Ingegnerizzazione di Modelli d'organo di interesse fisiologico e patologico per l'INdagine di Disturbi legati all’invecchiamento (MIND)

Obiettivi del progetto

Il progetto MIND si propone di sopperire all’attuale mancanza di un modello per lo studio delle condizioni fisiologiche connesse all’invecchiamento, sviluppando, attraverso le tecnologie avanzate della bioingegneria, modelli dinamici in vitro, in grado di riprodurre le condizioni fisio-patologiche di un tessuto invecchiato, rispettando al contempo il principio delle 3 R (“Replacement, Refinement, Reduction”) dei test animali. La multidisciplinarietà del consorzio, composto principalmente da bioingegneri, affiancati da clinici, biologi, esperti in aspetti regolatori della sanità, fisici ed ingegneri elettronici, consente di integrare le conoscenze, per progettare, modellare, realizzare e caratterizzare nuovi sistemi per lo studio in vitro dell’invecchiamento e dei processi di degradazione legati all’età, con particolare riferimento a quattro tipi di tessuto: cardiaco, osseo, epiteliale e neurale. Nel dettaglio, vengono progettati scaffold biomimetici in grado di riprodurre le caratteristiche morfologiche, biochimiche e meccaniche della matrice extracellulare cardiaca ed ossea, a due diversi livelli di invecchiamento (tessuto giovane ed invecchiato), che vengono rispettivamente popolati con cellule cardiache ed ossee e coltivati in bioreattori tessuto-specifici, appositamente progettati. Per la realizzazione di un modello in vitro per l’invecchiamento cerebrale, reti neuronali corticali vengono accoppiate a matrici di microelettrodi standard e ad alta densità o, in alternativa, a transistor organici ad effetto di campo, per l’elettrofisiologia e la registrazione dell’attività metabolica. I sistemi vengono integrati in bioreattori a membrana per l’ottenimento di un modello di barriera ematoencefalica accoppiato ad un modello del sistema nervoso centrale. Il modello dinamico di barriera epiteliale utilizza membrane semipermeabili attuate per simulare il movimento peristaltico. Cellule epiteliali intestinali vengono seminate sulle membrane costituite da attuatori elastomerici dielettrici, dopo averne ottimizzato la biocompatibilità, integrato elettrodi con geometrie particolari ed applicato specifici profili di tensione per permettere di variare la cedevolezza e imporre movimenti ritmici. Inoltre, vengono progettati e sviluppati bioreattori con apposite camere per alloggiare le membrane. Le sperimentazioni sono guidate da opportuni modelli in silico cellulari genico-metabolici, da modelli di fluidodinamica computazionale e da modelli meccanici. I tessuti modello sviluppati nel progetto sono caratterizzati tramite analisi istologica, meccanica ed eventuali misure elettrofisiologiche e opportunamente validati. Essi permettono di valutare la suscettibilità dei tessuti senescenti a danni ossidativi, condizioni ipossiche, presenza di citochine pro-infiammatorie e di nano particelle.

Data di inizio e fine

Febbraio 2013 - Febbraio 2015

Responsabile del progetto

Prof. Massimo Chello – Professore straordinario

Istituzione coordinatrice del progetto

Politecnico di Torino - Dipartimento di INGEGNERIA MECCANICA E AEROSPAZIALE

Altre Istituzioni coinvolte

  • Università Campus Bio-Medico di Roma - CENTRO INTEGRATO DI RICERCA (C.I.R.)

  • Università degli Studi di Torino - Dipartimento di GENETICA, BIOLOGIA E BIOCHIMICA

  • Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto di fisiologia clinica

  • Politecnico di Milano - Dipartimento di INGEGNERIA  STRUTTURALE

  • Università della Calabria - Dipartimento di INGEGNERIA CHIMICA E DEI MATERIALI

  • Università degli Studi di Cagliari - Dipartimento di INGEGNERIA ELETTRICA ED ELETTRONICA

  • Università degli Studi di Bologna - Dipartimento di FISICA

  • Università Politecnica delle Marche - Dipartimento di SCIENZE CLINICHE E MOLECOLARI  

Fonte/i di finanziamento

PRIN: progetto finanziato ai sensi del Bando n. 12/Ric/2012