Rapporto Attività 2015 - Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario

DIPARTIMENTO DI BIOINGEGNERIA
PERSONALE
Capo Dipartimento
Andrea REMUZZI, Dr.Ing.
Laboratorio di Biofisica Renale
Capo Laboratorio
Daniela MACCONI, Dr.Sci.Biol.
Laboratorio di Tecnologie Biomediche
Capo Laboratorio
Bogdan ENE-IORDACHE, Ph.D.
Unità di Medical Imaging
Capo Unità
Anna CAROLI, Ph.D.
Unità di Informatica per la Ricerca Clinica
Capo Unità
Sergio CARMINATI, IT.
Laboratorio di Ingegneria dei Tessuti per la Medicina Rigenerativa
Capo Laboratorio
Marina FIGLIUZZI, Dr.Sci.Biol.
CURRICULA VITAE
Andrea Remuzzi si è laureato in Ingegneria Meccanica ad indirizzo Biomedico, presso il Politecnico di Milano nel
1979.
Attività formative: Dal 1982 al 1984 è stato visiting scientist presso il MIT (Laboratorio di Meccanica dei fluidi) e la
Harvard Medical Scool (Brigham and Womens' Hospital). Dal 1984 al 1999 è stato ricercatore presso IRCCS-Istituto di
Ricerche Farmacologiche Mario Negri di Milano e Bergamo. Dal 1999 è il capo del Dipartimento di Bioingegneria
dell'Istituto Mario Negri. Dal 1998 al 2007 è stato professore a contratto presso il Dipartimento di Bioingegneria del
Politecnico di Milano. Dal 2007 è ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Università degli Studi di
Bergamo. E' autore di oltre 160 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali su diversi temi della bioingegneria.
Aree d’interesse: Le sue principali aree di competenza sono: fenomeni di trasporto nei sistemi biologici; effetto delle
sollecitazioni meccaniche sulla funzione delle cellule endoteliali in vitro e in vivo; tecniche di analisi morfometriche
dell'ultrastruttura del capillare glomerulare; modelli matematici per la filtrazione delle acque e macromolecole
attraverso la parete capillare; ricostruzione tridimensionale di strutture vascolari; fluidodinamica computazionale in
grandi arterie e nel microcircolo; trapianto di cellule pancreatiche in modelli sperimentali di diabete insulinodipendente; microscopia confocale e elettronica (TEM, ESEM / FIB).
Principali pubblicazioni
1.
Bozzetto M, Ene-Iordache B and Remuzzi A. Transitional flow in the venous side of patient-specific arteriovenous fistulae for hemodialysis.
Annals of Biomedical Engineering, 2016 in press.
2.
Franzoni M, Cattaneo I, Longaretti L, Figliuzzi M, Ene-Iordache B. and Remuzzi A. Endothelial cell activation by hemodynamic shear stress
derived from 5 arteriovenous fistula for hemodialysis access. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2016 Jan 1; 310(1): H49-59.
3.
Bonandrini B, Figliuzzi M, Papadimou E, Morigi M, Perico N, Casiraghi F, Sangalli F, Conti S, Benigni A, Remuzzi A. and Remuzzi G.
Recellularization of well preserved acellular kidney scaffold using embryonic stem cells. Tissue Engineering Part A 2014;20(9-10):1486-98.
4.
Ene-Iordache B and Remuzzi A. Disturbed flow in radial-cephalic arteriovenous fistulae
for hemodialysis: low and oscillating shear stress
locates the sites of stenosis. Nephrology dialisi transplantation 2012 Jan;27(1):358-68.
5.
Caroli A, Antiga L, Conti S, Sonzogni A, Fasolini G, Ondei P, Perico N, Remuzzi G, Remuzzi A. Intermediate volume at CT imaging defines a
fibrotic compartment that predicts GFR decline in ADPKD patients. Am J Pathol. 2011 Aug;179(2):619-27.
6.
Gagliardini E, Conti S, Benigni A, Remuzzi G and Remuzzi A. Imaging of the porous ultrastructure of the glomerular epithelial filtration Slit.
JASN Journal American Society Nephrology 21: 2081-2089, 2010.
7.
Macconi D, Sangalli F, Bonomelli M, Conti S, Condorelli L, Gagliardini E, Remuzzi G, Remuzzi A. Podocyte repopulation contributes to
regression of glomerular injury induced by ACE inhibition. Am J Pathol 2009; 174(3): 797-807.
8.
Remuzzi A, Gagliardini E, Sangalli F, Bonomelli M, Piccinelli M, Benigni A, Remuzzi G. ACE inhibition reduces glomerulosclerosis and
regenerates glomerular tissue in a model of progressive renal disease. Kidney Int. 2006; 69(7):1124-30.
9.
Antiga L, Ene-Iordache B, Remuzzi A. Computational geometry for patient-specific reconstruction and meshing of blood vessels from MR and
CT angiography. IEEE Trans Med Imaging. 2003; 22(5):674-84.
10. Noris M, Morigi M, Donadelli R, Aiello S, Foppolo M, Todeschini M, Orisio S, Remuzzi G, Remuzzi A. Nitric oxide synthesis by cultured
endothelial cells is modulated by flow conditions. Circ Res. 1995; 76(4):536-43.
Daniela Macconi si è laureata in Scienze Biologiche nel 1983 presso l’Università degli Studi di Milano.
Attività formative: 1977-81 CNR, Sezione di Neuroscienze, Farmacologia Cellulare e Molecolare, Dipartimento di
Farmacologia Medica, Università di Milano; 1982-83 Laboratorio della Divisione di Nefrologia e Dialisi Ospedali
Riuniti di Bergamo; 1984-85 University of Michigan, Medical School, Department of Pathology, Medical Science I,
Ann Arbor Michigan, USA; 1985-89 Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Bergamo.
Aree d’interesse: meccanismi intracellulari coinvolti nella riparazione e rigenerazione del rene indotta dall’inibizione
del sistema renina angiotensina; epigenetica nel danno glomerulare e tubulo interstiziale; ruolo dell’angiotensina II
nella progressione delle malattie renali; alterazioni strutturali e funzionali dei podociti e della barriera glomerulare
nelle nefropatie proteinuriche; rimodellamento glomerulare indotto dal trattamento farmacologico con inibitori
dell’enzima di conversione dell’angiotensina; relazione tra albuminuria, immunità e progressione della malattia renale;
ruolo delle specie reattive dell’ossigeno nell’infiammazione vascolare e renale.
Ruoli: 2000 ad oggi Capo Laboratorio di Biofisica Renale, Dipartimento d’Ingegneria Biomedica, IRCCS-Istituto di
Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Bergamo; 1994-2000 Capo Unità dei Mediatori dell’Infiammazione di Origine
Leucocitaria, IRFMN, Bergamo; 1989-94 ricercatrice, Mario Negri, Bergamo; 1985-89 borsista, IRFMN, Bergamo;
1982-83 borsista presso il Laboratorio della Divisione di Nefrologia e Dialisi Ospedali Riuniti di Bergamo.
Principali pubblicazioni
1.
2.
3.
Remuzzi A, Sangalli F, Macconi D, Tomasoni S, Cattaneo I, Rizzo P, Bonandrini B, Bresciani E, Longaretti L, Gagliardini E, Conti S, Benigni
A, Remuzzi G. Regression of renal disease by angiotensin II antagonism is caused by regeneration of kidney vasculature. J Am Soc Nephrol.
2015 Jun 26.
Macconi D, Perico L, Longaretti L, Morigi M, Cassis P, Buelli S, Perico N, Remuzzi G, Benigni A. Sirtuin3 dysfunction is the key determinant
of skeletal muscle insulin resistance by angiotensin II. PloS One 10: e0127172, 2015.
Macconi D, Tomasoni S, Romagnani P, Trionfini P, Sangalli F, Mazzinghi B, Rizzo P, Lazzeri E, Abbate M, Remuzzi G, Benigni A.
MicroRNA-324-3p promotes renal fibrosis and is a target of ACE inhibition. J Am Soc Nephrol 23:1496-505, 2012
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Macconi D. Targeting the renin angiotensin system for remission/regression of chronic kidney disease. Histol Histopathol 25:655-68, 2010.
Review.
Macconi D, Sangalli F, Bonomelli M, Conti S, Condorelli L, Gagliardini E, Remuzzi G, Remuzzi A. Podocyte repopulation contributes to
regression of glomerular injury induced by ACE inhibition. Am J Pathol 174:797-807, 2009.
Macconi D, Chiabrando C, Schiarea S, Aiello S, Cassis L, Gagliardini E, Noris M, Buelli S, Zoja C, Corna D, Mele C, Fanelli R, Remuzzi G,
Benigni A. Proteasomal processing of albumin by renal dendritic cells generates antigenic peptides. J Am Soc Nephrol 20:123-30, 2009.
Macconi D, Abbate M, Morigi M, Angioletti S, Mister M, Buelli S, Bonomelli M, Mundel P, Endlich K, Remuzzi A, Remuzzi G:
Permselective dysfunction of podocyte-podocyte contact upon angiotensin II unravels the molecular target for renoprotective intervention. Am
J Pathol 168:1073-85, 2006.
Macconi D, Bonomelli M, Benigni A, Plati T, Sangalli F, Longaretti L, Conti S, Kawachi H, Hill P, Remuzzi G, Remuzzi A. Pathophysiologic
implications of reduced podocyte number in a rat model of progressive glomerular injury. Am J Pathol 68:42-54, 2006.
Morigi M, Macconi D, Zoja C, Donadelli R, Buelli S, Zanchi C, Ghilardi M, Remuzzi G: Protein overload-induced NF-kappaB activation in
proximal tubular cells requires H(2)O(2) through a PKC-dependent pathway. J Am Soc Nephrol 13:1179-89, 2002
Macconi D, Ghilardi M, Bonassi ME, Mohamed EI, Abbate M, Colombi F, Remuzzi G, Remuzzi A: Effect of angiotensin-converting enzyme
inhibition on glomerular basement membrane permeability and distribution of zonula occludens-1 in MWF rats. J Am Soc Nephrol 11:477-89,
2000.
Bogdan Ene-Iordache si è laureato in Ingegneria Meccanica nel 1990 presso l’Università di Petrolio e Gas di Ploiesti
(Romania).
Attività formative: Ha completato la sua formazione presso l’Istituto Mario Negri di Bergamo e presso il Centro di
Ricerche Cliniche per le Malattie Rare “Aldo e Cele Daccò” di Ranica. Ha conseguito il titolo di PhD in ingegneria
biomedica all'Eindhoven University of Technology (TU/e) con una tesi intitolata “Haemodynamics and vascular
remodeling in vascular access - insights from numerical studies".
Aree di interesse: Nell’ambito cardiovascolare (ruolo dell’emodinamica nella patologia della parete vascolare),
nell’ambito renale (emodinamica e rimodellamento nell’accesso vascolare, modelli teorici della filtrazione e analisi
morfometrica del capillare glomerulare), informatica per la ricerca clinica (sviluppo e gestione di sistemi web-based,
data management e analisi statistiche per studi clinici controllati e di popolazione).
Ruoli: Dal 1992 al 1996 è stato borsista e poi dal 1996 al 1999 ricercatore presso il Laboratorio di Bioingegneria,
LaboratoriNegri, Bergamo. All’inizio del 2000 è diventato capo del Laboratorio di Tecnologie Biomediche del
Dipartimento di Bioingegneria, IRCCS - Istituto di Ricerche Farmacologiche “Mario Negri”, Ranica. Segue studenti in
ingegneria biomedica per tesi di laurea ed è docente per i corsi di formazione professionale della Regione Lombardia
condotti in Istituto. Sta coordinando le attività di supporto alla rete informatica del Centro “Aldo e Cele Daccò”.
Principali pubblicazioni
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Ene-Iordache B, Semperboni C, Dubini G and Remuzzi A. Disturbed flow in a patient-specific arteriovenous fistula for hemodialysis:
multidirectional and reciprocating near-wall flow patterns. J Biomech, 48(10):2195-200, 2015.
Ene-Iordache B, Cattaneo L, Dubini G and Remuzzi A. Effect of anastomosis angle on the localization of disturbed flow in 'side-to-end'
fistulae for hemodialysis access. Nephrol Dial Transplant, 28(4):995-1005, 2013.
Ene-Iordache B and Remuzzi A. Disturbed flow in radial-cephalic arteriovenous fistulae for hemodialysis: low and oscillating shear stress
locates the sites of stenosis. Nephrol Dial Transplant, 27(1):358-68, 2012.
Ene-Iordache B, Carminati S, Antiga L, Rubis N, Ruggenenti P, Remuzzi G and Remuzzi A. Developing regulatory-compliant electronic
case report forms for clinical trials: experience with the DEMAND trial. JAMIA, 16(3):404-408, 2009.
Ruggenenti P, Perna A, Loriga G, Ene-Iordache B, Turturo M, Lesti M, Perticucci E, Chakarsky IN, Leonardis D, Garini G, Sessa A, Basile
C, Alpa M, Scanziani R, Sorba G, Zoccali C and Remuzzi G for the REIN-2 Study Group. Blood-pressure control for renoprotection in
patients with non-diabetic chronic renal disease (REIN-2): multicentre, randomised controlled trial. Lancet 365(9463): 939-946, 2005.
Ruggenenti P, Fassi A, Ilieva AP, Bruno S, Iliev IP, Brusegan V, Rubis N, Gherardi G, Arnoldi F, Ganeva M, Ene-Iordache B, Gaspari F,
Perna A, Bossi A, Trevisan R, Dodesini AR, Remuzzi G for the Bergamo Nephrologic Diabetes Complications Trial (BENEDICT)
Investigators. Preventing microalbuminuria in type 2 diabetes. NEJM 351(19): 1941-1951, 2004.
Ene-Iordache B, Mosconi L, Antiga L, Bruno S, Anghileri A, Remuzzi G, Remuzzi A. Radial artery remodeling in response to shear stress
increase within arteriovenous fistula for hemodialysis access. Endothelium 10(2): 95-102, 2003.
Ene-Iordache B, Mosconi L, Remuzzi G, Remuzzi A. Computational fluid dynamics of a vascular access case for hemodialysis. J Biomech
Eng 123(3): 284-292, 2001.
Ene-Iordache B and Remuzzi A. Numerical analysis of blood flow in reconstructed glomerular capillary segments. Microvasc Res 49: 1-11,
1995.
Ene-Iordache B, Imberti O, Foglieni O, Remuzzi G, Bertani T and Remuzzi A. Effects of angiotensin-converting enzyme inhibition on
glomerular capillary wall ultrastructure in MWF/Ztm rats. J Am Soc Nephrol 5: 1378-1384, 1994.
Marina Figliuzzi si è laureata in Scienze Biologiche nel 1991 presso l’Università degli Studi di Milano.
Attività formative: 1991-94 Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Bergamo.
Aree di interesse: tecniche di decellularizzazione di organi, tecniche di isolamento di isole pancreatiche da pancreas
umano, bovino, di maiale e di ratto, colture cellulari, sistemi di immunoisolamento per isole pancreatiche,
differenziazione di cellule progenitrici del pancreas in cellule che contengono insulina, tecniche di immunoistochimica.
Ruoli: Dal 2014 Capo Laboratorio di Ingegneria dei Tessuti per la Medicina Rigenerativa, Dipartimento di
Bioingegneria, IRCCS-Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Bergamo; 2000-2014, Capo Unità di
Ingegneria dei Tessuti, Dipartimento di Bioingegneria, Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Bergamo;
1991-2000 borsista.
Principali pubblicazioni
1.
Franzoni M, Cattaneo I, Longaretti L, Figliuzzi M, Ene-Iordache B, Remuzzi A. Endothelial cell activation by hemodynamic shear stress
derived from arteriovenous fistula for hemodialysis access. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2016; 310(1):H49-59.
2.
Catto V, Farè S, Cattaneo I, Figliuzzi M, Alessandrino A, Freddi G, Remuzzi A, Tanzi MC. Small diameter electrospun silk fibroin vascular
grafts: Mechanical properties, in vitro biodegradability, and in vivo biocompatibility. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015 Sep;54:101-11.
3.
Figliuzzi M, Remuzzi G, Remuzzi A. Renal bioengineering with scaffolds generated from rat and pig kidneys. Nephron Exp Nephrol.
2014;126(2):113.
4.
Figliuzzi M, Bonandrini B, Silvani S, Remuzzi A. Mesenchymal stem cells help pancreatic islet transplantation to control type 1 diabetes. World
J Stem Cells. 2014 Apr 26;6(2):163-72.
5.
Bonandrini B, Figliuzzi M, Papadimou E, Morigi M, Perico N, Casiraghi F, Sangalli F, Conti S, Benigni A, Remuzzi A, Remuzzi G.
Recellularization of well preserved acellular kidney scaffold using embryonic stem cells. Tissue Eng Part A. 2014 Dec 10.
6.
Figliuzzi M, Bianchi R, Cavagnini C, Lombardi R, Porretta-Serapiglia C, Lauria G, Avezza F, Canta A, Carozzi V, Chiorazzi A, Marmiroli P,
Meregalli C, Oggioni N, Sala B, Cavaletti G, Remuzzi A. Islet transplantation and insulin administration relieve long-term complications and
rescue the residual endogenous pancreatic β cells. Am J Pathol. 2013 Nov;183(5):1527-38.
7.
Cattaneo I, Figliuzzi M, Azzollini N, Catto V, Farè S, Tanzi MC, Alessandrino A, Freddi G, Remuzzi A. In vivo regeneration of elastic lamina
on fibroin biodegradable vascular scaffold. nt J Artif Organs. 2013 Mar;36(3):166-74.
8.
Orlando G, Wood KJ, De Coppi P, Baptista PM, Binder KW, Bitar KN, Breuer C, Burnett L, Christ G, Farney A, Figliuzzi M, Holmes JH 4th,
Koch K, Macchiarini P, Mirmalek Sani SH, Opara E, Remuzzi A, Rogers J, Saul JM, Seliktar D, Shapira-Schweitzer K, Smith T, Solomon D,
Van Dyke M, Yoo JJ, Zhang Y, Atala A, Stratta RJ, Soker S. Regenerative medicine as applied to general surgery. Ann. Surg.2012; 255(5):
867-80.
9.
Figliuzzi M, Bonandrini B, Cattaneo I, Remuzzi G, Remuzzi A. Effect of inborn pancreatic islet deficit in the Munich Wister Frömter rat. Islets.
2010;2(5):318-22.
10. Figliuzzi M, Cornolti R, Perico N, Rota C, Morigi M, Remuzzi G, Remuzzi A, Benigni A. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells
improve islet graft function in diabetic rats. Transplant Proc. 2009 Jun;41(5):1797-800.
Anna Caroli si è laureata in Matematica nel 2003 presso l'Università degli Studi di Milano e ha conseguito il Dottorato
di Ricerca nel 2010 presso l'Università di Maastricht.
Aree di interesse: acquisizione ed elaborazione di immagini medicali e precliniche
Ruoli: dal 2004: Ricercatrice presso il Laboratorio di Epidemiologia e Neuroimaging dell'IRCCS Fatebenefratelli di
Brescia; dal 2008 al 2012: Ricercatrice presso IRCCS-Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri (Unità di
Medical Imaging, Dipartimento di Bioingegneria). Da Luglio 2012 è stata nominata Capo dell’Unità di Medical
Imaging, Dipartimento di Bioingegneria, IRCCS-Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Ranica.
Principali pubblicazioni
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Caroli A, Prestia A, Galluzzi S, Ferrari C, van der Flier WM, Ossenkoppele R, Van Berckel B, Barkhof F, Teunissen CE, Wall A, Carter SF,
Schöll M, Choo IH, Grimmer T, Nordberg A, Scheltens P, Drzezga A, Frisoni GB, for the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. Mild
cognitive impairment with suspected non-amyloid (SNAP): prediction of progression to dementia. Neurology. 2015; 84(5):508-15.
Caroli A, Prestia A, Wade S, Chen K, Ayutyanont N, Landau SM, Madison CM, Haense C, Herholz K, Reiman KM, Jagust WJ, Frisoni GB,
for the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. Alzheimer's disease biomarkers as outcome measures for clinical trials in MCI.
Alzheimer Dis Assoc Disord 2015;29:101-9
Prestia A, Caroli A, Wade SK, van der Flier WM, Ossenkoppele R, Van Berckel B, Barkhof F, Teunissen CE, Wall A, Carter SF, Schöll M,
Choo IH, Nordberg A, Scheltens P, Frisoni GB. Prediction of AD dementia by biomarkers following the NIA-AA and IWG diagnostic criteria
in MCI patients from three European memory clinics. Alzheimers Dement. 2015;11(10):1191-201
Caroli A, Perico N, Perna A, Antiga A, Ruggenenti P, Brambilla P, Pisani A, Imbriaco M, Messa P, Cerutti R, De Pascalis A, Murrone M,
Dugo M, Cancian L, Gaspari F, Carrara F, Rubis N, Prandini S, Remuzzi A, Remuzzi G, for the ALADIN Study Group. Long-acting
somatostatin slows kidney and cyst growth in autosomal dominant polycystic kidney disease: results of the ALADIN multicenter randomized
trial. The Lancet 2013; 382(9903):1485-95; doi: 10.1016/S0140-6736(13)61407-5
Caroli A, Manini S, Antiga L, Passera K, Ene-Iordache B, Rota S, Remuzzi G, Bode A, Leermakers J, van de Vosse F, Vanholder R, Malovrh
M, Tordoir J, Remuzzi A, on behalf of the ARCH project Consortium. Validation of patient specific hemodynamic computational model for
surgical planning of vascular access in hemodialysis patients. Kidney Int. 2013; 84(6):1237-45. doi: 10.1038/ki.2013.188.
Caroli A, Prestia A, Chen K, Ayutyanont N, Landau SM, Madison CM, Haense C, Herholz K, Nobili F, Reiman E, Jagust WJ, Frisoni GB;
EADC-PET Consortium, NEST-DD, for the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. Summary metrics to assess Alzheimer’s diseaserelated hypometabolic pattern with FDG-PET: head-to-head comparison. J Nucl Med. 2012; 53(4):592-600.
Caroli A, Antiga L, Conti S, Sonzogni A, Fasolini G, Ondei P, Perico N, Remuzzi G, Remuzzi A. Intermediate volume at CT imaging defines a
fibrotic compartment that predicts GFR decline in ADPKD patients. Am J Pathol 2011; 179(2):619-27
Caroli A, Frisoni GB, and the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. The dynamics of Alzheimer’s disease biomarkers in the ADNI
cohort. Neurobiol Aging 2010; 31:1263-1274
Perico N, Antiga L, Caroli A, Fasolini G, Cafaro M, Ondei P, Rubis N, Diadei O, Gherardi G, Prandini S, Panozo A, Flores Bravo R,
Rodriguez De Leon F, Gaspari F1, Cortinovis M, Motterlini N, Ene-Iordache B, Ruggenenti P, Remuzzi A, and Remuzzi G. Sirolimus therapy
to halt the progression of ADPKD. J Am Soc Nephrol. 2010;21(6):1031-40Caroli A, Antiga L, Cafaro M, Fasolini G, Remuzzi A, Remuzzi G,
Ruggenenti P. Reducing Polycystic liver volume in ADPKD: effects of the extended release somatostatin analogue Octreotide. Clin J Am Soc
Nephrol. 2010; 5(5):783-9
Sergio Carminati si è diplomato come Perito Commerciale nel 2000, all’Istituto Tecnico Commerciale Camanghè di
Zogno (BG). Ha completato la sua formazione presso il Centro di Ricerche Cliniche per le Malattie Rare “Aldo e Cele
Daccò” dell’IRCCS-Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, sede di Ranica.
Attività formative: nel 2001 ha conseguito il titolo di studio post diploma di Analista Programmatore presso l’ENAIP
Lombardia di Bergamo.
Aree di interesse: data management per studi clinici controllati, sviluppo di applicazioni web per la raccolta dati a
servizio di progetti di ricerca nell’ambito epidemiologico.
Attività di supporto: amministrazione siti internet, gestione reti computer e stampanti, assistenza
conferenze/videoconferenze.
Ruoli: dal 2001 al 2002 svolge il servizio civile presso il Laboratorio di Tecnologie Biomediche. Dal 2002 al 2011
collabora con l'Istituto presso il Laboratorio di Tecnologie Biomediche, Dipartimento di Bioingegneria. Da febbraio
2011 è diventato responsabile dell'Unità di Informatica per la Ricerca Clinica del Dipartimento di Bioingegneria,
IRCCS-Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Ranica.
Principali pubblicazioni
1.
Sharma SK, Ghimire A, Carminati S, Remuzzi G, Perico N. Management of chronic kidney disease and its risk factors in eastern Nepal. Lancet
Glob Health 2014 Sep;2(9):e506-7.
2.
Gallieni M, Ene-Iordache B, Aiello A, Tucci B, Sala V, Brahmochary Mandal SK, Doneda A, Stella A, Carminati S, Perico N, Genovesi S.
Hypertension and kidney function in an adult population of West Bengal, India: Role of body weight, waist circumference, proteinuria and rural
area living, Nephrology (Carlton) 2013.
3.
Martinelli I, Ruggenenti P, Cetin I, Pardi G, Perna A, Vergani P, Acaia B, Facchinetti F, La Sala GB, Bozzo M, Rampello S, Marozio L, Diadei
O, Gherardi G, Carminati S, Remuzzi G, Mannucci PM; HAPPY Study Group. Heparin in pregnant women with previous placenta-mediated
pregnancy complications: a prospective, randomized, multicenter, controlled clinical trial. Blood. 2012
4.
Codreanu I, Sali V, Gaibu S, Suveica L, Popa S, Perico N, Ene-Iordache B, Carminati S, Feehally J, Remuzzi G. Prevalence of hypertension and
diabetes and coexistence of chronic kidney disease and cardiovascular risk in the population of the republic of moldova. Int J Hypertens, 2012
5.
Cravedi P, Sharma SK, Bravo RF, Islam N, Tchokhonelidze I, Ghimire M, Pahari B, Thapa S, Basnet A, Tataradze A, Tinatin D, Beglarishvili
L, Fwu CW, Kopp JB, Eggers P, Ene-Iordache B, Carminati S, Perna A, Chianca A, Couser WG, Remuzzi G, Perico N. Preventing renal and
cardiovascular risk by renal function assessment: insights from a cross-sectional study in low-income countries and the USA. BMJ Open, 2012
6.
Remission Clinic Task Force; Clinical Research Center "Aldo e Cele Daccò". The Remission Clinic approach to halt the progression of kidney
disease. J Nephrol, 2011;24(3):274-281.
7.
Sharma SK, Zou H, Togtokh A, Ene-Iordache B, Carminati S, Remuzzi A, Wiebe N, Ayyalasomayajula B, Perico N, Remuzzi G, Tonelli M.
Burden of CKD, proteinuria, and cardiovascular risk among Chinese, Mongolian, and Nepalese participants in the International Society of
Nephrology screening programs. Am J Kidney Dis. 2010
8.
Ruggenenti P, Perna A, Tonelli M, Loriga G, Motterlini N, Rubis N, Ledda F, Rota S Jr, Satta A, Granata A, Battaglia G, Cambareri F, David S,
Gaspari F, Stucchi N, Carminati S, Ene-Iordache B, Cravedi P, Remuzzi G; for the ESPLANADE Study Group. Effects of Add-on Fluvastatin
Therapy in Patients with Chronic Proteinuric Nephropathy on Dual Renin-Angiotensin System Blockade: The ESPLANADE Trial. Clin J Am
Soc Nephrol, 2010.
9.
Perico N, Antiga L, Caroli A, Ruggenenti P, Fasolini G, Cafaro M, Ondei P, Rubis N, Diadei O, Gherardi G, Prandini S, Panozo A, Bravo RF,
Carminati S, De Leon FR, Gaspari F, Cortinovis M, Motterlini N, Ene-Iordache B, Remuzzi A, Remuzzi G. Sirolimus therapy to halt the
progression of ADPKD. J Am Soc Nephrol, 2010;21(6):1031-1040.
10. Ene-Iordache B, Carminati S, Antiga L, Rubis N, Ruggenenti P, Remuzzi G, Remuzzi A. Developing regulatory-compliant electronic case
report forms for clinical trials: experience with the DEMAND trial. JAMIA, 2009;16(3):404-408.
INTRODUZIONE ALLE ATTIVITA' DEL DIPARTIMENTO
Il Dipartimento di Bioingegneria svolge attività di ricerca a livello sperimentale e clinico. All’interno del
dipartimento si studiano processi fisiopatologici mediante l’impiego di tecniche ingegneristiche e si
sviluppano strategie terapeutiche innovative. Sono attualmente attive all'interno del Dipartimento linee di
ricerca a livello di base, di ricerca applicata e clinica. I principali strumenti utilizzati per queste ricerche
consistono in modelli teorici, elaborazione di immagini diagnostiche e istologiche, misure di parametri
fisico-chimici sia a livello sperimentale che clinico, tecniche di coltura cellulare, utilizzo di biomateriali
e sviluppo di tecnologie informatiche per l'archiviazione e l'elaborazione dei dati clinici. Gli studi in
corso afferiscono a quattro settori principali: 1) lo studio dei meccanismi coinvolti nella progressione
delle nefropatie croniche; 2) lo studio sul ruolo dell’emodinamica nello sviluppo del danno vascolare; 3)
lo sviluppo di tecniche di laboratorio per l'ingegneria dei tessuti; 4) lo sviluppo di sistemi informativi
dedicati alla gestione di dati clinici e delle immagini generate nell'ambito dei studi clinici controllati e
nella pratica clinica.
SCOPERTE/RISULTATI PRINCIPALI
Sono state prodotte evidenze sul meccanismo molecolare alla base della relazione tra le condizioni
emodinamiche presenti negli accessi vascolari per l'emodialisi e lo sviluppo di formazione di neointima che è
responsabile del fallimento dell'accesso.
Sono stati confrontati diversi metodi per la quantificazione dei volumi del tessuto renale effettuata su
immagini radiologiche di pazienti affetti dalla malattia del rene policistico per favorire un metodo affidabile
per studi clinici controllati.
E' stato sviluppato e implementato uno strumento per la pianificazione assistita al calcolatore della chirurgia
vascolare impiegata per l'accesso vascolare per l’emodialisi.
E’ stato dimostrato l’effetto favorevole dell’antagonismo dell’angiotensina sulla rigenerazione della
circolazione renale in un modello di malattie renali progressive.
E' stato sviluppato un sistema di assistenza per la valutazione dell'appropriatezza delle terapie
farmacologiche e della possibile interazione tra farmaci. Il sistema è attualmente in uso nell'ambito di un
progetto di ricerca clinica che coinvolge medici di base e medici specialisti.
Sono state sviluppate metodologie per la rigenerazione del rene in laboratorio a partire da un organo
originario che viene completamente decellularizzato e ripopolato con cellule staminali.
COLLABORAZIONI NAZIONALI
Dipartimento di Bioingegneria, Politecnico di Milano, Milano
Unità di Diabetologia, Ospedali Riuniti, Bergamo
Unità di Nefrologia, Ospedali Riuniti di Bergamo
STMicroelectronics, Agrate Brianza, Milano
Dipartimento di Ingegneria Industriale e Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione e Metodi, Università
degli studi di Bergamo, Dalmine
Facoltà di Medicina e Chirurgia, Università degli Studi di Milano, Milano
Brembo S.p.A. Stezzano, Bergamo
Italcementi Group, CTG S.p.A. c/o i.lab, Bergamo
Ospedale Generale Regionale Miulli, Acquaviva delle Fonti, Bari
Azienda Ospedaliera Cannizzaro, Catania
Ospedale Annunziata, Cosenza
COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI
Massachusetts Institute of Technology, Cambridge MA, USA
Academisch Medisch Centrum, Amsterdam, the Netherlands
Ghent University, Ghent, Belgium
Technical University, Eindhoven, The Netherlands
University Hospital, Maastricht, The Netherlands
The University of Sheffield, Sheffield, United Kingdom
ESAOTE, Maastricht, The Netherlands
Fresenius Medical Care, Frankfurt, Germany
Technische Universität München (TUM), Munich, Germany
PRESENZA IN COMITATI EDITORIALI
The International Journal of Artificial Organs (Andrea Remuzzi, Editor in Chief)
ATTIVITA' DI REVISIONE
Acta Diabetologica
African Journal of Pharmacy and Pharmacology
American Journal of Kidney Diseases
American Journal of Pathology
American Journal of Physiology
Annals of Biomedical Engineering Apoptosis
Applied Numerical Mathematics
ASME Journal of Biomechanical Engineering
Artificial Organs
Biomaterials
Cell Proliferation
Cell Transplantation
Cells Tissues Organs
Cells & Materials Journal
Clinical Nutrition
CNS Neuroscience and Therapeutics
Computer Methods and Programs in Biomedicine
Computers in Biology and Medicine
Contemporary Clinical Trials
Critical Reviews in Biotechnology
Current Alzheimer Research
Current Genomics
Experimental Biology and Medicine
Endocrine
Frontiers in Endocrinology
Frontiers in Experimental Pharmacology and Drug Discovery
Gene Therapy
Hemodialysis International
IEEE Transactions on Biomedical Engineering
IEEE Transactions on Image Processing
International Journal of Alzheimer's Disease
International Journal of Artificial Organs
ISRN Nephrology
Journal Biomaterial Science
Journal of Alzheimer's Disease
Journal of the American Society of Nephrology
Journal of Applied Biomaterials
Journal of Biomaterial Application
Journal of Biomechanics
Journal of Cellular and Molecular Medicine
Journal of Nephrology Research
Journal of Vascular Access
Journal of Vascular Research
Journal of Visualized Experiments (JoVE)
Magnetic Resonance in Medicine
Kidney International
Medical & Biological Engineering & Computing
Medical Engineering and Physics
Medical Physics
Nephron Clinical Practice
Nephrology Dialysis and Transplantation
Nephron Experimental Nephrology
Neurobiology of Aging
Neuroimage
Oncotarget
Oxidative Medicine and Cellular Longevity
Pediatric Nephrology
Peer Journal
PLoS One
Tissue Engineering
Transactions on Biomedical Engineering
O
R
G
A
N
I Z Z A Z I
E V E N T I
O
N
E
D
I
27 Maggio 2015, Seminario: “Role of Hnf1beta in nephron morphogenesis” Arianna Fiorentino,
PhD student at Cochin Institute (M. Pontoglio lab), Paris ESR, TranCYST project (Marie Curie Actions
2012-2016)
29 Giugno 2015, Club di Dipartimento: "Effects of oscillating flow on endothelial cells in culture", Marco
Franzoni, Istituto Mario Negri, Centro Anna Maria Astori – Bergamo.
24 Settembre 2015, Club di Dipartimento: "Progettazione e validazione di sistemi sperimentali e di modelli
teorici per l'ingegneria del tessuto renale" Roberta Nossa, Politecnico di Milano, Centro Anna Maria Astori –
Bergamo.
27 Novembre 2015, Club delle 2: "Generation of a bioartificial kidney by tissue engineering technologies"
Barbara Bonandrini, Istituto Mario Negri, Centro Anna Maria Astori – Bergamo.
PARTECIPAZIONE AD EVENTI
CON CONTRIBUTI DEL DIPARTIMENTO
Fresenius Medical Care “FME”, Science and Innovation Forum, Bad Homburg 03-04 February 2015. Invited
Lecture: “Engineering approaches for kidney regenerative medicine”.
Caltech Pasadena, Division of Engineering & Applied Science, Special Medical Engineering Seminar March
17, 2015 – “Application of CFD to Arteriovenous Fistula for Hemodialysis.
Università degli studi di Bergamo, HORIZON 2020: “Il nuovo Programma di ricerca Horizon 2020: come
scrivere una proposta di successo” e “Occasioni di finanziamento della ricerca e della mobilità in ambito
europeo: Le Marie Skłodovska – Curie Actions (MSCA) e l’ERC in Horizon 2020” in collaborazione con
APRE - Agenzia per promozione della Ricerca Europea.
AIIC (Associazione Italiana Ingegneri Clinici) – XV CONVEGNO NAZIONALE AIIC
I Dispositivi Medici: verso un approccio sempre più integrato. 14-15-16 Maggio 2015 Fiera della Sardegna,
CAGLIARI. Invited Lecture: ”Il corso di laurea in Ingegneria Medica: l’esperienza dell’Università di
Bergamo”.
V Meeting Del Capitolo Italiano Della European Society Of Biomechanics (ESB-ITA), Milano 5 Giugno
2015.
21st Congress of the European Society of Biomechanics (ESB 2015) July 5 - 8 2015, Prague, Czech
Republic. Invited Lecture: “In-vitro wall shear stress waveforms derived from arteriovenous fistula elicit
endothelial cell activation and neointimal hyperplasia related molecule production”.
The 11th International Conference on Pediatric Mechanical Circulatory Support Systems & Pediatric
Cardiopulmonary Perfusion – University of Verona, Italy, Giugno,10-13 2015.
XLII ESAO Conference – Annual Conference of European Society of Artificial Organs, Leuven, Settembre
2-5, 2015.
37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Milano
Conference Center, 25 - 30 Agosto, 2015.
Hemodialysis Vascular Access: Taking the Next Steps. Settembre 16‐17, 2015, on
the NIH Campus in Bethesda, MD.
8° Congresso Nazionale SINSEC – International Neurosonology Conference, Milano 1-3 Ottobre 2015.
Lettura: “ Il ruolo dell’emodinamica nella progressione della placca. Il punto di vista dell’Ingegnere”.
9th Congress of Vascular Access Society, April 15-18 2015 Barcelona. Moderatore: “Late breaking clinical
trials”.
Congresso Scientifico: “La mano e il piede ischemico nel dializzato: verso nuovi approcci”. Roma 12-13
Novembre 2015. Invited Lecture: “La dinamica dei fluidi applicata all’ischemia della mano”.
Functional MRI for renal parenchymal disease: Ready for clinical practice? 26 – 28 Ottobre 2015. University
Bordeaux, Bordeaux France.
Vascular Access meeting Duisburg, Dusseldorf, Germany - 30-31 Ottobre 2015.
America Society of Nephrology (ASN) – Kidney Week Novembre 3- 7 San Diego, CA, USA.
CONTRIBUTI E CONTRATTI
Research grants AIFA - studi clinici controllati (ARCADIA, ANSWER, CRESO2).
Research grant ABBOT – PROCEED trial
Progetto di ricerca - RESET ERC Advanced Grant - "Dreaming of no more renal dialysis: how self-derived
tissue and cells can replace renal function”. FP7- 268632 - Project Coordination.
Progetto collaborativo Regione Lombardia, Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Azienda
Sanitaria Locale della Provincia di Bergamo, A.O. Ospedali Riuniti di Bergamo,
“Utilizzo, integrazione ed implementazione di database gestionali per la valutazione dell’appropriatezza
prescrittiva e della continuità terapeutica Ospedale - Territorio”.
Progetto di ricerca COBRA in collaborazione con Brembo S.p.A.: “Valutazione del rischio potenziale legato
alla produzione di pastiglie per freni e al loro utilizzo”.
Progetto di ricerca in collaborazione con Fresenius S.p.A. “Studio pilota per valutare l’impatto del modello
matematico predittivo (AVF.SIM) nella pratica della clinica convenzionale”.
Progetto di ricerca FP7 UE TranCYST (Marie Curie Initial Training Network on Polycystic Kidney Disease
- FP7-PEOPLE-MCA-ITN-317246).
Research grant ERA – EDTA - EuroCYST (Building a network of ADPKD reference centers across
Europe).
Progetto di ricerca H2020 LOWBRASYS – “A LOW environmental impact BRAke SYStem” in
collaborazione con Brembo S.p.A.
Progetto di ricerca H2020 MICROATLAS – “An in-vivo bioengineered chip as intravital imaging window
for the discovery of innovative biomaterials” in collaborazione con Politecnico di Milano.
SELEZIONE PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE
APPARSE NELL’ANNO 2015
1.
Zoja C, Corna D, Locatelli M, Rottoli D, Pezzotta A, Morigi M, Zanchi C, Buelli S,
Guglielmotti A, Perico N, Remuzzi A and Remuzzi G. Effects of MCP-1 inhibition by
bindarit therapy in a rat model of Polycystic Kidney Disease. Nephron 129:52–61, 2015.
2.
Manini S, Antiga L, Botti L and Remuzzi A. pyNS: An Open-Source Framework for 0D
Haemodynamic Modelling. Ann Biomed Eng, 43(6):1461-73, 2015.
3.
Ene-Iordache B, Semperboni C, Dubini G and Remuzzi A. Disturbed flow inapatient-specific
arteriovenous fistula for hemodialysis. Multidirectional and reciprocating near-wall flow
patterns. Journal of Biomechanics, 48(10)2195–2200, 2015.
4.
Macconi D, Perico L, Longaretti L, Morigi M, Cassis P, Buelli S, Perico N, Remuzzi G,
Benigni A. Sirtuin3 Dysfunction Is the Key Determinant of Skeletal Muscle Insulin
Resistance by Angiotensin II. PLoS One 19;10(5), 2015.
5.
Catto V, Farè S, Cattaneo I, Figliuzzi M, Alessandrino A, Freddi G, Remuzzi A, Tanzi MC.
Small diameter electrospun silk fibroin vascular grafts: Mechanical properties, in vitro
biodegradability, and in vivo biocompatibility. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 54, 101–
111, 2015.
6.
Remuzzi A, Sangalli F, Macconi D,Tomasoni S, Cattaneo I, Rizzo P, Bonandrini B, Bresciani
E, Longaretti L, Gagliardini E, Conti S, Benigni A and Remuzzi G. Regression of renal
disease by Angiotensin II antagonism is caused by regeneration of kidney vasculature. J Am
Soc Nephrol. 2015.
7.
Caroli A, Prestia A, Galluzzi S, Ferrari C, van der Flier WM, Ossenkoppele R, Van Berckel
B, Barkhof F, Teunissen C, Wall AE, Carter SF, Schöll M, Choo IH, Grimmer T, Redolfi A,
Nordberg A, Scheltens P, Drzezga A, Frisoni GB for the Alzheimer's Disease Neuroimaging
Initiative. Mild cognitive impairment with suspected nonamyloid pathology (SNAP):
Prediction of progression. Neurology. 84(5):508-15, 2015.
8.
Franzoni M, Cattaneo I, Longaretti L, Figliuzzi M, Ene-Iordache B and Remuzzi A.
Endothelial cell activation by hemodynamic shear stress derived from arteriovenous fistula for
hemodialysis access. Am J Physiol Heart Circ Physiol 310(1):H49-59, 2015.
9.
Prestia A, Caroli A, Wade SK, van der Flier WM, Ossenkoppele R, Van Berckel B, Barkhof
F, Teunissen CE, Wall A, Carter SF, Schöll M, Choo IH, Nordberg A, Scheltens P, Frisoni
GB. Prediction of AD dementia by biomarkers following the NIA-AA and IWG diagnostic
criteria in MCI patients from three European memory clinics. Alzheimers Dement
11(10):1191-201, 2015.
10.
Trillini M, Cortinovis M, Ruggenenti P, Reyes Loaeza J, Courville K, Ferrer-Siles C, Prandini
S, Gaspari F, Villa A, Perna A, Gotti E, Caruso M R, Martinetti D, Remuzzi G, Perico N
Paricalcitol for secondary hyperparathyroidism in renal transplantation. J Am Soc Nephrol,
26: 1205-1214, 2015.
11.
Bozzetto M, Ene-Iordache B and Remuzzi A. Transitional flow in the venous side of patientspecific arteriovenous fistulae for hemodialysis. Ann Biomed Eng, 2015.
12.
Ruggenenti P, Debiec H, Ruggiero B, Chianca A, Pelle T, Gaspari F, Suardi F, Gagliardini E,
Orisio S, Benigni A, Ronco P, Remuzzi G. Anti-phospholipase A2 receptor antibody titer
predicts post-rituximab outcome of membranous nephropathy. J Am Soc Nephrol, 26: 25452558, 2015.
13.
Caroli A, Prestia A, Wade S, Chen K, Ayutyanont N , Landau S M, Madison C M, Haense C ,
Herholz K , Reiman E M, Jagust W J, Frisoni GB for the Alzheimer's Disease Neuroimaging
Initiative. Alzheimer's disease biomarkers as outcome measures for clinical trials in MCI.
Alzheimer Dis Assoc Disord, 29: 101-109, 2015.
ATTIVITA’ DI RICERCA
Laboratorio di Biofisica Renale
Applicazioni della micro tomografia assiale computerizzata a modelli sperimentali
La micro tomografia assiale computerizzata (microTAC) è una metodica diagnostica per immagini che
permette di ottenere immagini anatomiche ad altissima risoluzione di strutture scheletriche e, con l’utilizzo di
un mezzo di contrasto, dei tessuti molli. Le immagini acquisite possono essere successivamente elaborate in
3D. Per la ricostruzione tridimensionale della rete vascolare renale, l’analisi del rene con la microTAC si
effettua sull’organo espiantato dall’animale che è stato precedentemente perfuso con Microfil, un polimero
radiopaco a base di silicone. La visualizzazione del microfil fornisce un'immagine precisa dell'architettura
vascolare del rene e permette di confrontare la struttura dell'organo in condizioni normali o patologiche. Le
immagini acquisite del rene perfuso sono processate usando software specifici per la ricostruzione
geometrica tridimensionale. In particolare, attraverso tecniche di thresholding, si estraggono immagini
binarie del rene e dei vasi per la quantificazione del volume dell'intero organo e del distretto vascolare. E'
anche possibile ricostruire la rete vascolare e la sua geometria assegnando ad ogni vaso il suo diametro ed il
livello di ramificazione nella rete. L’applicazione di questa tecnica alle nefropatie consente d’identificare
alterazioni strutturali dell'architettura vascolare del rene durante la progressione della malattia e studiare
come queste modificazioni correlano con alterazioni dei parametri funzionali. L’utilizzo della microTAC,
con l’infusione del mezzo di contrasto, ci ha consentito di dimostrare l’integrità della struttura vascolare del
rene durante la tecnica di decellularizzazione e di studiare la vascolarizzazione e la crescita delle cisti renali
in un modello sperimentale di rene policistico.
Un’altra applicazione della microTAC riguarda lo studio delle strutture cardiovascolari che possono essere
evidenziate utilizzando una soluzione a base di iodio (il reattivo di Lugol) che viene assorbito dai tessuti in
proporzione alla loro densità. Anche in questo caso l’analisi 3D e la segmentazione semi-automatica, con
specifici software, ci permettono di studiare le alterazioni morfologiche e volumetriche delle cavità
cardiache.
In collaborazione con il laboratorio di Biologia e Terapia delle Metastasi Tumorali, stiamo valutando la
possibilità di studiare l’evoluzione dell’angiogenesi (formazione di nuovi vasi sanguigni) in modelli di
tumori murini mediante perfusione con microfil. Inoltre useremo la microTAC come tecnica non invasiva
per analizzare alterazioni del tessuto osseo causate dai tumori.
L’inibizione dell’angiotensina II induce regressione della malattia renale attraverso
la rigenerazione vascolare
In collaborazione con il Laboratorio di Terapia Genica e Riprogrammazione Cellulare. (Dipartimento di
Medicina Molecolare)
La progressione della malattia renale verso lo stadio terminale è comune a numerose nefropatie croniche
indipendentemente dall’insulto iniziale. Il numero di pazienti con malattia renale cronica è in costante
aumento e molti muoiono per complicanze cardiovascolari prima di sviluppare insufficienza renale. Terapie
sostitutive quali la dialisi e il trapianto di rene consentono ai pazienti con insufficienza renale di
sopravvivere, ma hanno dei limiti legati alle complicanze ad esse associate (i.e. infezioni, rigetto). Le
malattie renali croniche rappresentano non solo un grave problema di salute pubblica, ma hanno anche un
importante impatto sulla spesa sanitaria per via dei costi elevati delle terapie sostitutive. Studi sperimentali e
clinici hanno evidenziato che farmaci che inibiscono l’angiotensina II sono in grado di rallentare la
progressione della malattia renale stabilizzando la funzione renale e in alcuni casi aumentando il GFR in fasi
avanzate della malattia. I meccanismi attraverso cui questi farmaci regrediscono le lesione renali non sono
noti. In un modello di nefropatia progressiva che si sviluppa spontaneamente con l’età nel ratto, l’analisi
tridimensionale della rete vascolare renale con microTAC ha evidenziato una semplificazione dell’albero
vascolare con una riduzione significativa della densità dei vasi renali di medio calibro e del microcircolo ad
uno stadio avanzato della malattia. Il trattamento degli animali con nefropatia conclamata con inibitori del
sistema renina angiotensina non solo fermava la rarefazione vascolare, ma aumentava la densità vascolare
del rene rispetto al pre-trattamento suggerendo un processo di rigenerazione. Studi di immunoistochimica,
utilizzando un anticorpo contro un antigene specifico dell’endotelio di ratto, hanno confermato la
diminuzione della densità dei capillari nell’interstizio e nei glomeruli dei ratti MWF e l’aumento indotto dal
trattamento. L’analisi dell’ultrastruttura del capillare glomerulare con il microscopio elettronico a scansione
ha inoltre evidenziato un effetto protettivo del trattamento sul microcircolo. Per capire il meccanismo
coinvolto nella rigenerazione della vascolatura renale abbiamo studiato con tecnica microarray l’espressione
genica di fattori che regolano l’angiogenesi ed evidenziato una modulazione positiva di geni pro-fibrotici, ma
non di quelli coinvolti nella crescita vascolare (i.e. VEGF) nei reni di ratti MWF. L’aumento dei livelli di
mRNA di TGF- e endotelina-1, validati con real time PCR, era associato a modificazioni del fenotipo delle
cellule endoteliali e apoptosi. Questi cambiamenti erano inibiti dal trattamento che induceva proliferazione
delle cellule endoteliali attraverso la modulazione del fattore pro-angiogenico Nrf2.
Laboratorio di Tecnologie Biomediche
Il Network Informativo per la Remission Clinic
Diverse forme di nefropatie croniche evolvono con velocità costante nel tempo verso l’insufficienza renale
terminale. Queste nefropatie sono frequentemente associate alla comparsa di proteine nelle urine e
all’ipertensione, fattori aggravanti della progressione della patologia. Studi clinici controllati hanno
dimostrato che trattamenti specifici dell’ipertensione mediante l’impiego di farmaci che riducono
l’escrezione urinaria di proteine, sono efficaci nel ridurre la velocità di perdita del filtrato glomerulare. In
alcuni pazienti si è ottenuto il rallentamento della velocità di perdita o addirittura il miglioramento del filtrato
glomerulare permettendo così di evitare o di posticipare la terapia dialitica o il ricorso al trapianto renale.
Il nostro laboratorio ha avviato un programma di controllo della qualità della terapia e monitoraggio
(protocollo Remission Clinic) attraverso una rete di specialisti impegnati nella cura delle nefropatie croniche
progressive distribuiti sul territorio nazionale, con l’obiettivo di verificare se il consistente miglioramento
osservato in questi pazienti in studi clinici si potesse ottenere anche nell’ambito della pratica clinica.
Abbiamo sviluppato una cartella clinica ( http://clinicalweb.marionegri.it/remission)
condivisibile da
tutti i centri partecipanti
per la registrazione dei parametri clinici e delle terapie dei pazienti) .
Il
nostro strumento si pone il fine di offrire un supporto informatico che consenta di raccogliere ed analizzare
in tempo reale i dati clinici relativi ai pazienti con nefropatie croniche trattati secondo le linee guida della
Remission Clinic.
Programma ISN-GO di prevenzione della malattia renale croniche nei paesi in via di
sviluppo
La Società Internazionale di Nefrologia (ISN) ha costituito un gruppo di ricerca (Global Outreach - GO)
rivolto specificatamente ad affrontare le problematiche della prevenzione delle malattie renali nei paesi in via
di sviluppo. Il coordinamento del gruppo e dei programmi d’intervento è stato affidato all’Istituto “Mario
Negri” presso il Centro di Ricerche Cliniche “Aldo e Cele Daccò” di Ranica. L’obiettivo del progetto è di
avviare programmi di screening nei paesi emergenti per identificare soggetti a rischio di sviluppare malattie
renali, per poi definire una strategia di prevenzione su scala nazionale attraverso l’intervento a livello
governativo e finanziario dei ministeri della salute locali. Il centro di raccolta dati (Kidney Disease Data
Center - KDDC) costituito preso il nostro Laboratorio è uno strumento informatico web-based
(http://comgan.marionegri.it/) che permetta la raccolta dei dati clinici provenienti da paesi in tutto il mondo e
archiviati su un server dedicato.
Il programma di prevenzione è stato avviato nel 2006 e fino ad ora ha raccolto oltre 100.000 record di
soggetti provenienti da 16 paesi in via di sviluppo. Sono stati pubblicati i risultati del programma di
screening in Repubblica Moldova, in India, uno studio cross-sectional in paesi poveri (Bangladesh, Nepal,
Georgia, Bolivia) e gli Stati Uniti, ed un grande screening su oltre 11,000 soggetti provenienti da 3 paesi
dell'Asia (Mongolia, Nepal, Cina). Questi studi hanno svelato un’alta prevalenza delle malattie nefrovascolare, confermando la fattibilità degli screening e allo stesso tempo dimostrando la necessità di attuare
programmi di prevenzione nei paesi in via di sviluppo. Il KDDC si è rivelato quindi uno strumento ideale per
monitorare l’andamento del programmi di prevenzione ISN-GO mettendo in luce le necessità e le peculiarità
di ognuno dei paesi coinvolti.
Sviluppo di sistemi computerizzati per la realizzazione di Studi Clinici controllati
Nel Centro di Ricerche Cliniche per le Malattie Rare “Aldo e Cele Daccò” si svolgono numerosi studi clinici
controllati in collaborazione con gruppi di ricerca nazionali e internazionali. Gli studi clinici sono condotti
seguendo le linee guida Good Clinical Practice (GCP) e richiedono un alto standard di qualità nella raccolta e
la gestione dei dati clinici. In passato, ogni studio clinico richiedeva un case report form (CRF) cartaceo per
la registrazione dei dati che poi dovevano essere archiviati in maniera elettronica in database clinici
appositamente predisposti.
Nel nostro Laboratorio abbiamo realizzato sistemi di raccolta dati per trial clinici e sviluppato programmi
finalizzati all’elaborazione, alla validazione e all’estrazione dei dati per le analisi statistiche.
Abbiamo pubblicato un portale per gli Studi Clinici condotti nel Centro di Ricerche Cliniche per le Malattie
Rare “Aldo e Cele Daccò” (http://clintrials.marionegri.it/). Il sito rappresenta in generale una vetrina per la
ricerca clinica svolta nel Centro e una potente piattaforma per condurre Trials elettronici via Internet. La
piattaforma comprende un framework per la creazione di CRF elettronici, un sistema per condurre il clinical
monitoring e un sistema di randomizzazione web-based. Attualmente tutti gli studi clinici del Centro Daccò
vengono condotti utilizzando CRF elettronici via web.
Web EMR – uno strumento web-based per la gestione dell’attività clinica svolta nel
Centro Daccò
L’attività clinica svolta da inizio degli anni 90, e soprattutto la recente trasformazione del Centro Daccò in
Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS) richiede una gestione informatizzata completa
dei percorsi clinici ed assistenziali del paziente all’interno del Centro, a supporto dell’operatività quotidiana
dei ricercatori coinvolti nella cura del paziente.
L’Unità di Informatica per la Ricerca Clinica è stata coinvolta nella re-ingegnerizzazione della cartella
clinica (electronic medical record - EMR) riguardante le attività cliniche del Centro. Lo scopo principale di
questo progetto è quello di integrare sotto un unico sistema centralizzato, la gestione dei dati clinici del Day
Hospital, con i sistemi di raccolta dati degli altri laboratori coinvolti nella sperimentazione clinica (Analisi
Chimiche, Malattie Rare e Immunologia e Genetica del Trapianto).
Recentemente abbiamo sostituito la “vecchia” cartella clinica con una versione nuova di tipo web-based
(https://clinicalweb.marionegri.it/emr/), in grado di garantire una gestione affidabile e completa dei percorsi
clinici e assistenziali all’interno della struttura sanitaria Centro. Essendo sviluppata all’interno della nostra
Unità, abbiamo dato una priorità al recupero dei dati clinici storici, accumulati in oltre 20 anni di attività
clinica. Per l’importazione dei dati storici sono state implementate complesse procedure di import,
configurate ad-hoc sui vecchi database locali. Utilizzabile via internet attraverso protocollo https, la cartella
clinica web-EMR è utilizzabile da qualsiasi dispositivo (desktop o mobile) con browser incorporato, e
rispetta i requisiti tecnici e di sicurezza del software medicale e del Good Clinical Practice (GCP) per le
sperimentazioni cliniche La nova cartella EMR sfrutta una tecnologia di tipo server LAMP (Linux Apache
MySQL PHP) con hosting nel server-farm di Milano.
INTERCheck®
prescrittiva
WEB-
uno
strumento
per
la
valutazione
dell’appropriatezza
(In collaborazione con il Dipartimento di Neuroscienze)
All’interno dell’Unità di Informatica per la Ricerca Clinica è stato sviluppato un sistema di assistenza per la
valutazione dell'appropriatezza delle terapie farmacologiche e delle possibili interazioni tra i farmaci. In una
prima fase è stato sviluppato un sistema on-line che permetta la gestione e la manutenzione facile del
database interazioni tra farmaci. L’aggiornamento di questo database viene realizzato da ricercatori
specializzati del Dipartimento di Neuroscienze. Questo database rappresenta il motore relazionale della
nuova versione online dell’applicazione INTERCheck® WEB (https://www.intercheckweb.it/). Lo
strumento è stato realizzato con l'obiettivo di migliorare l'appropriatezza prescrittiva attraverso un approccio
di valutazione delle terapie che tiene in considerazione diversi aspetti della farmacologia: farmaci
inappropriati secondo alcuni criteri della letteratura (Beers 2012, START/STOPP, indicatori AIFA
sull'appropriatezza prescrittiva), valutazione del carico anticolinergico (Anticholinergic Cognitive Burden
scale), dosaggio dei farmaci in soggetti con alterata funzionalità renale (GerontoNet ADR Risk Score) per
l'identificazione dei pazienti con maggior rischio di effetti indesiderati da farmaco. INTERCheck® WEB
presenta alcuni vantaggi, come per esempio la possibilità di inserimento e salvataggio di dati dei pazienti,
oppure integrazione con altri sistemi con altre cartelle cliniche informatizzate clinici attraverso sviluppo di
servizi web dedicati (web-service).
Emodinamica e patologia vascolare
L'esistenza di una stretta relazione tra emodinamica e patologia vascolare è stata evidenziata nel corso degli
ultimi quarant’anni sia in ambito biologico che clinico. Grazie alle tecnologie sviluppate nell'ambito delle
immagini medicali e della modellistica matematica è possibile riprodurre accuratamente la distribuzione
delle sollecitazioni emodinamiche a livello del singolo paziente a partire da indagini cliniche radiografiche
(TAC, RM o ecografiche). All'interno del nostro Laboratorio, tali tecnologie sono applicate in tre ambiti
principali: l'aterosclerosi a livello della biforcazione carotidea, la patologia aneurismatica cerebrale e le
complicanze dopo la creazione dell'accesso vascolare per emodialisi.
Analizzando indicatori di flusso disturbato alla parete con tecniche numeriche, abbiamo scoperto come nelle
fistole radio-cefaliche utilizzate come accesso vascolare si sviluppi flusso disturbato in alcuni siti. La
localizzazione di queste zone dipende dalla geometria dell'accesso vascolare e della distribuzione del flusso
sanguigno, ed è preponderante sulla parete interna della curvatura della vena in vicinanza dell’anastomosi e
sulla parete laterale dell'arteria distale, zone dove poi si svilupperà iperplasia intimale e conseguentemente la
stenosi. Sulla scia di queste scoperte, recentemente abbiamo dimostrato che l'angolo di anastomosi influenza
la distribuzione di zone di flusso disturbato, individuando in un angolo acuto (~30°) la geometria migliore
che più minimizza la formazione di neointima. Infine, mediante simulazioni fluidodinamiche eseguite in
modelli patient-specific è stato possibile caratterizzare dettagliatamente la transizione da flusso laminare a
flusso turbolento che si sviluppa nella vena subito dopo l’anastomosi.
Pianificazione assistita della chirurgia vascolare per la creazione di accessi
vascolari per emodialisi
Il Dipartimento ha coordinato un progetto finanziato dall’Unione Europea nell'ambito del Settimo
Programma Quadro (FP7-ICT-2007-2-224390, ARCH), finalizzato al miglioramento della funzionalità
dell'accesso vascolare per emodialisi. Nel corso del progetto ARCH sono stati sviluppati degli strumenti
computazionali che consentono di predire le variazioni emodinamiche causate dalla creazione di un accesso
vascolare (fistola artervenosa), con diverse configurazioni e a livello del singolo paziente. In particolare, il
Dipartimento ha contribuito attivamente allo sviluppo di un’infrastruttura open-source (archTk,
archtk.github.com), composta da un'interfaccia grafica (archNE), che permette di creare modelli di reti
vascolari, e un solutore (pyNS), che permette di simulare il flusso ematico nelle reti. In seguito alla
calibrazione, una validazione preliminare ha mostrato che questi strumenti consentono di predire la
funzionalità degli accessi vascolari a partire da valutazioni pre-operatorie, e quindi di pianificare la creazione
dell’accesso vascolare più adatto alle condizioni del singolo paziente.
Il modello matematico è stato integrato all’interno di un sistema più complesso, che comprende la raccolta e
l’invio dei dati del singolo paziente da parte del nefrologo all’Unità di Medical Imaging, che si occupa
dell’esecuzione della simulazione e della restituzione dei risultati al clinico.
Allo scopo di valutare la facilità di utilizzo di questo sistema e la sua accettabilità nell’ambiente clinico è
stato condotto un test di usabilità, della durata di sei mesi, che ha visto il coinvolgimento di sei centri clinici
italiani. I risultati preliminari di questo test hanno confermato che il sistema ha una buona usabilità e può
essere introdotto nella routine clinica senza comportare un carico di lavoro eccessivo per il medico. Il
sistema fornisce una predizione affidabile dell’outcome dell’accesso vascolare e potrebbe costituire un
importante aiuto nella fase di planning della chirurgia.
Imaging e quantificazione nella fisiopatologia renale
L'adozione di tecniche di imaging come tomografia assiale computerizzata (CT), risonanza magnetica (MR)
ed ecografia e l'applicazione di metodologie avanzate di elaborazione di immagine rende oggi possibile
effettuare analisi quantitative di fenomeni biologici in vivo in modo non-invasivo. Nel nostro Laboratorio,
tale approccio è applicato allo studio della fisiopatologia renale. Mediante quantificazione di immagini CT e
MR, sono allo studio nuove terapie per la patologia policistica renale (autosomal dominant polycystic kidney
disease, ADPKD). A questo fine, l’Unità di Medical Imaging è stata coinvolta in numerosi studi di
trattamento, alcuni dei quali tuttora in corso e parzialmente finanziati dalla Polycystic Kidney Foundation,
mirati a ridurre l'incremento del volume complessivo delle cisti renali. Sulle immagini MR e CT, mediante
algoritmi automatici appositamente sviluppati, è stato possibile quantificare, oltre al volume totale renale, il
volume totale delle cisti. La quantificazione dell'immagine CT ha portato inoltre alla scoperta di una nuova
componente tissutale (denominata volume intermedio) di cui è stata mostrata la natura fibrotica, che presenta
una forte correlazione sia con la funzionalità renale che con la velocità di progressione di malattia,
evidenziando per la prima volta una possibile diretta relazione tra struttura e funzione e aprendo la strada a
nuovi target terapeutici. Oltre alla patologia policistica, sono attualmente oggetto di studio nuove
metodologie per la caratterizzazione non invasiva dello stato funzionale del rene e per l’identificazione e la
quantificazione della componente fibrotica a partire da immagini MR senza mezzo di contrasto. In
particolare, nuove tecniche di MR senza liquido di contrasto sono state applicate a un gruppo di volontari
sani, al fine di investigare in dettaglio la funzione e la struttura del rene, aprendo la possibilità di stimare la
diffusione e la perfusione renale. Queste analisi potranno essere applicate in futuro anche ai pazienti e
permetteranno di identificare variazioni della diffusione e perfusione renale in soggetti patologici rispetto ai
volontari sani.
Laboratorio di Ingegneria dei Tessuti per la Medicina Rigenerativa
Trapianto di isole pancreatiche e cellule mesenchimali per la cura del diabete
insulino-dipendente e le sue complicanze
Il diabete mellito di tipo 1 è una patologia provocata dalla progressiva distruzione delle cellule β delle isole
pancreatiche di Langherans ad opera del sistema immunitario con una conseguente riduzione della
concentrazione di insulina nel sangue. La patologia è associata a gravi complicanze croniche che comportano
lesioni a livello microvascolare, neurologico e macrovascolare dovute ad uno scarso controllo glicemico. Le
complicanze sono il problema principale del diabete in quanto potenzialmente devastanti in termini sia di
mortalità sia di peggioramento della qualità di vita. Per ristabilire in modo consistente i normali livelli di
glucosio nel sangue di un soggetto affetto dalla malattia si sostituisce la funzione endocrina del pancreas
trapiantando l'intero pancreas o, a livello cellulare, le sole isole di Langerhans. Recentemente, grazie al
miglioramento delle tecniche di isolamento e trapianto, è aumentato l'indice di successo dei trapianti di isole,
ma ci sono tuttora limitazioni importanti, tra le quali la mancanza di controllo metabolico a lungo termine.
Una delle principali cause della sopravvivenza a breve termine delle isole pancreatiche trapiantate è la
risposta immunitaria contro il tessuto trapiantato. L’utilizzo di farmaci immunosoppressori prolunga la
sopravvivenza delle isole pancreatiche trapiantate, ma con effetti collaterali gravi. Le cellule staminali
mesenchimali (MSC) sono cellule multipotenti presenti nella linea stromale del midollo osseo che hanno la
capacità immunomodulatoria di ridurre l'incidenza e la gravità del graft-versus-host disease durante il
trapianto allogenico. Inoltre le MSC umane alterano in vitro il profilo della secrezione citochinica delle
cellule dendritiche (DCs), quello delle cellule T helper (TH1) ed effettrici (TH2) e stimolano le cellule
natural killer verso un fenotipo maggiormente antinfiammatorio e tollerante. Il nostro obiettivo è valutare, in
un modello sperimentale animale, la capacità delle cellule mesenchimali di supportare l’azione delle isole
pancreatiche e l’effetto che questo può avere sulla neuropatia diabetica, una tipica complicanza del diabete
insulino-dipendente. Il trapianto di isole pancreatiche combinato a cellule mesenchimali, come il trapianto di
sole isole pancreatiche, ha mostrato un buon controllo glicemico nell’animale da esperimento. In particolare
il numero di isole pancreatiche trapiantate necessarie per raggiungere la normoglicemia è minore se associato
alle cellule mesenchimali rispetto al trapianto di sole isole pancreatiche. Inoltre si registra un miglioramento
più marcato nella velocità di conduzione dei nervi, della soglia nocicettiva e dell’allodinia meccanica negli
animali che hanno ricevuto il trapianto combinato. Le cellule mesenchimali sembrano quindi coinvolte in un
duplice meccanismo volto da una parte ad aumentare la funzionalità delle isole pancreatiche con cui vengono
trapiantate e dall’altra a proteggere le fibre nervose che vengono solitamente danneggiate dalla neuropatia
diabetica.
Sviluppo di metodologie per la rigenerazione del rene
(In collaborazione con il Dipartimento di Medicina Molecolare)
La patologia renale cronica colpisce milioni di persone nel mondo, e il numero di pazienti affetti è in
continuo aumento. La scarsa qualità della vita dei pazienti in terapia dialitica e la carenza di organi
disponibili per il trapianto richiedono la ricerca di soluzioni terapeutiche alternative. Il presente studio
prevede la creazione in laboratorio di un nuovo rene a partire da un organo originario che viene
completamente privato delle cellule e ripopolato con cellule embrionali staminali murine (mES). A questo
scopo è stato progettato e costruito un sistema di perfusione per la decellularizzazione e ricellularizzazione di
reni di ratto. Abbiamo precedentemente dimostrato che la perfusione con il detergente anionico sodio dodecil
solfato (SDS) è in grado di determinare la completa e rapida rimozione cellulare e il mantenimento della
struttura 3D della matrice extracellulare. L’avvenuta rimozione delle cellule e l’integrità dell’ultrastruttura e
della vascolatura dello scaffold sono state dimostrate con tecniche di microscopia ottica ed elettronica e di
microCT. Per poter generare l’ambiente ideale per la sopravvivenza sono state ottimizzate diverse procedure
di ricellularizzazione. La tecnica di base utilizzata prevede l’infusione delle cellule mES prima attraverso
l’arteria renale e successivamente attraverso l’uretere applicando una pressione negativa all’esterno del rene
in modo da aumentare la permeabilità delle membrane tubulari al medium di coltura e favorire la risalita
delle cellule lungo il sistema collettore. A questa metodologia si è affiancata una tecnica di infusione delle
cellule ad una maggiore velocità di flusso dall’arteria renale per analizzare se il conseguente aumento della
pressione a livello della matrice renale potesse migliorare la ripopolazione del rene. Dopo l’infusione delle
cellule, i reni sono stati esposti a diversi flussi con medium di coltura per valutare se questo potesse influire
sull’ossigenazione e la proliferazione cellulare. Le analisi istologiche e immunoistochimiche hanno
confermato che entrambe le tecniche di infusione testate permettono l’adesione e la sopravvivenza delle
cellule nel rene con una sostanziale differenza però nella loro distribuzione e quantificazione.
Valutazione sperimentale dello sforzo di taglio sulle cellule endoteliali
Scopo del progetto è lo studio delle sollecitazioni meccaniche generate dalla circolazione sanguigna sulle
cellule endoteliali che rivestono la parete interna dei vasi. Studi recenti hanno evidenziato il ruolo chiave
degli sforzi di taglio con andamento oscillante nello sviluppo incontrollato di neointima con conseguente
occlusione dei vasi. L'obbiettivo dei nostri studi è volto all'identificazione del ruolo degli sforzi di taglio nel
fallimento degli accessi vascolari creati nei pazienti dializzati. Grazie a tecniche di ricostruzione
computerizzata, è possibile stimare i valori degli sforzi di taglio oscillanti che si generano nelle aree degli
accessi vascolari, maggiormente esposte al rischio di occlusione. I valori ottenuti sono poi imposti a colture
piane di cellule endoteliali con l'ausilio di un dispositivo basato su una geometria a piatto-cono. Il sistema
possiede un elemento rotante programmabile che genera valori controllati di sforzo di taglio su una
superficie fissa dove si trovano le cellule. Abbiamo studiato l’espressione genica e la produzione di proteine
infiammatorie in cellule endoteliali esposte a sforzi di taglio con andamento oscillante, utilizzando come
confronto cellule endoteliali stimolate con sollecitazioni meccaniche unidirezionali. Mediante l’utilizzo di un
RT2 Profiler PCR array è stata analizzata l’espressione di 84 geni codificanti per mediatori coinvolti nel
rimodellamento del citoscheletro, nella chemiotassi e nell’espressione di molecole d’adesione. Abbiamo
selezionato i geni maggiormente influenzati dalle variazioni meccaniche imposte ed analizzato la loro
espressione nelle diverse condizioni sperimentali. L'esposizione delle cellule endoteliali alle sollecitazioni
oscillanti comporta un aumento significativo dell’espressione di geni quali Phospholipase D1 (PLD1) e α4integrin (ITGA4), nessun incremento è stato invece osservato nelle cellule esposte a sforzi di taglio
unidirezionali. L’aumento di espressione di questi geni comporta la produzione di segnali biochimici
coinvolti nello sviluppo incontrollato di neointima: PLD1 perché coinvolto nei meccanismi di
rimodellamento del citoscheletro e nell’attivazione delle cellule muscolari presenti nella parete del vaso,
ITGA4 perché implicato nel processo di adesione e migrazione dei monociti circolanti all’endotelio. Si ha
invece la riduzione dei livelli di espressione di Krüppel-like factor 2 (KLF2), un fattore protettivo per
l’endotelio nelle cellule esposte a stimolazione meccanica oscillante. Il KLF2 riduce la proliferazione delle
cellule e ne previene l’apoptosi, la perdita dell’espressione di questo fattore nelle cellule causa l’alterazione
dell’omeostasi dell'endotelio cui segue l’instaurarsi di uno stato infiammatorio. La presenza di
infiammazione a livello delle regioni maggiormente esposte al rischio di occlusione è stata confermata dalla
rilevazione di concentrazioni elevate di proteine infiammatorie, come Monocyte chemoattractant protein 1 ed
Interleukin-8 nel terreno di coltura utilizzato per esporre le cellule a sforzi di taglio con andamento
oscillante.
Sviluppo di metodologie di laboratorio per la valutazione della citotossicità del
particolato ambientale
(In collaborazione con il Laboratorio di Chimica e Tossicologia dell'Ambiente).
Il particolato atmosferico grossolano (diametro, D >10 μm, PM10 ), il particolato fine (D < 2.5 μm, PM2.5)
ed il particolato ultrafine (D < 0.1 μm, PM0.1) sono oggi collocati tra i principali fattori di rischio ambientale
per la salute. L’usura delle pastiglie dei freni, costituite da resine fenoliche termoindurenti, contribuisce a
generare il 50% del particolato immesso nell’aria dal settore dei trasporti. Il Dipartimento di Bioingegneria
in collaborazione con Brembo S.p.a., CTG S.p.a. e PNO Consultants Limited, è impegnato all’interno di un
progetto di ricerca che ha come obiettivo lo sviluppo di una nuova tecnologia per la produzione di pastiglie
dei freni costituite da una miscela cementizia in sostituzione alla resina fenolica. Il nuovo processo
industriale ha come vantaggio un minor rilascio di energia e l’assenza di emissione di PM0.1 organici che
derivano dai processi di usura dei costituenti delle resine fenoliche. Il nostro obbiettivo è valutare l’impatto
positivo della nuova tecnologia sulla salute umana. A tal fine, linee cellulari provenienti da tessuto
polmonare umano, da fegato e cellule del sistema immunitario sono coltivate in laboratorio ed esposte al
particolato raccolto durante le prove di frenata da banco. Ad oggi, i nostri studi hanno dimostrato una
riduzione della vitalità cellulare ed un aumento dei livelli di radicali liberi dell’ossigeno nelle cellule di
origine polmonare ed epatica esposte a particelle derivate da pastiglie convenzionali. Nei prossimi
esperimenti confronteremo la tossicità del particolato generato dall’usura delle pastiglie dei freni prodotte
con resina fenolica con quelle prodotte con una miscela cementizia. Il confronto sarà effettuato mediante
l’impiego di saggi di mutagenicità, di vitalità cellulare, morte cellulare e di generazione dei radicali liberi
dell’ossigeno. Le cellule esposte alle sostanze tossiche saranno anche caratterizzate dal punto di vista
dell’espressione genica e dell’infiammazione.
Coltura tridimensionale di cellule staminali per il mantenimento della pluripotenza
(in collaborazione con il Politecnico di Milano)
Le terapie cellulari basate sulle cellule staminali rappresentano un’ importante strategia per ripristinare la
funzione di tessuti danneggiati, grazie alla capacità di queste cellule di autorinnovarsi e di differenziarsi in
diversi tipi cellulari adulti. In particolare, le cellule embrionali sono in grado di dare origine a cellule adulte
di tutti e tre i foglietti embrionali, una caratteristica denominata pluripotenza. Il microambiente specializzato
nel quale risiedono le cellule staminali, definito nicchia staminale, gioca un ruolo fondamentale
nell’influenzare il destino a cui le cellule staminali vanno incontro. Recentemente è stato dimostrato come
stimoli meccanici, inclusi la rigidità del substrato, la nanotopografia della superficie di adesione e forze
extracellulari siano in grado di dirigere il destino delle cellule staminali anche in assenza di segnali
biochimici. È stato dimostrato che substrati con una struttura geometrica definita e tridimensionale, che
mimano l’ambiente fisiologico della nicchia staminale, possono favorire il mantenimento della multipotenza
di cellule staminali in colture prolungate. Il Politecnico di Milano ha realizzato mediante una tecnica di
polimerizzazione a due fotoni un supporto 3D denominato “nicchioide”, a geometria controllata. Cellule
embrionali murine (mES) sono state seminate sul nicchioide con lo scopo di valutare l’effetto della coltura su
tale substrato sul mantenimento della pluripotenza delle cellule. Le cellule embrionali sono inoltre state
seminate su un controllo 2D (vetro) e su un supporto 3D biologico, rappresentato da sezioni di matrice renale
decellularizzata. Dopo la semina le cellule sono state mantenute in coltura in assenza di LIF, che
normalmente viene aggiunto al medium di coltura per mantenere la staminalità delle cellule. Dopo 14 giorni
di coltura la nicchia sintetica si è dimostrata in grado di promuovere il mantenimento della staminalità delle
cellule, come dimostrato dall’espressione del marker di staminalità OCT4, che si mantiene a livelli più
elevati nella nicchia rispetto agli altri due supporti. Al contrario, markers di differenziamento quali GATA4 e
NKX2-5, fattori trascrizionali espressi durante la cardiomiogenesi, e αSMA, una proteina presente nelle
cellule muscolari lisce e nei miofibroblasti, presentano livelli di espressione significativamente più bassi
nella nicchia sintetica rispetto al controllo bidimensionale. I risultati ottenuti dimostrano che le nicchie sono
in grado di favorire il mantenimento della pluripotenza delle cellule in colture a lungo termine anche in
assenza di LIF.