U.O. ALFONSO BARBARISI – Seconda Università di Napoli
Il laboratorio del Prof. Alfonso Barbarisi porta avanti ricerche per le applicazioni delle biotecnologie in ambito Medico-Chirurgico. Il punto centrale dell’attività di ricerca non è l’individuazione di nuove tecnologie, ma piuttosto la loro originale applicazione pratica ed industriale ai problemi delle Medicina e della Chirurgia, con particolare attenzione alle applicazioni nel campo dell’ingegneria tissutale-medicina rigenerativa. Il notevole avanzamento delle conoscenze sulle relazioni struttura-funzione nel campo della biologia e della medicina ed i recenti sviluppi ottenuti nell’ambito dell’ingegneria chimica, dei materiali e della bioingegneria hanno permesso, infatti, la progettazione di tessuti sostitutivi funzionali che utilizzano cellule viventi associate a biomateriali in cui, o su cui, le cellule possono proliferare, organizzarsi e differenziarsi, come nel tessuto nativo, ed ottenere tessuti tridimensionalmente organizzati, simili all’elemento naturale da ricostruire. In questo ambito, una nuova frontiera è rappresentata dalla realizzazione di tessuti e/o organi trapiantabili.
Il notevole aumento dei casi clinici in cui si richiede il trapianto di organi/tessuti, la scarsa disponibilità di donatori, i problemi di infezioni e di rigetto legati all’impianto di tessuti estranei hanno fornito all’ingegneria dei tessuti un notevole impulso rivolto all’approfondimento di tali studi ed alla realizzazione di costrutti funzionali.
Linee di ricerca:
Studio dell’interazione cellule-biomateriali.
L’interazione tra la matrice extracellulare ed i recettori localizzati sulla membrana cellulare, rappresentano un importante evento in grado di modulare specifiche funzioni cellulari quali la crescita, il differenziamento e la sopravvivenza.
Attualmente, numerosi lavori sperimentali hanno evidenziato il ruolo chiave svolto dalla Focal adhesion Kinase (FAK), nella modulazione dei segnali esterni (ad es. l’interazione ECM-integrine). Tali segnali esterni via FAK sono in grado di modulare a livello citologico, la forma cellulare ed a livello istologico l’architettura tissutale.
Poiché l’interazione cellule-biomateriali rappresenta un evento cruciale nel destino clinico di un qualsiasi biomateriale impiantato nel corpo umano, il nostro laboratorio di ricerca è particolarmente interessato allo studio della modulazione del comportamenti cellulari mediati dalla FAK.
Il laboratorio fa anche parte del Centro di Ricerca Interdipartimentale di Scienze Computazionali e Biotecnologiche (CRISCEB) della SUN e del Centro Regionale di Competenza (CRdC) “Nuove tecnologie per attività produttive” della Regione Campania.
Elenco apparecchiature
- Microscopio Elettronico a Scansione Ambientale (ESEM) corredato di microanalisi ai raggi-X (EDAX).
- Apparato per la metallizzazione e la disidratazione in CO2 supercritica per lo studio dei campioni in High SEM resolution.
- Microscopio ottico e a fluorescenza confocale (CLSM).
 -Densitometro per l’analisi quantitativa e semiqualitativa dei segnali molecolari (Western blot, Northern blot e southern blot)
 
U.O. ROLANDO BARBUCCI – Università degli Studi di Siena
L’attività di ricerca si incentra principalmente su tre settori principali:
1. la realizzazione di superfici microstrutturate come materiali guida per la crescita cellulare;
2. la sintesi di idrogeli polisaccaridici da utilizzare sia come scaffold cellulari che come matrici per il rilascio controllato dei farmaci;
3. l’analisi delle proteine adsorbite su superfici solide.
Preparazione di materiali micro e nano –strutturati
Sono state realizzate delle superfici microstrutturate a base polisaccaridica da utilizzare come supporti per la crescita guidata di diverse linee cellulari.
Quali polimeri sono stati utilizzati acido ialuronico (Hyal) acido ialuronico solfatato e Hyal coordinato con lo ione rameico (Cu2+-Hyal), fotoimmobilizzati su supporto di vetro silanizzato o PET.
Le superfici ottenute sono state caratterizzate da un punto di vista sia chimico che topografico attraverso analisi IR, AFM, e SEM e utilizzate come substrati per l’adesione cellulare.
I risultati dimostrano che l’acido ialuronico non è un buon substrato per l’adesione cellulare, infatti le cellule si allineano sui microdomini di PET o vetro silanizzato, mentre il suo derivato solfatato sembra essere un substrato migliore per alcune linee cellulari quali HGTFN, Melanociti. La coordinazione dello Hyal con lo ione rameico (Cu2+-Hyal) aumenta l’affinità tra il substrato e le cellule endoteliali.
Idrogeli polisaccaridici da utilizzare come scaffold cellulari e come matrici per il rilascio controllato dei farmaci
Sono stati sintetizzati idrogeli a base di polisaccaridi naturali (acido ialuronico ed acido alginico) e semisintetici (carbossimetilcellulosa). È stata valutata l’influenza dell’agente reticolante sulle proprietà chimico-fisiche del materiale, quali il grado e la cinetica di rigonfiamento, la morfologia e le proprietà meccaniche. È stata inoltre analizzata l’influenza dei “bracci” reticolanti sull’adsorbimento e la conformazione di alcune proteine adesive quali albumina e fibrinogeno.
Gli idrogeli sono stati modificati morfologicamente allo scopo di ottenere una struttura microporosa, quindi sottoposti a caratterizzazione morfologica (SEM), chimica (spettroscopia infrarossa), termica (DSC e TGA) e meccanica (G’e G”).
Sono stati, infine, testati quali supporti cellulari e come sistemi per il rilascio controllato di farmaci ad azione anti-infiammatoria.
È stato anche sintetizzato un nuovo polimero derivato della carbossimetilcellulosa che presenta proprietà simili all’acido ialuronico. Di questo è stato ottenuto un gel per applicazioni biomediche.
Analisi delle proteine adsorbite su superfici solide
Sono state preparate superfici costituite da un supporto di vetro silanizzato o PET e da un film polimerico al fine di studiare il ruolo delle proteine del siero nel modulare l’organizzazzione cellulare su superfici solide. I polimeri utilizzati sono l’acido ialuronico e il suo derivato solfatato legati al supporto tramite la tecnica fotolitografica.
 Le proteine del siero umano (HS) sono state adsorbite sui campioni. Successivamente, è stata effettuata un’analisi quali-quantitativa delle proteine desorbendole gradualmente dalla superficie polimerica utilizzando eluenti a forza estraente progressivamente maggiore. I risultati ottenuti evidenziano che una delle proteine realmente interagenti presenti è la fibronectina. Si è, infine, cercato di valutare come la fibronectina da sola influenzi la risposta cellulare.
Elenco apparecchiature
- Microscopio Elettronico a Scansione (SEM) con rivelatore per elettroni secondari, retrodiffusi e raggi x
- EDAX
- Microscopio a Forza Atomica (AFM)
- Sistema in Time-Lapse
- Microscopio in fluorescenza
- Spettrometria ToF-SIMS
- Porometro 3G
 
U.O. PAOLO BARBINI – Università degli Studi di Siena
Modelli di sistemi fisiologici
Sono stati progettati e implementati al calcolatore modelli non lineari funzionali e morfometrici della meccanica del respiro per interpretare il fenomeno della limitazione del flusso espiratorio in soggetti normali e con bronco-pneumopatia cronica ostruttiva in ventilazione meccanica. Inoltre dati reali di flusso e pressione alla bocca del paziente ventilato meccanicamente sono stati utilizzati per stimare i parametri viscoelastici del sistema respiratorio a fini diagnostico e prognostico.
Tecniche bioingegneristiche di aiuto alla decisione medica
Mediante strumenti informatici, reti neurali artificiali e analisi statistica multivariata, si sono realizzati algoritmi e procedure di pattern recognition and classification orientate sia ad un’efficiente interpretazione di dati biomedici sia al miglioramento di decisioni mediche. Particolari problematiche sono state affrontate inerenti all’elaborazione di immagini e segnali digitali, all’estrazione di caratteristiche (features) e all’analisi di sopravvivenza. La ricerca si è spesso abbinata ad obiettivi clinici tesi a migliorare la qualità di protocolli diagnostici e terapeutici basati su sofisticate strumentazioni di misura e metodi quantitativi. I principali campi della Medicina studiati sono stati la Patologia oncologica, la Dermatologia, la Terapia intensiva cardiochirurgica e l’Ostetricia.

U.O. ADRIANA BIGI – Università degli Studi di Bologna
L’unità di ricerca della prof. Bigi si occupa degli aspetti chimici e strutturali dei processi di biomineralizzazione come sistemi modelli per la progettazione di nuovi materiali compositi con potenzialità di impiego nel settore dei biomateriali. Infatti, i compositi inorganici/organici sintetizzati dagli organismi viventi spesso presentano peculiari proprietà morfologiche, strutturali e meccaniche, non facilmente riproducibili con i metodi di sintesi convenzionali. Pertanto possono essere considerati modelli ideali a cui ispirarsi per la progettazione di materiali funzionali complessi.
Progetti di ricerca in corso:
- Sintesi e caratterizzazione di fasi inorganiche nano- e micro-cristalline mediante processi di sintesi biomimetica
- Materiali ibridi a base di fosfati di calcio e molecole biologicamente attive 
- Crescita orientata di fasi inorganiche su matrici polimeriche e metalliche funzionalizzate.
Progettazione e realizzazione di biomateriali innovativi per applicazioni in campo ortopedico, dentale ed in chirurgia cardiovascolare, quali cementi ossei a base di fosfati di calcio; rivestimenti di substrati metallici; compositi inorganici-polimerici.
Elenco apparecchiature
- Diffrattometro di raggi X per polveri X'Pert Philips
- Diffrattometro di raggi X per polveri X'PERT PRO Panalytical con camera per bassa e media temperatura Anton Paar
- Linea microcalorimetrica Perkin Elmer DSC-7, TGA-7
- Microcalorimetro differenziale a scansione Perkin Elmer Diamond DSC
- Dinamometro INSTRON 4465
 
U.O. RICCARDO D’AGOSTINO– Università degli Studi di Bari
Le attività di ricerca del gruppo riguardano la realizzazione e la caratterizzazione di processi di modificazione superficiale di substrati solidi polimerici e non, mediante plasmi freddi. La ormai consolidata esperienza del unità di Bari (UNIBA) nella ricerca di processi via plasma per la modificazione superficiale di materiali sarà orientata alla realizzazione di progetti di carattere applicativo che riguardano l’utilizzazione di biomateriali modificati in superficie per: favorire l’adesione di cellule su supporti finalizzati alla rigenerazione di tessuti in vitro; scoraggiare l’adsorbimento aspecifico di biomolecole in sistemi utilizzati per il trasporto di fluidi biologici (es. sangue); scoraggiare l’adesione e la proliferazione batterica su dispositivi biomedicali di varia natura. L’attenzione del gruppo è al momento focalizzata verso la realizzazione di superfici nano- e micro-strutturate che siano in grado di promuovere alcuni eventi di tipo biologico, quali adesione di cellule, adsorbimento di proteine etc., peculiari del tipo di superficie realizzata e dipendenti dalla disposizione spaziale delle micro- e nano- strutture. Un aspetto che verrà sviluppato nel corso del prossimo anno, consiste nello studio di processi di immobilizzazione di biomolecole specifiche di adesione di alcuni ceppi cellulari, su superfici modificate via plasma per la produzione di “superfici intelligenti”, ossia superfici che siano in grado di “comunicare” con l’ambiente in cui il materiale modificato viene inserito, promuovendo determinate risposte biologiche.

U.O. PAOLO FERRUTI – Università degli Studi di Milano
L'Unità Ferruti - Ranucci presso il Dipartimento di Chimica Organica e Industriale dell'Università degli Studi di Milano è stato attivo nei settori dei biomateriali polimerici. Una parte importante di questa attività viene svolta da tempo in collaborazione, oltre che con università straniere quali il Kungliga Tekniska Hoegskolan di Stoccolma e il Centre for Polymer Therapeutics of the Welsh School of Pharmacy, Cardiff University, UK, con le Università di Siena e di Pisa.
In particolare, l'attività di ricerca del gruppo nell'anno 2003 si è articolata su due filoni principali. Il primo di questi è rappresentato da studi sulle poli(ammido-ammine) (PAA), il secondo da studi su nuovi polimeri funzionalizzati biocompatibili di tipo polivinilico o misto poliestere-polivinilico. Questi due argomenti saranno trattati separatamente.
Studi sulle poli(ammido-ammine)
Sono stati effettuati studi su poliammidoammine (PAA) lineari e reticolate, nonché in forma particellare, quali materiali biodegradabili e biocompatibili da utilizzare in ambiente fisiologico per il rilascio controllato di farmaci antitumorali. Le PAA sono polimeri lineari idrosolubili contenenti gruppi ammidici ed amminici distribuiti regolarmente lungo la catena principale. Molte PAA mostrano, in ambiente fisiologico, elevate proprietà “stealth”. In altre parole, esse risultano invisibili al sistema reticolo endoteliale e conseguentemente non sono soggette a fagocitosi. Prove in vivo dimostrano inoltre che esse hanno la capacità di concentrarsi nei tumori per effetto EPR (Enhanced Permeation and Retention effect). Esse infine mostrano proprietà membranolitiche variabili in funzione del pH.
Dopo internalizzazione cellulare mediante pinocitosi, alcune PAA anfoteriche mostrano di localizzarsi nei lisosomi, dove il pH è circa 5.5. Pertanto esse risultano una potenziale alternativa all’uso dei peptidi fusagenici come vettori endosomolitici.
Basandosi su queste premesse, sono stati in primo luogo approfonditi gli studi sulle PAA attive nel “traffiking” intracellulare. In particolare, sono state studiate la loro sintesi, caratterizzazione e proprietà chimico-fisiche e biologiche. Gli esperimenti relativi a queste ultime proprietà sono stati effettuati presso la School of Pharmacy di Cardiff). Particolarmente utili a questo proposito sono due strutture poliammido-amminiche a bassa o praticamente nulla tossicità denominate ISA 1 e ISA 23.
In particolare, sono stati sviluppate le seguenti linee di ricerca:
· Preparazione di PAA con architettura molecolare diversa.
· Innesto di catene poliammidoamminiche su proteine.
· Introduzione nella struttura poliammidoamminica di sostituenti in grado di funzionare come traccianti o marcatori.
· Preparazione di PAA reticolate.
Per quanto riguarda la preparazione di PAA reticolate, è stata messa a punto la sintesi di idrogeli nei quali i segmenti lineari di partenza provengono sia da ISA23 che da ISA1. La strategia di sintesi consiste nell’utilizzo, come reticolante, di quantità di etilendiammina variabili dal 5 al 20%. Tale composto si comporta, infatti, come un comonomero tetrafunzionale nella reazione di polimerizzazione per trasferimento di idrogeno. Gli idrogeli ottenuti sono stati in primo luogo micronizzati mediante uso di uno strumento “potter”. E’ stato quindi avviato lo studio delle proprietà di rigonfiamento e di degradazione in soluzioni acquose a diverso pH.
Studi su nuovi polimeri funzionalizzati biocompatibili
Questa ricerca si è rivolta verso i seguenti obiettivi:
· Nuovi agenti metacrilanti selettivi per l'ottenimento di nuovi monomeri e macromonomeri.
· Studi su polimeri biodegradabili a carattere di poliestere come sistemi per il rilascio controllato di farmaci.
· Nuovi plastificanti polimerici biocompatibili per il PVC.
Per quanto riguarda il primo obiettivo, si sono studiati copolimeri a blocchi a base di policaprolattone che in miscela con PVC danno prodotti di caratteristiche del tutto paragonabili a quelle del normale PVC plastificato con diottilftalato (DOP), ma senza la pericolosità di quest'ultimo, per due motivi. Il prodotto a differenza del DOP è difficilmente rilasciato perché esso stesso polimerico; inoltre, rilasciato che sia, è comprovatamente biodegradabile a prodotti di riconosciuta atossicità.
Per quanto riguarda il secondo obiettivo, si è messo a punto una serie di copolimeri a carattere di PLGA modificati con segmenti idrofilici.
Per quanto riguarda il terzo obiettivo, si è studiata la sintesi e la reattività del 2-[(1-Imidazolyl)formyloxyethyl methacrylate] nei confronti di composti modello.

U.O. ROBERTO GIARDINO – Università degli Studi di Bologna
Studio in vitro della biocompatibilità di nuovi materiali, e della proliferazione, differenziazione, attività di sintesi e adesione di osteoblasti.
Studio in vitro di colture cellulari e modelli patologici.
Investigazioni dell’isolamento di cellule staminali.
Studio in vivo della biocompatibilità di materiali per l’ortopedia e della osteointegrazione di biomateriali.
Studi istologici di tessuti molli e tessuti duri.
Studio della biomeccanica delle ossa e all’interfaccia ossa-biomateriale

U.O. Elisabetta Weber – Università degli Studi di Siena
L’unità di ricerca della Prof. Elisabetta Weber si occupa dello studio dell’endotelio linfatico su sezioni di tessuto ed in coltura.
Le interazioni delle cellule endoteliali con la matrice extracellulare sono state valutate sulla base della modalità di deposizione di fibrillina in correlazione all’espressione di una proteina ad essa associata, la MAGP-1. Mentre la deposizione di fibrillina e di MAGP-1 procedono di pari passo nelle cellule endoteliali sanguifere, in quelle linfatiche la MAGP-1 compare in ritardo e solo in piccola quantità. Visto che la fibrillina costituisce lo scaffold per la deposizione di elastina, un diverso pattern di deposizione della fibrillina può determinare la specificità delle fibre elastiche sulla base delle diverse necessità funzionali dei vasi linfatici rispetto a quelli sanguiferi.
La fibrillina prodotta dalle cellule endoteliali e depositata nella matrice extracellulare, contiene un gruppo RGD che può legare le integrine. Queste, con la loro coda citoplasmatica, innescano l’attivazione di una cascata di molecole all’interno della cellula, tra cui la fosforilazione del FAK (Focal Adhesion Kinase), che induce la riorganizzazione del citoscheletro di b actina e quindi permette un migliore adattamento della morfologia della cellula al substrato. In collaborazione con il Prof.Barbucci, direttore del CRISMA, abbiamo studiato le interazioni di cellule endoteliali linfatiche su superfici microstrutturate a strisce di acido ialuronico (Hyal) e vetro aminosilanizzato ottenute mediante fotoimmobilizzazione. Le cellule crescevano solo sul vetro, evitando le strisce di acido ialuronico, si allineavano lungo le strisce ed esprimevano integrine, a dimostrazione del fatto che la loro adesione a questo substrato è un processo mediato da integrine.
Sempre in collaborazione col prof.Barbucci, abbiamo valutato il ruolo del complesso Hyal-Cu sul comportamento di cellule endoteliali sanguifere e linfatiche su superfici microstrutturate a strisce ottenute mediante fotoimmobilizzazione di Hyal-Cu su vetro aminosilanizzato. Le cellule endoteliali sanguifere tendono a spostarsi dal vetro sulle strisce di Hyal-Cu, mentre quelle linfatiche non migrano sullo Hyal-Cu e restano esclusivamente aderenti al vetro.

U.O. MARINA ZICHE – Università degli Studi di Siena
Il laboratorio della Prof. Marina Ziche incentra la sua ricerca sull’endotelio con particolare enfasi sull’angiogenesi, una delle principali funzioni di questo tessuto. L’angiogenesi, processo che porta alla formazione di nuovi vasi, ha un ruolo fisiologico rilevante durante lo sviluppo e nell’adulto. Il coinvolgimento dell’angiogenesi in patologie, in particolare i tumori, ma anche patologie cardiovascolari e neurodegenerative, ha aumentato l’interesse della ricerca su questo fenomeno.
Il laboratorio della Prof. Ziche ha contribuito alla ricerca sull’angiogenesi caratterizzando molecole che esercitano importanti effetti sulla formazione di nuovi vasi sanguigni in particolare nei tumori e in patologie cardiovascolari. Altri importanti contributi derivano dalla comprensione di vie di segnalazione coinvolte nell’angiogenesi (NO, cGMP) e del controllo dell’acquisizione di un fenotipo angiogenico da parte delle cellule endoteliali.
Progetti di ricerca in corso:
1. Studi su molecole angiosuppressive e loro sviluppo come agenti antitumorali. Questo include anche nuove strategie basate sull’interazione tra le vie biosintetiche della NOS e della COX, la loro inibizione da parte di farmaci specifici e il loro ruolo nel cancro del colon.
2. Patologie cardiovascolari e cerebrovascolari causate dalla disfunzione endoteliale (ischemia, insufficienza cardiaca, stroke), con enfasi su fattori di crescita e composti capaci di ripristinare l’integrità dell’endotelio.
3. Materiali nanostrutturati che facilitano la crescita endoteliale e in sviluppo come dispositivi medici in patologie cardiovascolari e per la riparazione ossea.
4. Studio dell’endotelio come barriera durante l’invasione di parassiti, e la sua relazione con cellule infiammatorie.