NANOTECHNOLOGY & BIOMATERIALS IN CANCER PLATFORM

Trasportare farmaci a specifici bersagli cellulari è oggi una delle maggiori priorità del settore tecnologico-farmaceutico. Proprio per questo motivo si è creato un grande interesse nello sviluppo di sistemi carrier in grado di direzionare principi attivi a tessuti target affetti da malattia. Allo scopo di implementare il settore delle nanotecnologie IRST IRCCS ha implementato una piattaforma di nanotecnologie che ha all’attivo diverse progettualità:

1. Studio dell'interazione tra le cellule del midollo osseo e le cellule tumorali del cancro alla mammella in piattaforme tridimensionali di collagene - Nicchia pre/metastatica tramite il quale ha implementato una piattaforma tridimensionale abile nel mimare le caratteristiche del microambiente tumorale al fine di ottenere maggiori informazioni biologiche riguardo alla patogenesi della neoplasia mammaria e alla sua risposta ai trattamenti farmacologici.
2. Studio di forme farmaceutiche nanometriche innovative per la terapia del tumore della mammella e delle sue metastasi e per  applicazioni nei tumori rari - Grazie al laboratorio di nanotecnologie possiamo progettare e produrre forme  farmaceutiche nanometriche, che testiamo con i modelli preclinici che abbiamo a disposizione. Attualmente abbiamo sviluppato una forma farmaceutica innovativa con risultati preliminari in vitro ed in vivo particolarmente promettenti che confermano l’efficacia del trattamento per la terapia del tumore della mammella e delle sue metastasi. Per questa nanofarmaco è stata depositata la domanda di brevetto presso l'ufficio brevetti europeo. Queste attività rientrano nella linea di ricerca corrente “Sviluppo e validazione di nanosistemi innovativi per la terapia antitumorale”.    
3. Nanofotonica per nuovi approcci diagnostici e terapeutici in Oncologia e Neurologia - Finanziato con bando PON del MIUR è teso ad attuare una linea di azione mirata allo sviluppo di una nuova classe di dispositivi basate sulla tecnologia in fibra ottica. In particolare due sonde in fibra ottica di tipo Lab-On-Fiber, una sonda per la diagnosi e prognosi veloce e non invasiva di diversi fenotipi tumorali basata su tecnologia Raman amplificata da superfici (SERS), e una per il rilascio controllato di farmaci mediante attivazione da luce; nonché biosensori di tipo Lab-on-Chip (LOC), basati sia su tecniche ottiche che elettroniche, in grado di effettuare diagnosi differenziale tra le diverse forme di ischemia cerebrale. Il progetto prevede inoltre una fase di progettazione, implementazione ed integrazione di Lab-in-a-Needle-LIN il quale rivoluzionerebbe le modalità di diagnosi e terapia attualmente utilizzate.
4. Progetti di medicina rigenerativa applicati in oncologia - Il processo di cancerogenesi e di progressione tumorale dipende strettamente dal crosstalk che si instaura tra le cellule tumorale e il microambiente tumorale. Tumore e stroma interagiscono tra loro e si influenzano vicendevolmente. Per questo motivo un approccio innovativo nella cura dei tumori è di trattare sia il tumore che il microambiente. Da questo razionale è nato l’interesse e l’impegno del gruppo nello sviluppo di nuove applicazioni della medicina rigenerativa in oncologia. Lo scopo di questa linea di ricerca è lo sviluppo e la validazione in vitro ed ex vivo di biomateriali medicati con futura applicazione in pazienti con metastasi ossee e sarcomi dei tessuti molli. Nell’ambito di questo tema abbiamo ottenuto il finanziamento su due progetti:
   • GR 2016 (Finanziatore Ministero della Salute) An in vitro and ex vivo model of biomimetic regenerative devices to treat bone metastases and soft tissue tumors: BIOBOS PROJECT  (Pi Dr.ssa Laura Mercatali);
   • POR FESR  2018 (Finanziatore Regione Emilia Romagna): Sviluppo e validazione di biomateriali medicati nanostrutturati per il trattamento e la rigenerazione del tessuto Osseo metastatico – DINAMICA (Pi: Dr Alberto Bongiovanni)
5. Applicazione della terapia fotodinamica nel trattamento del Myxofibrosarcoma - Il Mixofibrosarcoma (MFS) è un tumore maligno dei tessuti molli con un pattern diffusamente infiltrante la cui caratteristica clinica più sfidante è un alto tasso di recidiva locale (tra il 50% e il 60% dei casi). La chirurgia è il metodo terapeutico standard, tuttavia nonostante il miglioramento generale delle pratiche chirurgiche, eseguire una resezione completa a livello microscopico rimane ancora difficile. La microchirurgia guidata da fluorescenza (FGMS), associata alla terapia fotodinamica (PDT), è un trattamento promettente attualmente utilizzato in clinica per l’Osteosarcoma (OS). La nostra ipotesi è che la terapia fotodinamica intra-operatoria possa essere adottata anche nel trattamento del Myxofibrosarcoma. Infatti, potrebbe rappresentare una promettente strategia chirurgica per la visualizzazione e l'eradicazione del MFS a livello microscopico, che consentirebbe una diminuzione del suo alto tasso di recidiva locale e una maggiore probabilità di sopravvivenza del paziente. Il nostro progetto mira a valutare l’applicabilità e l’efficacia preclinica della terapia fotodinamica nel trattamento del Myxofibrosarcoma, tramite l’utilizzo di diversi modelli preclinici complementari. I risultati attesi ci permetteranno di creare un proof of concept preclinico per una strategia terapeutica alternativa ed innovativa, aprendo la strada alla possibilità di nuovi studi clinici per pazienti affetti da questa patologia. Nell’ambito di questo tema abbiamo ottenuto il finanziamento RF2018 (Ministero della Salute) per il progetto: A tHeranostic approach to reduce local reoccurrence of MYxofibrosaRcomA (HYdRA) (PI: Dr.Toni Ibrahim)
6. Sviluppo di modelli preclinici individualizzati di pazienti affetti da neoplasia neuroendocrina nell'ambito dell'oncologia di precisione - Le neoplasie neuroendocrine sono patologie rare che hanno origine in diversi distretti dell'organismo umano e che, purtroppo, non sono ancora ben caratterizzate a livello molecolare. Questo determina la mancanza di marcatori biologici che supportino il clinico nella definizione della prognosi e della risposta ai trattamenti di pazienti affetti da tali neoplasie. Il nostro progetto ha lo scopo di sviluppare modelli preclinici individualizzati che verranno utilizzati per meglio caratterizzare queste patologie. A questo fine, le cellule tumorali primarie derivate da campioni chirurgici di pazienti con neoplasia neuroendocrina verranno studiate su modelli tridimensionali costituiti da proteine di matrice extracellulare estratte dal prelievo chirurgico dello stesso paziente. Inoltre, le cellule verranno impiantate in zebrafish, un modello sperimentale innovativo per lo studio delle patologie umane. Questi modelli verranno utilizzati per identificare le caratteristiche specifiche di ciascun tumore, in particolare in termini di aggressività e sensibilità ai trattamenti farmacologici. I dati saranno poi integrati con analisi molecolari e genetiche di nuova generazione così da realizzare una “carta di identità“ di ogni tumore. L'obiettivo finale sarà quello di individuare possibili marcatori molecolari e genetici che aiutino il clinico ad identificare i tumori più aggressivi e a predirne la risposta ai trattamenti. Nell’ambito di questo tema abbiamo ottenuto il finanziamento GR2019 (Ministero della salute) per il progetto: Autologous ECM-scaffolds and zebrafish PDXs for indiViduAlized Theranostics in rARe neuroendocrine neoplasms (AVATAR) (PI: Dr.ssa Chiara Liverani)