Intervento dal titolo Microsistemi per manipolazione di cellule in vitro A cura di Giorgio Cellere Biosilab di Rovereto 75
MICROSISTEMI PER MANIPOLAZIONE DI CELLULE IN VITRO Biosilab nasce dall idea di miniaturizzare su di un chip di silicio alcune funzioni eseguite abitualmente su colture di cellule, permettendo così di lavorare su una singola cellula anziché su una popolazione. La membrana cellulare normalmente non viene attraversata dalle molecole che la circondano, a meno che non lo permetta la presenza di proteine dedicate ed estremamente selettive. Tuttavia, è interessante per molti fini di ricerca introdurre all interno di cellule coltivate in vitro delle molecole estranee alla cellula, ad esempio per testare un candidato farmaco, oppure per forza la cellula a esprimere o non esprimere un certo gene. Questa operazione è denominata transfezione, e può essere ottenuta con molti mezzi. Quasi tutte queste tecniche lavorano però su intere popolazioni di cellule, pertanto non è possibile controllare il grado di transfezione della singola cellula: alcune delle cellule trattate verranno transfettate con elevata efficienza, alcune non verranno transfettate, molte muoiono. Esistono alcune tecniche di microiniezione che permettono di operare sulla singola cellula, ma sono costose, complesse, e hanno una resa molto bassa. La tecnologia di Biosilab fornisce una risposta a tutti questi problemi utilizzando una tecnologia microelettronica, derivata da quella utilizzata per realizzare i comuni circuiti integrati. Utilizzando queste tecnologie è infatti possibile integrare in un chip di silicio una matrice di elettrodi microscopici. Il chip di silicio viene quindi inserito in un sistema più complesso, e viene sottoposto a trattamenti specifici. A questo punto è possibile coltivare sulla superficie del microchip cellule prelevate da tessuti o ottenute da linee cellulari immortalizzate. Queste cellule crescono in contatto con i microelettrodi integrati nel chip: lo stretto contatto cellula-microelettrodo consente il trasferimento di segnali elettrici in entrambe le direzioni (da cellula a microelettrodo e da microelettrodo a cellula). Sfruttando opportunamente queste proprietà è possibile selezionare la cellula che interessa tramite osservazione al microscopio, e, in una specie di gioco di battaglia navale, transfettarla lasciando inalterate tutte le sue vicine. Per capire i vantaggi di questa tecnica si pensi ad esempio alle possibilità aperte dal colpire solo il neurone a valle o a monte di una sinapsi. Il laboratorio di ricerca e sviluppo occupa ad oggi quasi esclusivamente le attività dell azienda. Nel laboratorio si sviluppano due attività. La prima è di carattere ingegneristico: si disegnano e progettano i chip, i sistemi di controllo, il software, i processi di lavorazione dedicati. La manifattura viene mantenuta per quasi tutti questi aspetti all esterno, presso ditte specializzate che abbiano il know-how e le risorse necessarie (aspetto questo particolarmente gravoso nel caso della produzione dei chip microelettronici), che lavorano su nostre specifiche. Tuttavia, la maggior parte degli aspetti tecnologici del biochip hanno richiesto uno sviluppo ad hoc. Ad esempio, un dispositivo realizzato con tecnologie microelettroniche standard (come quelle dei circuiti integrati utilizzati per i PC od i cellulari) verrebbe distrutto in brevissimo tempo da una coltura cellulare, peraltro senza essere biocompatibile (quindi portando alla morte delle cellule). Questo ha richiesto quindi un grande sforzo di ricerca e sviluppo, tuttora in corso, che abbiamo portato avanti sia internamente che esternamente, con i nostri fornitori e con diversi centri di ricerca pubblici con cui collaboriamo attivamente. Tra questi in particolare vanno segnalate la strettissima collaborazione in corso con ITC-irst e quella con l Università di Padova. Il secondo aspetto su cui lavora il laboratorio è di tipo biologico: 77
si sperimentano le soluzioni innovative, si sviluppano protocolli di utilizzo del prodotto, si effettuano prove di validazione scientifica delle capacità della tecnologia. Infine, viene progettato e sviluppato il sistema di controllo, comprensivo di hardware e software, che permette all utente di utilizzare in modo semplice una tecnologia di per sé complessa. Contatti: Giorgio Cellere BiosiLab s.r.l. Via Zeni 8, mod. 38, 38068 Rovereto (TN) Tel./Fax: (+39) 0464 443230 Email:giorgio.cellere@biosilab.com Web:http://www.biosilab.com/contact.htm 78
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