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.

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.

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.

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.

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).

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.

L’ottimizzazione dei processi metallurgici risulta oggi cruciale per la progettazione e sviluppo di materiali avanzati in grado di operare e resistere in condizioni estremamente aggressive quali quelle di impianti di produzione di energia, fonti rinnovabili, reattori nucleari di nuova generazione, elettronica avanzata, trasporto a terra, avionica e aerospazio, catalisi, biomedicali, ecc.

La valutazione di marker bio-umorali oltre la valutazione clinica dei pazienti affetti da patologie infiammatorie croniche ne consentirebbe una loro più completa feno/endotipizzazione. La terapia personalizzata richiederebbe un profilo dei mediatori con rilevanza patogenetica e prognostica. Attualmente, la misura di molteplici biomarcatori non è inclusa nella valutazione del paziente perchè costosa e perchè richiede oltre che tempo anche laboratori centralizzati con personale e con attrezzature dedicate.

Il nostro trattamento ha dimostrato la capacità di uccidere cellule di melanoma umano metastatico, per il quale esistono scarsissimi approcci terapeutici efficaci. Uso di uno specifico Olio Essenziale (OE) per inibire la replicazione di cellule di melanoma metastatico umano. Tale OE può essere usato sia per l’applicazione diretta sulla pelle, sia somministrato per bocca per raggiungere sia i melanomi primari che metastatici.

Nel campo della medicina di precisione e rigenerativa, nelle terapie mirate (ad es. terapie antitumorali e antimicrobiche), e nelle applicazioni nei settori cosmetico e nutraceutico è importante disporre di sistemi di nano-delivery sempre più sicuri, efficienti e specifici.

Il monitoraggio ambientale è un campo in rapida crescita, sia in ambito accademico che industriale. L'uso dei wearable per il monitoraggio ambientale è una tecnica promettente, in quanto consente di raccogliere dati in modo continuo e completo. Il principale problema nell'utilizzo dei wearable per il monitoraggio ambientale è rappresentato dalle dimensioni e peso del sistema, nonché dall'elevato grado di specializzazione necessario per lo sviluppo di un dispositivo completo e funzionante.

Le tecniche di imaging a raggi X possono funzionare in i) "modalità full-field" in cui l'oggetto da studiare (o parte di esso) è completamente illuminato dal fascio di raggi X; ii) "modalità a scansione" in cui un fascio di raggi X, focalizzato attraverso un'ottica opportuna, illumina in successione aree contigue del campione in esame e l'onda trasmessa viene misurata da un rivelatore posto ad una distanza adeguata da esso.