Ambiti e metodologie di ricerca
L'Unità di Ricerca di Ingegneria Tissutale e Chimica per l'Ingegneria svolge attività di ricerca nell’ambito interdisciplinare delle scienze ingegneristiche, chimico-fisiche e di scienze della vita.
Tra le principali linee di ricerca vi sono: i) sintesi di biomateriali e nanomateriali (in particolare, nano-bioceramici e nano-idrogel) per il rilascio controllato di principi attivi e/o terapeutici in differenti scenari applicativi; ii) sviluppo di modelli in vitro di fisiopatologia d'organo mediante l'utilizzo di tecnologie di additive manufacturing (bioprinting) e approcci organ-on-chip; iii) metodologie d'intensificazione di processo mediante strategie di chimica in flusso, utilizzando la microfluidica come tecnologia abilitante; iv) fabbricazione e caratterizzazione di fibre tessute non tessute mediante tecniche di elettrofilatura per l'ingegneria tissutale, per applicazioni antimicrobiche e in campo sensoristico; (v) sviluppo di materiali fotopolimerizzabili avanzati per la microfabbricazione 3D ad alta risoluzione (<200nm) con proprietà biocompatibili e/o stimuli-responsive.
Collaborazioni con altri Centri di Ricerca
- CNR-IFN – Istituto di fotonica e Nanotecnologie (polo di Roma) del CNR con il quale, nell'anno 2013, è stato istituito un laboratorio congiunto in nanotecnologie per le scienze della vita "nano4life"
- CNR-NANOTEC Istituto di Nanotecnologia sedi di Roma e di Lecce
- CNR-IFC Istituto di Fisiologia Clinica, sede di Pisa
- Istituto Superiore di Sanità
- IDI-IRCSS Istituto Dermopatico dell'Immacolata
- COT – Istituto Clinico Polispecialistico, Messina
- Istituto Nazionale Tumori Regina Elena IRCCS, Laboratorio di Virologia – Roma
- Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile, ENEA "Casaccia"
- Università degli Studi di Roma "Tor Vergata", Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche
- Università degli Studi di Palermo, Dipartimento di Ingegneria
- Università degli Studi di Napoli "Federico II", Dipartimento di Ingegneria chimica, dei Materiali e della Produzione industriale
- Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia - Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
- Politecnico di Torino, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale
- Institut Curie, U 830 - Génétique et biologie des cancers - Parigi, Francia
- Politecnico di Milano – Dipartimento di chimica, materiali e ingegneria chimica "Giulio Natta"
- Universitè du Luxembourg - Department of Physics and Materials Science
- Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany.
Brevetti
- Crescenzi A, Trombetta M, Taffon C, Rainer A, Mozetic P, Costantini M, Santoro A (2016) Materiale poroso per l'inclusione di preparati citologici, procedimento per l'ottenimento dello stesso e suo uso, Pat. N. 102016000111352
- Chiono V, Mozetic P, Giannitelli P, Rainer A, Trombetta M, Boffitto M, Gioffredi E, Sartori S (2015), Metodo per la preparazione di costrutti cellulari a base di idrogeli termosensibili, Pat. N. 102015000020718
- Centola M, Marsano A, Rainer A, Martin I, Vadala G, Trombetta M, Denaro V (2013), Materiale bioattivo per la rigenerazione della cartilagine e procedimento per l'ottenimento dello stesso, Pat. N. 102016000111352
Laboratori
I dispositivi cell/organ-on-a-chip consentono di ricapitolare, in dimensione ridotta e con un elevato controllo sui parametri di coltura, la fisiologia di interi organi, e stanno emergendo come una possibile futura alternativa al modello animale per studi di drug screening e tossicologia. Tali dispositivi si basano sulla coltura in 2D/3D (anche in associazione con idrogel in biomateriali) di cellule confinate all'interno di canali microfluidici, ottenuti per replica soft-litografica in PDMS di un master fabbricato mediante litografia ottica/elettronica.
La produzione di sistemi bifasici (schiume ed emulsioni) all'interno di geometrie flow-focusing (FF) o T-junction (TJ) come templanti per la fabbricazione di materiali polimerici porosi con morfologie controllabili a priori, differentemente dalle tecniche convenzionali, consentono di regolare in maniera indipendente, e con elevata accuratezza, il volume della fase dispersa (da cui dipende la porosità totale del sistema) e il diametro delle bubbles/droplet (ovvero la dimensioni dei pori). Inoltre l'uso di geometrie FF viene anche utilizzato per la sintesi di nanovettori polimerici tramite microfluidica basata sulla generazione di droplet utilizzando un chip dotato di un microattuatore pneumatico, questo approccio consente la messa a punto attiva della geometria di focalizzazione del flusso idrodinamico (HFF), modulando così il diametro delle microdroplet prodotte.
Lo sviluppo di sistemi microfluidici per la deposizione in 3D multi-materiale e/o multi-cellulare associata ai processi di additive manufacturing (bioprinting) è un'ulteriore ambito di ricerca dell'UdR. L'impiego di testine di stampa microfluidiche, accoppiate a sistemi di microposizionamento, consente la fabbricazione di costrutti di ingegneria tissutale caratterizzati da elevata risoluzione spaziale in grado di mimare l'istoarchitettura dei tessuti biologici naturali. Le condizioni di flusso laminare all'interno della testina di dispensazione consentono la realizzazione di geometrie core-shell o janus, che amplino ulteriormente le potenziali applicazioni di questa tecnologia.
La linea di ricerca sullo sviluppo di fibre tessute non tessute si occupa dello sviluppo di nuovi nanomateriali innovativi mediante un approccio di "green chemistry" per la realizzazione di sistemi a diverse funzionalità quali:
- proprietà antimicrobiche e antivirali da utilizzare per la fabbricazione di filtranti facciali (FFP) per la protezione delle vie respiratorie.
- proprietà sensoristiche per il rivelamento e la captazione di inquinanti volatili quali ad esempio i composti volatili organici (VOCs).
La realizzazione di questi sistemi viene ottenuta sia grazie alla realizzazione di sistemi compositi di fibre polimeriche caricate con nanoparticelle di varia natura e funzionalità, sia mediante funzionalizzazione diretta dei polimeri componenti i tessuti non tessuti mediante, sia mediante l'uso di sistemi di elettrofilatura ad ago coassiale per la fabbricazione di fibre a struttura cuore/guaina con caratteristiche funzionali e/o strutturali.