funzionalità controllate. Dispersione all interno di una matrice polimerica di nanofillers per il rilascio controllato dei farmaci, per conferire proprietà antibatteriche al materiale e per il miglioramento delle prestazioni meccaniche. Quantificazione e caratterizzazione delle attività antimicrobiche dei materiali via analisi di comunità microbiche in vitro o in vivo con tecniche di biologia molecolare. Realizzazione di dispositivi di dimensione nano/micro controllata. ESEMPI: produzione di film polimerici nano/micro fibrosi, a struttura controllata per il rilascio controllato di farmaci; preparazione e funzionalizzazione di supporti flessibili a base di fibroina della seta sia nell ambito della medicina rigenerativa, sia per lo sviluppo di supporto (coating) flessibili/ trasparenti e biocompatibili, FDA approved, per impianti elettronici biomedicali. Caratterizzazione chimica, strutturale, microstrutturale, termica, meccanica, morfologica, superficiale, biologica e microbiologica dei materiali. Analisi dei meccanismi di degrado. Studi di
biocompatibilità in vitro. ESEMPI: determinazione della biocompatibilità per biomateriali secondo la normativa ISO 10993-5 con metodologia high throughput mediante lettore a micro piastre multimodale, mediante l acquisizione di immagini con tecniche di microscopia confocale, a scansione (SEM) e trasmissione (TEM). Caratterizzazione dell impatto dei biomateriali sulla funzionalità cellulare mediante tecniche elettrofisiologiche (patch-clamp, micro electrode array, calcium imaging). Modellazione numerica della propagazione di ultrasuoni nel corpo umano. ESEMPI: a partire dai dati derivanti da una analisi tomografica (CTSCAN) è possibile costruire un modello numerico agli elementi finiti tridimensionale comprensivo di tutte le componenti Studi di sicurezza ed efficacia di farmaci e dispositivi in modelli animali. ESEMPI: conduzione di sperimentazione in modelli animali rilevanti per la patologia ortopedica, necessaria per ottenere i dati pre-clinici che servono alla stesura del dossier per richiedere l autorizzazione a svolgere lo studio clinico di fase I. Il Rizzoli è dotato di un proprio Comitato Etico per l autorizzazione degli studi pre-clinici e clinici. Studi clinici di sicurezza ed efficacia. ESEMPI: conduzione di studi di valutazione in vitro, in vivo su modello animale e su paziente di materiali innovativi, nuove procedure al fine di stabilirne step by step sicurezza ed efficacia di impiego. Preparazione di biocementi bioattivi e idraulici (ad indurimento in ambiente biologico umido - sangue) a rilascio di agenti nucleanti le apatiti ESEMPI: cementi calcio-silicatici e con apatiti Preparazione di paste remineralizzanti da applicazione orale tipo mousse e paste dentifricie con rilascio controllato di agenti nucleanti contenenti caseina e nuclei idrosolubili di calcio-fosfato. ESEMPI: tooth-mouse per remineralizzazione di lesione white-spot e black-spot dello smalto demineralizzato Descrizione dei Dipartimenti/Strutture di Ricerca coinvolte E stato costituito un network bolognese, formato da strutture di eccellenza con competenze multidisciplinari e complementari sulla filiera completa per lo sviluppo di un prodotto biomedicale, diagnostico o terapeutico nel breve e medio termine. Il network annovera: Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM) Università di Bologna Il Dipartimento è composto da 105 docenti e ricercatori staff e 170 giovani ricercatori con competenze diversificate sul fronte dell'ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali. In particolare, sono presenti in Dipartimento competenze consolidate nella sintesi chimica e biotecnologica di polimeri e nella modifica chimica di polimeri anche commerciali, per impieghi in campo biomedicale (ingegneria tissutale, rilascio controllato di farmaci e dispositivi con proprietà antibatteriche); nella produzione biotecnologica di molecole naturali con attività antimicrobica; nell analisi dell impatto del farmaco su biofilm microbici. Le attività di ricerca in tali settori sono svolte nell ambito di 7 progetti europei, di cui uno coordinato dal DICAM, nonché in diversi progetti di ricerca di rilevanza nazionale e in contratti di collaborazione con aziende nazionali ed internazionali. Il DICAM ha anche una ampia conoscenza in tema di diagnostica strutturale e dei materiali. In tale ambito la ricerca del DICAM contempla l analisi e sviluppo di metodologie diagnostiche attraverso la loro modellazione analitica e numerica, mediante l utilizzo di strumenti evoluti per l analisi dei dati, nonché mediante la fase di sperimentazione e di ottimizzazione. L interesse e le applicazioni spaziano dall Ingegneria Civile, all Ingegneria Aeronautica e a quella dei Materiali. In tali ambiti attualmente il DICAM opera su tre progetti di ricerca europei, diversi progetti di ricerca nazionali e alcune collaborazioni di ricerca con aziende dei vari settori.
Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie (DIBINEM) Università di Bologna Il Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie è composto da 60 docenti, 64 ricercatori e ricercatori a tempo determinato e 63 assegnisti. Gli ambiti di attività sono quelli della morfologia e funzione dei sistemi, dello studio dell apparato muscolo scheletrico nei suoi aspetti clinico funzionali e tecnico addestrativi e del sistema nervoso centrale e periferico, incluse le neoplasie di tali sistemi, dello studio dei determinanti di salute delle popolazioni, degli strumenti di prevenzione in ambito sanitario e della programmazione, gestione e valutazione dei servizi sanitari. In particolare, la Clinica Ortopedica svolge le proprie funzioni nell ambito della morfologia normale e patologica, fisiologia, biochimica e patologie umane prevalentemente a carico dell'apparato muscolo scheletrico. Alcuni dei principali campi di ricerca riguardano lo sviluppo di tecniche innovative di medicina rigenerativa con utilizzo di cellule staminali, la chirurgia computerizzata, la navigazione chirurgica, la fisiopatologia e trattamento dei tumori dell apparato muscoloscheletrico, la chirurgia ricostruttiva articolare, protesica e mediante trapianti articolari. Attenzione viene rivolta, inoltre, allo sviluppo di materiali innovativi per la chirurgia protesica, allo studio e cura delle infezioni dell apparato locomotore ed allo studio e cura delle patologie dell invecchiamento. Clinica odontoiatrica dello stesso DIBINEM, è articolata in 10 sezioni (reparti) cliniche e i laboratori di Biomateriali odontoiatrici- patologia Orale, Microscopia Elettronica, Microbiologia e Odontotecnica. Gli ambiti di ricerca sono estremamente ampi e comprendono lo studio delle lesioni neoplastiche del cavo orale, diagnostica per immagine, sviluppo di tecniche implantologiche e endodontiche, sviluppo di tecniche e materiali protesici con CAD/CAM System, tecniche per pazienti trapiantati/trapiantanti di cuore e fegato-polmone etc. Particolare attenzione viene dedicata allo sviluppo di materiali bioattivi per la chirurgia endodontica e per la prevenzione delle patologie del paziente geriatrico. CNR-Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività (ISOF) All Istituto CNR per la Sintesi Organica e Fotoreattività dell Area della Ricerca di Bologna afferiscono 110 unità di personale fra ricercatori a tempo indeterminato e determinato, tecnici e amministrativi. ISOF opera nell ambito delle attività del Dipartimento di Scienze Chimiche e Tecnologie dei Materiali del CNR. Le competenze del personale afferente ad ISOF sono multidisciplinari e diversificate ma con priorità comuni, quali la preparazione e messa a punto di composti molecolari e supra-molecolari con funzioni programmate nei settori dello SVILUPPO SOSTENIBILE, delle TECNOLOGIE CONVERGENTI e della SALUTE. Con particolare riferimento al settore salute, l istituto è attivo in ambito medico e biomedicale per la preparazione e l utilizzo di sistemi nano-strutturati per il trasporto selettivo di farmaci antitumorali ed antibatterici e dei dispositivi biomedicali (anche impiantabili) per la diagnostica e la cura dei pazienti. La ricerca in tale campo è ampiamente supportata da laboratori e strumentazioni all avanguardia per la caratterizzazione molecolare e supramolecolare, nonché da laboratori per la lavorazione dei materiali e la loro caratterizzazione biochimica e biologica in vitro. Allo sviluppo di tale attività partecipano attivamente altri istituti CNR dell area di Bologna quali l Istituto per i materiali nano strutturati (ISMN) ed il tecnopolo BIOMED-MISTER, la cui missione è lo sviluppo di materiali e dispositivi biocompatibili e biofunzionali per la biodiagnostica in vitro e in vivo e il bio-manifatturiero. Le attività di ricerca del network CNR-BO nel settore dei biomateriali sono svolte nell ambito di progetti di ricerca nazionali e internazionali, e di contratti con industrie del settore biomedicale e farmaceutico. IOR L Istituto Ortopedico Rizzoli è il primo tra gli ospedali ortopedici in Italia. Ha in organico 183 medici strutturati, 35 medici con incarichi di lavoro autonomo, 44 ricercatori e 100 contrattisti impegnati nella pratica clinica e nella ricerca; dispone di 324 posti letto e ricovera 20.000 pazienti all anno che vengono sottoposti a 18.000 interventi chirurgici. Con 15 laboratori di ricerca e 80 studi clinici svolti all anno come attività integrante delle cliniche, lo IOR è da sempre all avanguardia mondiale nella ricerca in tutti settori dell ortopedia. In particolare, sono presenti competenze nella sperimentazione di trattamenti innovativi per la rigenerazione dei tessuti ossei e cartilaginei, per la cura delle patologie oncologiche dell apparato muscolo scheletrico e per la prevenzione e cura delle infezioni.