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Nasce a Verona Prometeo NanoLab, laboratorio congiunto per progetti di nanotecnologie applicate alla medicina rigenerativa e ingegneria tissutale

Nuova collaborazione tra il laboratorio di chirurgia pediatrica sperimentale  e la start up veronese Nanomnia

Quanto siano importanti bio e  nanotecnologie per l’ingegneria tissutale  e per la  medicina rigenerativa  lo possiamo capire da questi numeri: nel 2020 in Italia sono quasi 8500 i pazienti in attesa di trapianto, mentre sono 1300 i donatori. C’è quindi un’estrema necessità di contare su organi o parti in sostituzione di quelli malati. Ma non solo: grazie alle  nanotecnologie , per la medicina rigenerativa si aprono possibilità incredibili.

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Pensiamo ai bambini con malformazioni congenite oppure con diabete di tipo 1, che colpisce circa il 3-5% delle persone affette da diabete e in genere insorge nell’infanzia o nell’adolescenza. Poter contare sulla possibilità di un pancreas rinnovato e funzionante cambia enormemente le prospettive di vita.

Ricreare in laboratorio, mediante  nanotech e 3D bioprinting , cellule a livello tridimensionale parte del tessuto o parte di organi, partendo dalle stesse cellule staminali, è l’elemento cardine su cui si innesta il nuovo fronte della ricerca in ambito medico. Per questo è appena nato  Prometeo NanoLab , il laboratorio congiunto per progetti di  nanotecnologie applicate alla medicina rigenerativa  e ingegneria tissutale.

Con sede a Verona, è frutto della collaborazione tra il laboratorio di chirurgia pediatrica sperimentale e la startup biotech Nanomnia. Ideatore, coordinatore e responsabile scientifico è Luca Giacomello, assistente professore all’Università degli Studi della città scaligera nonché chirurgo pediatrico e neonatale.

Il ruolo delle nanotecnologie per l’ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa. Prometeo NanoLab nasce da un’idea dello stesso Giacomello, il cui campo di ricerca è legato all’impiego delle cellule staminali applicate alla medicina rigenerativa per i  bambini nati con malformazioni congenite  e che necessitano di tessuto o parte di organi, mancanti o danneggiati.

Le  cellule staminali sono di origine fetale , ricavate da placenta o da liquido amniotico, eticamente utilizzabili a differenza delle cellule embrionali e dotate di maggiore plasticità rispetto a quelle di un adulto, prelevabili da midollo.

All’interno del Lab vengono studiate queste cellule e l’interazione con le strutture bio-simulate create con la bio-stampante 3D. “L’impiego di nanotecnologie per l’ ingegneria tissutale  e la medicina rigenerativa, mediante la  tecnologia 3D bioprinting  permette di  riprodurre in vitro una cellula a livello tridimensionale , parte del tessuto o addirittura l’organo, o parte di esso, usando le stesse cellule staminali come avviene in una stampante a getto d’inchiostro: solo che nel caso si tratta del ” bio-ink “, esso è costituito da cellule vive e vitali. Questo ci permette di riprodurre esattamente i modelli umani dal punto di vista clinico ”spiega Giacomello.

Ulteriore pregio di questa combinazione tecnologica è che è possibile bypassare la sperimentazione su animali. Infatti,  la tecnica va a sostituire test pre-clinici e farmacologici sugli animali , spesso necessari prima di passare dalla fase di laboratorio (in vitro) a quella clinica, con un risvolto etico non indifferente.

La riproduzione in vitro di organi. La tecnica di riproduzione di parti infinitesimali di organi e la loro veicolazione all’interno dell’organismo è il campo di studio su cui lavora l’Università di Verona. La prima fase è la realizzazione in micron di un organoide, ovvero una versione semplificata e miniaturizzata di un organo.

Nella parte pre-clinica si verifica se si attecchisce e si sviluppa. Una volta effettuato con successo il necessario testing, si procederà poi all’impianto nel corpo. Venire?  Iniettando microsfere contenenti gli organoidi , debitamente guidate nel punto in cui servono, tramite tecniche che guardano alla medicina di precisione.

Due stampanti 3D in grado di replicare non solo la forma, ma anche la consistenza di organi e tessuti umani, partendo da una TAC o da una risonanza magnetica dei pazienti e con un materiale “bio”. Si tratta della più recente e innovativa tecnologia nell’ambito della ingegneria tissutale di cui si è dotato il laboratorio di chirurgia pediatrica sperimentale guidato da Luca Giacomello che ha sede al Lurm, il Laboratorio universitario di ricerca medica. Un acquisto importante reso possibile dal dipartimento di Scienze chirurgiche, odontostomatologiche e materno-infantile, dell’ateneo diretto da Giovanni De Manzoni, che ha subito colto le potenzialità di dotarsi di una tecnologia all’avanguardia ed unica nel suo genere.

E proprio per sfruttare al meglio questo potenziale è nato Prometeo NanoLab laboratorio congiunto tra Università e Nanomnia, startup veronese, con l’obiettivo di sviluppare progetti nell’ambito delle nanotecnologie applicate alla medicina rigenerativa ed ingegneria tissutale, per la rigenerazione di organi e tessuti, mediante le stampanti 3D-bioprinting recentemente acquisite.

Il responsabile del laboratorio di chirurgia pediatrica sperimentale, Luca Giacomello, ha siglato l’accordo con Nanomnia per la conduzione di attività di Ricerca e Sviluppo della piattaforma, in virtù delle competenze del team in materia di bio e nanomateriali utilizzati per la medicina rigenerativa. Le stampanti Bio-X e Lumen-X hanno inoltre la potenzialità di riprodurre bio-organoidi finalizzati sia allo studio morfologico dell’organo, sia alla risposta a trattamenti farmacologici mirati, promossi dall’attività di ricerca e sviluppo di Nanomnia. In pratica, la possibilità di creare in laboratorio una versione semplificata e miniaturizzata di un organo vero e proprio.

Grazie a questo nuovo strumento è possibile, infatti, ottenere la riproduzione fedele dell’organo che consente così al chirurgo di poterlo studiare e di esercitarsi prima del vero e proprio intervento chirurgico. Non solo. Nel caso, ad esempio, di malformazioni congenite di un feto, una volta prelevate le cellule staminali dal liquido amniotico o dalla placenta della futura mamma, sarà in futuro possibile stampare il tessuto o l’organo che poi si andrà ad impiantare nell’organismo del bambino dopo la nascita.

Con la ricerca e le collaborazioni internazionali di Prometeo NanoLab non solo si andranno a studiare le applicazioni cliniche in chirurgia pediatrica, ma anche in altri campi come le malformazioni cardiache congenite della cardiochirurgia pediatrica, o l’ortopedia, dove le protesi artificiali verranno sostituite con innesti di bio-impianti assolutamente compatibili con il corpo umano e non dovranno essere nel tempo, sostituiti.

Si aprono anche nuovi fronti sul piano etico della ricerca perché la generazione di organi-modello mediante bio-stampa 3D rappresenta un primo passo verso la sperimentazione di terapie personalizzate, in sostituzione dei test pre-clinici e farmacologici sugli animali, spesso necessari prima di passare dalla fase di laboratorio (in vitro) a quella clinica. La piattaforma 3D permetterà di simulare in laboratorio l’impianto come se fosse sul paziente, senza la fase sull’animale. Questo passo etico, voluto fortemente dal Rettore Pier Francesco Nocini, viene considerato dal gruppo di ricerca di Giacomello altrettanto importante quanto i campi di applicazione stessi.

Possibili applicazioni della tecnologia Bioprinter riguardano:

  • Studio delle staminali derivanti da placenta e interazione con le strutture bio-simulate create con la bio-stampante 3D
  • Studio di modelli 3D per il tumore del pancreas e il diabete. Questo progetto potrà coinvolgere altri gruppi di ricerca dell’ateneo focalizzati su applicazioni cliniche riguardanti il pancreas.
  • Studio 3D per i bambini nati con labiopalatoschisi, per ottimizzare la correzione chirurgica su un modello tridimensionale personalizzato
  • Creazione di una filiera controllata per il recupero e la valorizzazione di tessuti placentali e del liquido amniotico. La circolarità di questo progetto mira a coinvolgere diversi dipartimenti dell’ateneo veronese in sinergia con realtà imprenditoriali del settore fortemente presenti nel mercato, per rispondere alle esigenze di inserimento di prodotti innovativi nel settore della medicina rigenerativa e dell’ingegneria tissutale.

In maniera trasversale, Nanomnia sarà responsabile dello studio di fattibilità, promuoverà l’attività di ricerca e sviluppo anche in collaborazione con partner intra/extra ateneo e si occuperà della progettazione e sintesi di nano- e microparticelle mediante emulsione e incapsulamento.

Con l’attuazione di questi progetti e dei successivi che verranno identificati nel corso della collaborazione, Prometeo NanoLab punta a diventare un polo di riferimento per lo sviluppo di una piattaforma di medicina rigenerativa e di ingegneria tissutale che, dall’ateneo veronese, possa poi radicarsi nel panorama italiano di riferimento, sfruttando le profonde conoscenze di ricerca di base nei differenti ambiti fisiologici e patologici, e le innovative competenze alla base dello sviluppo sperimentale.

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