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Responsabile Maria Prat
Settore di ricerca Istologia
Personale docente Antonia Follenzi   
Personale non-docente Stefano Pietronave  Andrea Zamperone  Francesca Oltolina  Maria Feola  Silvia Antonini  Luca Gregoletto  Riccardo Siligo  Maria Antonietta Coppola
Obiettivi della ricerca 1) Nanoparticelle multifunzionali biomimetiche per la terapia dei carcinomi
Risultati ottenuti 1) Una delle applicazioni più promettenti della nanomedicina è nel campo del “gene e drug delivery”, che prevede la sintesi di nanoparticelle (NP) e la loro successiva funzionalizzazione con farmaci ad azione anti-tumorale/anti-mestatica e con anticorpi che li indirizzino in modo specifico sul tumore da questi riconosciuto. I vantaggi di questa strategia sono molteplici: le nanoparticelle per le loro caratteristiche fisiche (dimensioni nanometriche) rimangono nel circolo sanguigno per periodi prolungati prima di essere eliminate, possono attraversare la parete endoteliale dei vasi, che nei tumori è più permeabile (effetto di permeabilità e ritenzione), possono veicolare agenti terapeutici poco solubili e proteggerli da una prematura degradazione; gli anticorpi fanno “targeting” specifico e quindi si potrà usare una minore quantità di farmaco e si ridurranno gli effetti secondari di tossicità aspecifica sistemica. In quest’ottica abbiamo inizialmente prodotto NP di idrossiapatite (materiale inorganico completamente biocompatibile e riassorbibile), che sono state funzionalizzate con un chemioterapico (doxorubicina) e anticorpi monoclonali diretti contro Met/recettore per l’HGF, che, essendo iperespresso in diversi tipi di carcinoma umano può agire da bersaglio per le NP funzionalizzate. Le NP sono state caratterizzate dal punto di vista chimico-fisico. Abbiamo anche dimostrato che quelle funzionalizzate si legano specificamente alle cellule che esprimono l’antigene Met, sono internalizzate e le uccidono. (progetto in collaborazione con l`Università di Granada, Spagna). (Gómez-Morales et al., Crystal Growth & Design, ISSN: 1528-7483, doi: 10.1021/cg2004547; Iafisco M, Varoni E, Di Foggia M, Pietronave S, Fini M, Roveri N, Rimondini L, Prat M. Conjugation of hydroxyapatite nanocrystals with human immunoglobulin G for nanomedical applications. Colloids Surf B Biointerfaces. 2012 Feb 1;90:1-7; Delgado-López JM, Iafisco M, Rodríguez I, Tampieri A, Prat M, Gómez-Morales J. Crystallization of bioinspired citrate-functionalized nanoapatite with tailored carbonate content. Acta Biomater. 2012;8:3491-9; Iafisco et al., Cell Surface Receptor Targeted Biomimetic Apatite Nanocrystals for Cancer Therapy, Small, in revisione, 2012). 
Obiettivi della ricerca 2) Analisi dell’effetto di stimoli fisici sul differenziamento di progenitori cardiaci isolati da auricola umana
Risultati ottenuti 2) É ormai accertato che le cellule non solo risentono di segnali biologici rilasciati da tessuti più lontani, matrice extracellulare e cellule vicine, ma possono essere sensibili anche a segnali fisici, quali la corrente elettrica, e meccanici, quali rigidità, rugosità di superficie, porosità, micro- e nano-architettura, del substrato su cui crescono e si differenziano. Abbiamo potuto dimostrare che progenitori cardiaci isolati da miocardio umano, quando sottoposti a corrente elettrica in un bireattore ideato e realizzato ad hoc (Politecnico di Milano), assumevano una forma più allungata e aumentavano l’espressione dei fattori trascrizionali del differenziamento cardiomiogenico precoce GATA-4 e MEF2C, e la rilocalizzazione della proteina Connessina 43 alla membrana cellulare, soprattutto se la corrente applicata era bifasica. Questo tipo di stimolo è quindi in grado di indurre queste cellule progenitrici verso il fenotipo cardiomiogenico. Stiamo ora valutando l’effetto dello stimolo topografico, utilizzando substrati di silicone (PDMS) scanalati, per eventualmente combinare questo tipo di stimolo a quello elettrico (ricerca effettuata in collaborazione con il Dipartimento di Bioingegneria, Politecnico di Milano, Milano; Pietronave et al., Analysis of the effects of mono- and bi-phasic electrical stimuli on the pre-cardiac commitment of stromal/progenitor cells isolated from human heart; sottomesso Stem Cell Research submitted, 2012).  
Obiettivi della ricerca 3) Isolamento e caratterizzazione di una linea di cellule staminali da tessuto adiposo di topo
Risultati ottenuti 3) Il tessuto adiposo contiene una riserva di cellule indifferenziate con alto potenziale differenziativo (ASC = Adipose Stem Cells). Noi le abbiamo isolate a partire da tessuto adiposo murino della regione inguinale con metodiche classiche. Le cellule sono state caratterizzate per l’immunofenotipo, la multipotenzialità e la capacità proliferativa. La linea (m17.ASC), che è arrivata oltre il passaggio 180 -oltre tre anni in coltura-, e per la quale abbiamo ottenuto un brevetto, può essere indotta al differenziamento osteogenico, condrogenico, adiposo e cardiomiocitico. Essa presenta un cariotipo normale, telomeri stabili e non prolifera in soft agar, né è tumorigenica in vivo, quando inoculata sottocute in topi singenici. L’analisi dell’espressione genica (Illumina, 45.281 sonde) ha dimostrato che vengono mantenute le caratteristiche delle cellule mesenchimale della frazione stromale vascolare da cui è stata originata la linea. Cellule m17.ASC, geneticamente modificate con un vettore lentivirale per GFP come transgene marcatore, attecchiscono nel fegato di topi singenici pre-trattatti con monocrotalina, quando vengono inoculate nella vena porta o nella milza. (ricerca effettuata in collaborazione con Dr. Antonia Follenzi; Zamperone et al., Isolation and characterization of a spontaneously immortalized multipotent mesenchymal cell line from mouse subcutaneous adipose tissue, sottomesso a Stem Cells and Development e in revisione, 2012). 
Obiettivi della ricerca 4) Preparazione di materiali a dimensione micrometrica per il rilascio di molecole terapeutiche
Risultati ottenuti 4) Molte terapie richiedono il rilascio graduale e prolungato della sostanza ad attività farmacologica e l’accoppiamento su materiali biocompatibili è una soluzione. In quest’ottica si è utilizzato un gel di alginato come carrier, che solidifica alla temperatura corporea, a cui si sono accoppiate molecole di fosfato di calcio, con la funzione di controllare il pH locale e molecole di simvastatina, farmaco utilizzato nella terapia dell’osteoporosi. La validità di questo approccio, che permette un rilascio prolungato nel tempo, è stata analizzata con successo in un modello in vivo di ratti osteoporotici. Inoltre sono state prodotte microsfere cave costituite da acido polilattico e concentrazioni diverse di nanoparticelle di apatite biomimetica, che sono state caratterizzate dal punto di vista chimico-fisico e di citocompatibilità. Anche queste rappresentano quindi un buon materiale di partenza per approntare dei sistemi per il rilascio controllato e graduale di sostanze utili soprattutto nella rigenerazione dell’osso (in collaborazione con Research Institute of Pharmaceutical Sciences, Musashino University, Tokyo, Japan; Iafisco M, Palazzo B, Ito T, Otsuka M, Senna M, Delgado-Lopez JM, Gomez-Morales J, Tampieri A, Prat M, Rimondini L. Preparation of core-shell poly(L: -lactic) acid-nanocrystalline apatite hollow microspheres for bone repairing applications. J Mater Sci Mater Med. 2012;23:2659-69; Ito T, Saito M, Uchino T, Senna M, Iafisco M, Prat M, Rimondini L, Otsuka M. Preparation of injectable auto-forming alginate gel containing simvastatin with amorphous calcium phosphate as a controlled release medium and their therapeutic effect in osteoporosis model rat. J Mater Sci Mater Med. 2012;23:1291-7).  
Collaborazioni in atto  - Azioni Integrate Italia Spagna: titolo del progetto di ricerca: Multifunctional drug-loaded antibody-targeted inorganic nanoparticles for biomedical use (coordinatore spagnolo Jaime Gómez Morales, Laboratorio de Estudios Cristalográficos, Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, Granada, Spagna)
- Prof. T. Okano, Institute of Advanced Biomedical Engineering and Science, Tokyo Women`s Medical University, TWIns 8-1 Kawada-cho, Shinjuku-ku, JAPAN
- Prof. M. Senna, Faculty of Science and Technology, Keio University, Hiyoshi, Yokohama 223-8522, Japan
- Prof. M. Otsuka, Research Institute of Pharmaceutical Sciences, Musashino University, Shinmachi 1-1-20, Nishitokyo-Shi, Tokyo 202-8585, Japan
 
Comunicazioni a congressi Simone Merlin, Diego Zanolini, Gabriella Ranaldo, Maria Feola, Elvira S Cannizzo, Guido Valente, Maria Prat, Sanjeev Gupta, and Antonia Follenzi. FVIII Expression and Secretion in Circulating Blood Cell Types Capable of Correcting Bleeding in Hemophilia A Mice. 15th Annual Meeting of the American Society of Gene & Cell Therapy, Philadelphia, USA may 2012

Zamperone A, Pietronave S, Oltolina F, Pavesi A, Consolo F, Fiore G.B, Soncini M, Novelli E, Diena M, and Prat M. Development of an electrical stimulation-based bioreactor to enhance cardiac commitment of human adult stem cells. TERMIS, Vienna, sept 2012. J Tissue Eng Regen Med 2012; 6 (Suppl.1): 108.

S. Pietronave, A. Cochis, A. Zamperone, F. Oltolina, A. Carletta A, L. Altomare L, S. Farè S., M. Diena M., Rimondini L. , Prat M. Application of thermo-responsive hydrogel for the generation of implantable cardiac progenitor cell (CPCs) sheets for scaffold-less tissue engineering. TERMIS, Vienna, sept 2012. J Tissue Eng Regen Med 2012; 6 (Suppl.1): 385.

G Forte, S Pietronave, A Nardone, A. Zamperone, S Pagliari, F Pagliari, T Okano, M Minieri, M Prat, P Di Nardo. Human cardiac progenitor cell sheets as a source of autologous contractile and vascular cells for cardiac repair. TERMIS, Vienna, sept 2012. J Tissue Eng Regen Med 2012; 6 (Suppl.1): 106.

A Cochis, A Carletta, L Altomare, S Faré, S Merlin, S Pietronave, A Follenzi, M Prat, L Rimondini. Engineered cell sheetsusing thermo-reversible hydrogel
TERMIS, Vienna, sept 2012. J Tissue Eng Regen Med 2012; 6 (Suppl.1), 203

Zamperone A, Pietronave S, Pavesi A, Diena M, Fiore G.B, Soncini M and Prat M
Electric field stimulation induces the expression of cardiomyogenic markers in murine and human stem/progenitor cells isolated from different sources
Disputationes, Firenze, march 2012

Zamperone A, Pietronave S, Pavesi A, Oltolina F, Consolo F, Novelli E, Diena M, Fiore GB, Soncini M, Radaelli A and Prat M. Induction of cardiomyogenic markers in murine and human adult stem cells isolated from different sources upon electric stimulation. Frontiers in Cardiac and Vascular Regeneration, Trieste, may-june 2012

Ruggero Frison, Antonio Cervellino, Norberto Masciocchi, Josè Manuel Delgado-López, Jaime Gómez-Morales4, Maria Prat and Antonietta Guagliardi Total Scattering Analysis of bio-inspired apatite Nanoparticles for drug delivery applications. Italian Crystallograpic Association Congress, Verona, settembre 2012.
 
Pubblicazioni
Crystallization of bioinspired citrate-functionalized nanoapatite with tailored carbonate content.
Preparation of core-shell poly(L-lactic) acid-nanocrystalline apatite hollow microspheres for bone repairing applications.
Preparation of injectable auto-forming alginate gel containing simvastatin with amorphous calcium phosphate as a controlled release medium and their therapeutic effect in osteoporosis model rat.
Advances and applications of induced pluripotent stem cells
Conjugation of hydroxyapatite nanocrystals with human immunoglobulin G for nanomedical applications.
Different Expression and Function of the Endocannabinoid System in Human Epicardial Adipose Tissue in Relation to Heart Disease.