Tecnologie

I dispositivi di rilevazione della presenza di molecole d’interesse (analiti) hanno goduto di un rinnovato slancio per l’introduzione di elementi biologici (biosensori). La loro elevata specificità è utilizzata in svariati campi, dal monitoraggio ambientale e la bio-medicina fino alla tutela e la promozione dei prodotti agroalimentari. Tuttavia, l’alto costo di produzione e la poca compatibilità a campionamenti di massa (high-throughput) talvolta ne limitano l’utilizzo.

Le conchiglie dei molluschi bivalvi sono costituite principalmente da CaCO₃ (ca. 95%), con una piccola frazione di materia organica. Se il minerale venisse recuperato dai gusci, si avrebbe una "miniera" rinnovabile e sostenibile di CaCO₃ "blu". Le conchiglie, anche dopo l'asportazione della carne, mantengono una certa quantità di sostanza organica. Pertanto, come primo passo della produzione di CaCO₃ "blu", è necessario rimuovere i componenti organici, cuocendo i gusci in un forno appropriato, dopo il lavaggio per rimuovere i sali.

La drammatica emergenza sanitaria mondiale per la pandemia dovuta al SARS-CoV-2 richiede nuovi dispositivi diagnostici, in grado di identificare la presenza del virus nei campioni biologici dei pazienti. In tale direzione, lo sviluppo di un test innovativo a basso costo, che fornisca l’esito entro pochi minuti, riproducibile e che possa rivelare la presenza diretta anche di poche particelle virali, sarebbe di fondamentale importanza per il monitoraggio e il contenimento della pandemia.

I batteriofagi filamentosi per dimensione, biodistribuzione in vivo e facilità di ingegnerizzazione, sono considerati nanoparticelle naturali. La tecnologia sviluppata permette la costruzione di fagi veicolanti antigeni proteici e lipidi immunomodulanti. Grazie all’alto contenuto di residui idrofobici, le proteine del capside fagico hanno alta affinità di legame ai lipidi, permettendo la coniugazione di lipidi immunostimolatori.

I nanofili di silicio (SiNWs) sono strutture con diametri che possono variare da qualche decina a qualche centinaia di nanometri, e lunghezze che vanno da poche centinaia di nanometri a millimetri. I SiNWs sono realizzati presso i laboratori dell'IMM-CNR, sezione di Roma, con tecnologie di tipo bottom-up, come la deposizione PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), a temperature di crescita sufficientemente basse (≤350°C) da essere compatibili con substrati plastici o vetrosi.

Il mobile antisismico Lifeshell è un riparo sicuro in caso di sisma a forma di armadio, tavolo, scrivania o letto. Costruito con pannelli di legno a strati incrociati ad altissima resistenza, Lifeshell utilizza la naturale elasticità del legno e un sistema di connessioni metalliche già collaudato per edifici antisismici per assorbire le imponenti energie dei crolli da sisma.

Presso IFN-CNR, in collaborazione con Politecnico di Milano-dipartimento di Fisica, abbiamo sviluppato approcci di microscopia Raman compatibili con lo studio e la caratterizzazione di campioni di interesse biologico e industriale. In dettaglio la nostra struttura ospita un microscopio Raman spontaneo confocale autocostruito e con le seguenti caratteristiche: due laser di eccitazione (660nm e 785nm), microscopio invertito (Olympus IX-73) e accoppiato a spettrometro/CCD Princeton.

Un approccio innovativo per la cura delle ulcere diabetiche e venose, caratterizzate da un difficile processo di guarigione e pertanto a rischio potenziale di infezione e quindi di ospedalizzazione e amputazione dell’arto, è rappresentato dalla somministrazione locale di fattori "bioattivi" attraverso l'uso di matrici sintetiche e/o biologiche che consentono un rilascio graduale e controllato in modo da ottenere così una guarigione migliore e in tempi più rapidi.

Lo sviluppo degli strumenti per il genome editing ha rivoluzionato il modo in cui pensiamo e affrontiamo la genetica. L’utilizzo di Cas9 o delle sue varianti permette di agire su siti specifici del genoma umano inducendo delezioni ed inserzioni in maniera più o meno controllata. Negli ultimi anni è emersa una nuova classe di strumenti per il genome editing: i base editor (BE), frutto della fusione tra una Cas9 modificata, che serve per indirizzare il BE sul bersaglio, e una deaminasi attiva sul DNA, che media l’editing C>T o A>G.

NANOINCICLO è una tecnologia basata sull’utilizzo di ciclodestrine (CD) nanostrutturate per il biotrasporto mirato di farmaci quali antitumorali, farmaci  fotodinamici, antiinfiammatori, antivirali, antibatterici, nutraceutici e metalli con proprietà terapeutiche e diagnostiche. Le CDs di successo per la tecnologia proposta sono FDA-approved o in fase sperimentale pre-clinica avanzata e comprendono CDs monomeriche naturali e funzionalizzate, polimeriche e anfifiliche.

Ai processi enzimatici di prima generazione, secondo il principio "singola reazione–singolo enzima", si preferiscono combinazioni di più enzimi in una catena produttiva, per la sintesi di composti ad alto valore aggiunto partendo da substrati semplici ed economici. Un requisito importante per ottenere il controllo nelle “reazioni enzimatiche a cascata” è la capacità di trasportare da un biocatalizzatore a quello successivo i vari intermedi, limitando al più possibile la diffusione di questi ultimi nel solvente.

La piattaforma permette l’acquisizione di dati da sensori commerciali e/o realizzati ad hoc. Attualmente il sistema è integrato in un dispositivo indossabile da polso (bracciale) nel quale sono stati implementati dei sensori di deformazione basati su elastomeri conduttivi per la rilevazione dei movimenti di mano/braccio/polso. La piattaforma integra al suo interno sensori inerziali che permettono di acquisire informazioni sui movimenti del soggetto. Un algoritmo di sensor-fusion permette la rivelazione avanzata dei movimenti (gesture, orientamento 3D).

Il sistema simula, con elevata riproducibilità, le condizioni che si verificano nei diversi compartimenti del tratto gastrointestinale e permette di imitare accuratamente il processo digestivo, con la possibilità di valutare bioaccessibilità e biodisponibilità.  Il sistema, inoltre, consente di studiare le sinergie e le interazioni tra i composti bioattivi caratteristici degli alimenti e il microbiota intestinale.

La tecnologia che si sta sviluppando aggiungerà capacità polarimetriche a camere ad immagine nel visibile e vicino ultravioletto, fornendo un dispositivo in grado di misurare simultaneamente i diversi stati di polarizzazione della luce incidente, senza bisogno di polarizzatori esterni. Ciò verrà realizzato aggiungendo degli strati sottili di materiali organici nanostrutturati in grado di assorbire luce con diversi stati di polarizzazione e di convertirli in diversi colori.

Le piante possono competere con i sistemi di espressione tradizionali (cellule di mammifero, lieviti o batteri) per produrre proteine/peptidi ricombinanti di interesse farmaceutico/industriale/alimentare. Questa tecnologia è denominata “Plant Molecular Farming”. Il team di ricerca CNR-IBBA offre lo studio di nuove strategie per l'espressione e l'ottimizzazione di proteine/peptidi ricombinanti in sistemi vegetali (tessuti vegetali, piante transgeniche, cellule vegetali in coltura). La nostra pipeline è basata sui seguenti moduli: