houston - gagliato

ACCADEMIA DI GAGLIATO DELLE NANOSCIENZE
NANOPICCOLA
A DISTANZA
2015 - 2016
HOUSTON - GAGLIATO
IN COPERTINA:
Microparticelle colorate arcobaleno di varie forme e dimensioni. Possono essere
prodotte con pori finemente controllati e usate per caricare una varieta’ di agenti
terapeutici per il trattamento di malattie diverse. Le caratteristiche uniche sulla
superficie, e un design attentamente realizzato rendono questi vettori altamente
efficaci nella somministrazione di medicine nelle zone di interesse.
NANOPICCOLA A DISTANZA
2015-2016
CALENDARIO DELLE LEZIONI
Data
Argomento
Esperimento
Ospite della
giornata
18 Novembre
Introduzione
Ennio Tasciotti
generale
16 Dicembre
Nano incontra il
cuore
20 Gennaio
Electric snake
Jonh Cooke
Salty circuit
Phil Horner
Materiali per
rigenerazione
neurale
17 Febbraio
Nanoapplicazioni
in chirurgia
16 Marzo
Nanoparticelle
multistadio
20 Aprile
Riparazione di ossa
Osmotic
membranes
Barbara Bass
Micelles
Gummy
capsules,
Mauro Ferrari
hydrogels, EM
Liquid polymers
Brad Weiner
e muscoli
18 Maggio
Conclusioni
Ennio Tasciotti
BENVENUTI A NANOPICCOLA A DISTANZA!
L’Accademia di Gagliato delle NanoScienze
saluta e ringrazia i partecipanti a NanoPiccola a Distanza, la prima scuola virtuale di
NanoPiccola che unira’ via skype nel corso di sei mesi i ricercatori del Houston
Methodist Research Institute.
Continuiamo a innovare nella ricerca di formule piu’ efficaci per insegnare e per
apprendere la scienza di frontiera e per ispirare nei ragazzi curiosita’ e passione per
le discipline scientifiche e per la ricerca in medicina.
Siamo orgogliosi della competenza che abbiamo visto svilupparsi nei nostri studenti
nel corso delle varie edizioni di NanoPiccola. Attraverso le Conferenze estive di
NanoPiccola, attraverso NanoCalabria 2014 che ha coinvolto 150 studenti delle
scuole superiori, e ora NanoPiccola a Distanza, l’Accademia di Gagliato ha costruito
una comunita’ di giovani ‘nano esperti’ come in nessun altro posto al mondo!
Richieste provengono da molte parti per riprodurre la formula di questo esperimento
educativo. Al momento, siamo felici di annunciare che collaborazioni stanno per
essere avviate con l’importante realta’ del Parco Pitagora di Crotone, e con la citta’ di
Matera, nell’ambito delle straordinarie iniziative di Matera 2019.
Auguriamo a tutti un entusiasmante viaggio
nei mondi invisibili della biologia e della nano ingegneria, e ringraziamo tutti coloro
che si dedicheranno al successo di NanoPiccola a Distanza, a cominciare dagli
importanti scienziati del Houston Methodist Research Institute che saranno in
collegamengto skype con Gagliato tra cui l’ineguagliabile Mauro Ferrari, il Direttore
di NanoPiccola, Ennio Tasciotti, e il Coordinatore dei volontari di NanoPiccola,
Roberto Molinaro.
Un grazie particolare a Emmanuele Curti di Matera per aver per primo suggerito
l’idea delle lezioni di NanoPiccola a distanza!
Siamo debitori
all’Amministrazione Comunale di Gagliato per il continuo e indispensabile supporto
alle iniziative dell’Accademia di Gagliato.
Ai ragazzi partecipanti, e alla comunita’ tutta di Gagliato da cui continuiamo a
ricevere ispirazione per questo cammino straordinario, auguri di buon lavoro e di
buon divertimento!!
Paola Ferrari, Presidente, Accademia di Gagliato delle NanoScienze
1
INDICE
1. PROGRAMMA DEL CORSO
2. ARGOMENTI DELLE LEZIONI
2.1 Nano Incontra il cuore
2.2 Materiali per la rigenerazione neurale
2.3 Nanoapplicazioni in chirurgia
2.4 Nanoparticelle multistadio
2.5 Riparazione di ossa e muscoli
3. ESPERIMENTI
4. PAROLE CHIAVE
5. BIOGRAFIE DEGLI SCIENZIATI
6. DOVE SI STUDIA LA NANOTECNOLOGIA IN ITALIA
7. CHI SONO PAOLA FERRARI, ENNIO TASCIOTTI E ROBERTO MOLINARO
1
1.
PROGRAMMA DEL CORSO
Novembre 2015 – Marzo 2016
Houston, TX, USA – Gagliato, CZ, Italia
Informazioni sul corso:
Prerequisiti:
Partecipazione ad almeno 1 edizione di NanoPiccola
Calendario delle lezioni: Mercoledi’ 18 Novembre, 17.00 – 18.00
Mercoledi’ 16 Dicembre, 17.00 – 18.00
Mercoledi’ 20 Gennaio, 17.00 – 18.00
Mercoledi’ 17 Febbraio, 17.00 – 18.00
Mercoledi’ 16 Marzo, 17.00 – 18.00
Mercoledi’ 20 Aprile, 17.00 – 18.00
Mercoledi’ 18 Maggio, 17.00 – 18.00
Dove:
Sala Consiliare Comune di Gagliato in collegamento Skype con Houston
Methodist Research Institute (HMRI)
Docenti:
Paola Ferrari, Presidente, Accademia di Gagliato delle NanoScienze,
[email protected]
Ennio Tasciotti, PhD, Direttore di NanoPiccola, Professore HMRI,
[email protected];
Roberto Molinaro, PhD, Coordinatore Volontari NanoPiccola,
[email protected]
Mauro Ferrari, Presidente Houston Methodist Research Institute
Phil Horner, Direttore Houston Methodist Neurological Institute
John Cooke, Primario Houston Methodist Dipartimento Scienze Cardiovascolari
Brad Weiner, Professore in Chirurgia Ortopedica, Houston Methodist
Barbara Bass, Primario Houston Methodist Dipartimento di Chirurgia
2
Sintesi del programma e obiettivi:
Questa prima edizione di NanoPiccola a Distanza vuole consolidare le competenze
acquisite dagli studenti di NanoPiccola, espandere le aree di conoscenza nei campi
della nanotecnologia e nanomedicina, e offrire continuita’ e supporto allo sforzo
individuale di studio e di ricerca su questi temi di frontiera.
In particolare, attraverso presentazioni dei giovani ricercatori italiani dell' HMRI; la
realizzazione di nuovi esperimenti; 'visite' tramite Skype ai laboratori; e conversazioni
con i leaders del Methodist Research Institute gia' ospiti di NanoGagliato, il corso ha i
seguenti obiettivi:
1. Ricapitolare temi e concetti illustrati nelle varie edizioni estive di NanoPiccola;
2. Offrire approfondimenti nelle aree di maggiore interesse;
3. Presentare nuovi spunti tematici e concettuali;
4. Sviluppare interazioni con i laboratori dell’HMRI ed i suoi ricercatori e leaders;
5. Incoraggiare negli studenti la passione per la scienza;
6. Preparare l'Edizone 2016 di NanoPiccola (Gagliato, 24-25 luglio).
Testi, letture e materiali:
Il quaderno informativo ‘Nanopiccola a distanza’, prodotto dall'Accademia di
Gagliato delle NanoScienze verra' distribuito ai partecipanti al corso. Materiale
aggiuntivo verra’ segnalato durante il corso.
17.00 – 17.05 Saluti e introduzione
17.05 – 17.15 Ospite
17.15 – 17.50 Lezione/esperimento e visita ai laboratori
17.45 – 18.00 Sommario e compiti per casa
Requisiti per la partecipazione:
Al momento della registrazione gli studenti dovranno impegnarsi a frequentare tutte
le classi. Un Certificato di Partecipazione verra’ rilasciato alla fine del corso a chi ha
partecipato ad almeno 5 lezioni, e avra' svolto tutti i compiti e progetti assegnati. Si
3
incoraggiano gli insegnanti e i genitori delle scuole elementari/medie a partecipare
come volontari.
Compiti:
Al termine di ogni lezione verranno assegnati dei compiti sui temi illustrati nelle
rispettive classi, che verranno poi corretti e valutati dagli insegnanti del corso. Agli
studenti verra' anche chiesto di realizzare un disegno su carta con la loro idea del
tema che verra’ discusso nella lezione successiva. Tale disegno verra’ presentato allo
scienziato ospite.
4
2.
ARGOMENTI DELLE LEZIONI
2.1
Nano incontra il cuore
Il programma di ricerca traslazionale del Dr. Cooke si concentra sulla rigenerazione
vascolare. Il programma è finanziato da sovvenzioni dal National Institutes of Health,
l'American Heart Association, e l'industria.
L'attenzione si concentra sul ripristino o la stimolazione delle funzioni endoteliali
come la vasodilatazione e l'angiogenesi, utilizzando piccole molecole o terapie con
cellule staminali. Nei suoi 25 anni di biologia endoteliale traslazionale, lui per primo
descrisse e caratterizzo’ gli effetti anti-aterogenici dell’ossido nitrico; il percorso
angiogenico mediato dai recettori nicotinici endoteliali; il ruolo di questa via in altri
stati di angiogenesi patologica; e ha sviluppato un antagonista del percorso che è
ora in fase II di sviluppo clinico. Il suo gruppo di ricerca clinica ha esplorato l'uso di
agenti angiogenici e cellule staminali adulte nel trattamento della malattia arteriosa
periferica. Più di recente, ha generato e caratterizzato cellule endoteliali derivate da
cellule staminali di fibroblasti umani, ed esplorato il loro ruolo nell'angiogenesi e
rigenerazione vascolare.
5
APPUNTI
6
2.2
Materiali per rigenerazione neurale
La rigenerazione e il recupero dei tessuti nervosi sono una grande sfida per la
medicina, perché influiscono pesantemente sulla qualità della vita dei pazienti. I
danni al sistema nervoso centrale provocano effetti irreversibili e le strategie di cura
attuali non offrono risultati sicuri. Lo sviluppo dell’ingegneria tissutale offre un nuovo
approccio al problema, con la creazione di scaffold artificiali multifunzionali che
agiscono su vari livelli nel tessuto lesionato, fornendo supporto fisico e biochimico
alla crescita delle cellule nervose. In questo lavoro sono presentate le attuali tecniche
di progettazione degli scaffold e le strategie per favorire la rigenerazione.
7
APPUNTI
8
2.3
Nanoapplicazioni in chirurgia
I gruppi di ricerca medica e biologica hanno sfruttato le proprietà uniche dei
nanomateriali per varie applicazioni (per es., agenti di contrasti per imaging cellulare
e terapeutica per il trattamento del cancro). Termini come nanotecnologia
biomedica, nanobiotecnologia, e nanomedicina sono usati per descrivere questo
campo ibrido. Possono essere aggiunte delle funzionalità ai nanomateriali per
interfacciarli con molecole o strutture biologiche. La dimensione dei nanomateriali è
simile a quella della maggior parte delle molecole e strutture biologiche; dunque, i
nanomateriali possono essere utili nel campo della ricerca e delle applicazioni
biomedicali, sia in vivo che in vitro. In questo modo, l'integrazione di nanomateriali
con la biologia ha portato allo sviluppo di apparecchiature diagnostiche, agenti di
contrasto,
strumenti
analitici,
applicazioni
per
terapia
fisica
e
veicoli
di
somministrazione farmacologica.
9
APPUNTI
10
2.4 Nanoparticelle multistadio
I vettori multistadio (MultiStage Vectors o MSV) sono sistemi di rilascio controllato per
farmaci che sono composti da più stadi, appunto in similitudine con i veicoli per
l’esplorazione spaziale utilizzati dalla NASA per arrivare sulla luna (progetto Apollo).
La necessità di avere più stadi proviene dal fatto che, per arrivare preferenzialmente
al bersaglio terapeutico (tumore primario o metastatico), un qualsivoglia farmaco
deve attraversare una serie di barriere biologiche all’interno del corpo umano. Negli
MSV ogni stadio è progettato per superare una o più di queste barriere, tenendo
conto di come queste barriere si modificano nel corso della carcinogenesi. La
tecnologia MSV è nata nel laboratorio del prof. Ferrari, in collaborazione con
ingegneri della Nasa, e ora viene sviluppata allo Houston Methodist Research
Institute, anche in collaborazione con diverse aziende farmaceutiche per diversi
farmaci di loro proprietà.
Il sistema MSV permette a questi farmaci di amplificare gli effetti terapeutici, in
particolare sulle metastasi polmonari, ossee ed epatiche, e nel contempo di ridurre o
eliminare gli effetti collaterali. Finora gli MSV sono stati sperimentati in maniera
preclinica, ovvero su animali di laboratorio, ed esclusivamente negli Stati Uniti.
L’efficacia della terapia MSV nel cancro al seno, nel tumore ovarico, nel melanoma, in
metastasi osse, polmonari, pancreas ed epatiche e’ stata dimostrata in una serie di
11
pubblicazioni recenti sulle maggiori riviste scientifiche (Nature, Proceeding of the
National Academy of Sciences, Cancer Research, Nature Reviews Cancer, Nature
Nanotechnology, Clinical Cancer Research ecc.).
12
APPUNTI
13
2.5
Riparazione di ossa e muscoli
Lo scheletro umano costituisce l’elemento di sostegno e di protezione degli organi.
Un insieme di componenti altamente sofisticate, sia dal punto di vista strutturale che
meccanico. Proprio per la sua funzione, tuttavia, può andare incontro a una
degenerazione che, in alcuni casi, rende la persona incapace di muoversi. È inoltre,
potenziale bersaglio di alcune malattie che possono portare alla malformazione o
alla distruzione delle ossa. Lo scopo della Medicina e della Chirurgia Rigenerativa
non è quello di rimpiazzare ciò che nel corpo umano non è più in grado di
funzionare, ma quello di fornire all’organismo umano gli elementi necessari per una
sua autonoma riparazione in vivo, di inventare sostituti e presidii in grado di fondersi
con il corpo umano e di stimolare e sostenere le capacità intrinseche del nostro
corpo a rigenerarsi ed a guarire autonomamente. La generazione di tessuti partendo
dalle cellule staminali potrebbe aiutare a correggere gli esiti di interventi chirurgici
demolitivi o a fratture traumatiche o a lesioni articolari di origine sportiva, ma non
solo. Potrebbe essere infatti possibile anche porre rimedio a condizioni molto gravi
come l’osteogenesi imperfetta, che rende fragilissimo lo scheletro esponendolo a
continue fratture.
14
APPUNTI
15
3.
ESPERIMENTI
ESPERIMENTO 1 – Incantare il serpente (Enchant the snake)
ESPERIMENTO 2 – Circuito salato (Salty circuit)
ESPERIMENTO 3 – Membrane osmotiche e micelle (Osmotic membranes and
micelles)
ESPERIMENTO 4 – Capsule gommose e idrogeli (Gummy capsules and
hydrogels)
ESPERIMENTO 5 – Polimeri liquidi (Liquid polymers)
16
10 Minuti
Descrizione
Tutto cio’ che esiste al mondo e’ fatto di atomi. Di
solito un atomo e’ privo di carica, ma quando due
oggetti sfregano l’uno contro l’altro possono
accumularsicarichedielettricita’statica.Scopriteloda
soliconunapennaeunacartavelina.
Occorrente
Cartavelina
Forbici
Lana
Unategliadialluminio
Penna
Istruzioni
1. Disegnate un serpente, dandogli una forma a spirale, su un foglio di carta
velina e ritagliatelo.
2. Appoggiatelo su una teglia di alluminio piegando la sua testa verso l’alto.
3. Sfregate vigorosamente una penna su un maglione o un tappeto di lana. In
questo modo la penna ottiene una carica statica.
4. Tenete la penna sulla testa del serpente. La carta e’ cosi’ leggera che la carica
statica della penna dovrebbe essere sufficiente a far sollevare il serpente,
come se lo aveste incantato.
Come funziona?
All’interno di un atomo, gli elettroni a negativa orbitano intorno a un nucleo a
carica positiva. Quando gli ogetti si toccano, gli elettroni a volte saltano qua e
la’. Un oggetto che ha guadagnato elettroni resta con una carica negativa,
mentre l’oggetto da cui sono stati sottratti ha una carica positiva. Gli oggetti con
una carica proveranno a ottenere o perdere elettroni per ritornare ad essere
neutri: per farlo attrarranno altri oggetti, come il serpente.
Il serpente e’ attratto dalla penna, perche’ gli
elettroni in eccesso nella penna tentano di
spostarsi verso la teglia.
Lo sfregamento conferisce alla penna una
carica negativa
Il piatto di
metallo attrae la
carica negative
della penna
17
10 Minutes
Description
Everything that exists in this world is made up of
atoms. Usually an atom is free of charge, but when
twoobjectsrubagainstoneanother,chargemaybuild
uptocreatestaticelectricity.Findoutforyourselfwith
apenandtissuepaper!
Materials
TissuePaper
Scissors
Wool
Aluminumpiepan
Pen
Directions
5. Draw a snake with a spiral shape on a sheet of tissue paper and cut it out.
6. Place it on an aluminum pie pan, bending the head upward.
7. Rub a pen vigorously on a sweater or a wool rug. This way, the pen will get a
static charge.
8. Hold the pen over the head of the snake. The paper is so light that the static
charge of the pen should be sufficient to lift the snake, as if it were
enchanted.
How does it work?
Atoms make up all matter, like the pen and the tissue paper snake. These atoms
contain a positively-charged nucleus and negatively-charged electrons that
orbit around it. When these atoms come in close contact with one another, they
will exchange their electrons. The atom that gains an electron will have a
negative charge and the one that loses an electron will gain a negative charge.
Any charged object will try to regain its neutrality by attracting other objects, as
the pen attracts the tissue paper snake
The snake is attracted by the pen as the
electrons trying to move from the pan to the
aluminum pie pan
The rubbing gives to the pen a negative charge
The aluminum pie pan
attracts the negatively
charged of the pen
18
15 minuti
Occorrente
Tre pezzi di filo elettrico con
l’isolanterimossodalleestremita’
Morsettiacoccodrillo
Contenitore(perl’acqua)
Acqua
Batteriada9Volt
Lampadina
Sale
Cucchiaiodiplastica
Descrizione
Questo esperimento dimostra la funzione degli
elettroliti. Gli elettroliti sono composti che conducono
benel’elettricita’inquantocontengonoioni(particellea
caricaelettrica)liberidimuoversi.L’acqua,unelettrolita
debole, diventa piu’ forte se aggiungete del sale. Ora
vedrete come l’aggiunta di sale aumenta la luminosita’
dellalampadina.
Istruzioni
1. Prendete due fili, ciascuno con un morsetto all’estremita’. Mettete l’estremita’
libera nella bacinella di vetro e fissatela in posizione sui lati opposti.
2. Ora riempite d’acqua la bacinella.
3. Collegate un filo a un terminale della pila e l’altro alla lampadina. Usate un terzo
filo per collegare la lampadina all’altro terminale della pila.
4. Aggiungete lentamente il sale all’acqua, mescolando con un cucchiaio di plastica
(che non conduce l’elettricita’) per favorire lo scioglimento. Piu’ sale aggiungete,
piu’ la lampadina sara’ luminosa.
Come funziona?
Solitamente la corrente elettrica e’ trasportata dagli ioni. Il sale si separa in ioni sodio
e cloro, aumentando il numero di ioni contenuti in acqua, permettendo il passaggio
di una corrente piu’ intensa. L’elettricita’ e’ condotta dalla batteria attraverso la
soluzione, facendo quindi illuminare la lampadina.
+
+
+
+
+- - -
19
15 minutes
Description
This experiment demonstrates the function of
electrolytes. Electrolytes are compounds that conduct
electricity well because they contain ions (electrically
chargedparticles)thatarefreetomove.Waterisaweak
electrolyte, but it becomes stronger when you add salt.
In this experiment, we will see how the addition of salt
increases conductivity and therefore the brightness of
thebulb.
Materials
Three pieces of wire with the
insulationremovedfromtheends
AlligatorClips
GlassBeaker(forWater)
Water
9VoltBattery
LightBulb
Salt
PlasticSpoon
Directions
5. Take two wires, each with a clamp on one end. Put the free end into the bowl of
the glass and fix it in place on the opposite side.
6. Fill the tray with water.
7. Connect a wire to a terminal of the battery and the other to the bulb.
8. Use a third wire for connecting the light bulb to the other terminal of the battery.
9. Slowly add the salt to the water, stirring with a plastic spoon (which does not
conduct electricity) to facilitate the dissolution. As you add more salt, the bulb will
light.
How does it work?
Salt separates into sodium and chloride ions, introducing a higher number of
charged particles (ions) into the solution and allowing them to conduct a stronger
current. Electricity is conducted from the battery and through the solution, causing
the bulb to light.
+ + --++ 20
2 Giorni
Descrizione
Questoesperimentomostrailprocessodiosmosi,ovveroil
passaggio di acqua attraverso una membrane semipermeabiledaunasoluzionemenoconcentrateadunapiu’
concentrata. Per capirlo, potete svolgere un esperimento
conleuova.Unuovoe’circondatodaunamembranesemipermeabile,mapervederladoveterimuovereilguscio.Una
volta rimosso, l’acqua e’ capace di entrare e uscire
dall’uovo.
Occorrente
Due uova fresche
Una ciotola
Aceto
Due bicchieri
Acqua
Melassa a sciroppo
di mais
Un barattolo
Istruzioni
1. Mettete due uova in una ciotola e copritele di aceto per sciogliere il guscio.
Serviranno almeno 24 ore. Prendete le uova che appariranno morbide e gommose.
2. Mettete un uovo in un bicchiere d’acqua e l’altro in uno di melassa o sciroppo di
mais. Lasciateli riposare per altre 24 ore. L’uovo nella melassa o nello sciroppo
sembra molto piu’ piccolo di quello nell’acqua.
3. Togliete le uova dai bicchieri e sciacquate via la melassa.
4. Mettete l’uovo piu’ piccolo in un barattolo con acqua e lasciatelo li’ per qualche
ora. L’uovo si gonfiera’ per l’assorbimento dell’acqua.
5. Pungete l’uovo con uno spillo, schizzera’ fuori un getto d’acqua.
Come funziona?
Su entrambi I lati di una membrana semi permeabile, l’acqua si muove da un lato
all’altro se le concentrazioni sono uguali. Questo e’ il motivo per cui le uova semza
guscio si gonfiano quando messe in acqua, mentre si comprime se messo nella
sciroppo. L’acqua si muove verso dentro se la soluzione all’interno dell’uovo e’ piu’
concentrata di quella esterna, mentre si muove verso fuori quando l’ambiente
esterno’ e’ piu’ concentrato.
21
2 Days
Description
Thisexperimentshowstheprocessofosmosis,thepassage
of water through a partially permeable membrane from a
less concentrated solution to a more concentrated one. In
ordertovisualizethis,youcanperformanexperimentwith
eggs. An egg is surrounded by a partially permeable
membrane,butinordertoseeit,youfirsthavetoremove
its shell. Once the shell is removed, water is capable of
passingintooroutoftheegg.
Materials
Two Fresh Eggs
Bowl
Vinegar
Two Water Glasses
Water
Molasses
Jar
Directions
1. Put two eggs in a bowl and cover with vinegar to dissolve the shell. They will need
to sit for at least 24 hours. Afterwards, the eggs will appear soft and rubbery.
1. Put one egg in a glass of water and the other in a glass of molasses. Let them
rest for another 24 hours. The egg in the molasses will seem much smaller
than the one in the water.
6. Remove the eggs from the glasses and wash away the molasses.
7. Put the smaller egg in a jar with water and leave it for a few hours. The egg will
swell to absorb water.
8. Prick the egg with a pin, a jet of water will shoot out of it.
How does it work?
On either side of a semi-permeable membrane, water flows from side-to-side when
the concentrations are equal. This is why a peeled egg swells when it’s put into water
and shrinks if it’s put into sugar syrup. Water moves into the egg when the inside is
more concentrated and it moves out of the egg when its surroundings are more
concentrated.
22
5 minuti
Occorrente
Descrizione
Questo esperimento dimostra le caratteristiche dei polimeri e la
loro capacita’ di comportarsi come un solido o un liquido. I liquidi
tipicamente scorrono, ma se agitate, tirate e fate rimbalzare questa
melma liquida, scoprirete che si appiccica come se fosse un solido.
Una tazza
Farina di mais
Una ciotola
Acqua
Un cucchiaio
Colorante alimentare
Istruzioni
1. Riempite una tazza di farina di mais e versatela in una ciotola.
2. Aggiungete lentamente dell’acqua, sempre mescolando.
3. Continuate ad aggiungere lentamente acqua fino ad ottenere un impasto colloso.
Non aggiungetene troppa, probabilmente ve ne bastera’ mezza tazza.
4. Aggiungete del colorante alimentare, mescolando per amalgamarlo bene.
Come funziona?
La melma e la plastic sono entrambe fatte di polimeri, molecule semplici (chiamate
monomeri) legate in lunghe catene. Questa struttura a catena rende i materiali piu’
resistenti e flessibili. In qu8esto esperimento la plastica e’ costituita dalla farina di
mais. L’aceto si lega alla farina per formare catene piu’ forti, mentre la glicerina le
rende piu’ flessibili. Ecco perche’ la melma si comporta piu’ come un liquido che
come un solido.
+
Glucose
+
Glucose
Acetic Acid
23
5 minutes
Materials
Description
This experiment demonstrates the characteristics of polymers and
their capability of behaving as a solid or a liquid. Though this
particular slime is a liquid, behave as such. Liquid typically flows,
but if play with the liquid slime, you will discover that it sticks
like a solid.
Corn Starch
Bowl
Water
Spoon
Food Coloring
Directions
1.
2.
3.
4.
Take a ½ cup of corn starch and pour into a bowl.
Slowly add the water, stirring constantly.
Continue to add water until the dough is sticky, but do not add too much!
Add food coloring and stir to mix well.
How does it work?
Plastic and slime are both made of polymer chains, which are made up of individual
molecules bound together. This chain structure makes materials stronger and more
flexible. The “plastic component” in this experiment is constituted by starch. Vinegar
binds to the starch to form strong chains, while the addition of glycerin makes them
more flexible. As a result, the slime behaves more as a liquid than it does as a solid.
Starch is a polymer made by plants to store energy and it is made by small molecules
called monomers which join together to form a polymer.
+
Glucose
+
Acetic Acid
24
4
§
. PAROLE CHIAVE
Agenti di contrasto: sostanze in grado di alterare il contrasto di un organo, di
una lesione, o di qualsiasi altra struttura rispetto a ciò che la circonda, in modo da
rendere visibili dettagli che altrimenti risulterebbero non apprezzabili.
§
Antitumorali: sono medicinali che inibiscono e combattono lo sviluppo dei
tumori.
§
Cancro (Neoplasia o tumore): patologia in cui una massa abnormale di tessuto
cresce in eccesso ed in modo scoordinato rispetto ai tessuti normali, e che persiste in
questo stato dopo la cessazione degli stimoli che hanno indotto il processo.
§
Cellule staminali: sono cellule primitive non specializzate, dotate della
capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo attraverso un processo
denominato differenziamento cellulare.
§
Chemioterapia antineoplastica: trattamento farmacologico mirato alla
distruzione di cellule neoplastiche (massa abnormale di cellule malate) con farmaci
noti come antitumorali.
§
Diagnosi: Serve a riconoscere una malattia (categoria) in base a dei sintomi o
dei "segni" (fenomeni), i primi manifestazioni soggettive presenti nel paziente, i
secondi evidenti anche al medico. L'insieme dei sintomi e segni di cui alcuni specifici
detti patognomonici ed altri più o meno generici, caratterizza il quadro clinico di una
malattia.
§
Ingegneria tissutale: identifica procedure di rigenerazione di tessuti del
corpo umano mediante la semina di cellule su strutture (scaffolds) di opportuni
25
materiali e caratteristiche, la loro coltivazione in appositi reattori (bioreattori) fino alla
colonizzazione dello scaffold ed alla produzione di nuovo tessuto (matrice
extracellulare, ECM).
§
Medicina rigenerativa: il processo di rimpiazzamento e rigenerazione delle
cellule, tessuti e organi umani per ripristinarne le normali funzioni.
§
Nanomedicina: è l'applicazione medica delle possibilità derivanti dalle
nanotecnologie. Essa si occupa quindi di tutte quelle conoscenze e quelle tecnologie
che abbiano un utilizzo medico nell'ordine di grandezza dei nanometri (1-100 nm).
§
Nanoparticelle: si identificano normalmente delle particelle formate da
aggregati atomici o molecolari con un diametro compreso indicativamente fra 2 e
200 nm.
§
Nanotecnologie: è un ramo della scienza applicata e della tecnologia che si
occupa del controllo della materia su scala dimensionale inferiore al micrometro (in
genere tra 1 e 100 nm) e della progettazione e realizzazione di dispositivi in tale
scala.
26
5
. BIOGRAFIE DEGLI SCIENZIATI
Mauro Ferrari
È Presidente e CEO dello Houston Methodist
Research Institute, dove è titolare della Ernest
Cockrell Jr. Distinguished Endowed Chair. Dott.
Ferrari è anche Vice Presidente Esecutivo del
Methodist Hospital System e direttore
dell’Accademia di Medicina del Methodist Institute.
Attualmente occupa la posizione di Senior
Associate Dean e professore di Medicina presso il
Weill Cornell Medical College, a New York, Ha
ricevuto un Dottorato Honoris Causa presso
l’Universita’ di Palermo nel 2013.. Il Dottor Ferrari
ha conseguito una Laurea in Matematica (Padova , 1985) e Ingegneria
Meccanica (UC Berkeley, MS 1987 e Ph.D. 1989). Ha frequentato la scuola di
medicina presso l' Ohio State University (2002-03). Il Dott. Mauro Ferrari è uno
dei fondatori della nano/micro-tecnologia biomedica, soprattutto nelle loro
applicazioni relative alla somministrazione di farmaci, il trapianto di cellule, i
bioreattori e altre modalità terapeutiche innovative. In questi campi, ha
pubblicato più di 250 articoli in riviste di alto valore scientifico e sei libri. E’ l’
inventore di oltre 30 brevetti gia’ rilasciati e circa una trentina in attesa di
brevetto negli Stati Uniti e a livello internazionale . Ha ricevuto numerosi
riconoscimenti prestigiosi e il finanziamento della ricerca da parte di agenize
come NCI, NIH, DoD, NASA, NSF, DARPA, DoE, nonche’ dagli Stati del Texas e
dell'Ohio Il Dottor Ferrari e’ anche stato professore a Berkeley e all’Università
del Texas e dell’Ohio, e ha svolto servizio federale presso il National Cancer
Institute nel periodo 2003-2005 in qualita’ di esperto speciale sulle
Nanotecnologie, svolgendo un ruolo di leadership nella formulazione,
sviluppo e approvazione dell’inziativa del National Cancer Institute in
Nanotecnologia, attualmente il più grande programma al mondo di
nanotecnologia medica. Il Dottor Ferrari è un accademico-imprenditore, con
diverse aziende che provengono dal suo laboratorio E’ Presidente Onorario
dell’Accademia di Gagliato delle Nanoscienze. Contatto email:
[email protected]
27
Jonh P. Cooke
Il Dr. John P. Cooke è il presidente del
Dipartimento di Scienze Cardiovascolari alla
Houston metodista Research Institute e il
direttore del Centro Cardiovascolare
Rigenerazione in Houston metodista DeBakey
Heart and Vascular Center di Houston, in Texas.
Si è formato in medicina cardiovascolare e ha
ottenuto un dottorato di ricerca in fisiologia
presso la Mayo Clinic. E 'stato reclutato per la
Harvard Medical School come assistente
professore di medicina. Nel 1990, è stato
assunto alla Stanford University per guidare il programma di biologia vascolare
e medicina, ed è stato nominato professore e la Divisione di Medicina
Cardiovascolare presso la Stanford University School of Medicine, e direttore
associato del Cardiovascular Institute della Stanford fino alla sua assunzione a
Houston metodista nel 2013.
Il Dr. Cooke ha pubblicato più di 500 articoli di ricerca, documenti di sintesi,
recensioni, capitoli di libri e brevetti nel campo della medicina e della biologia
vascolare con oltre 20.000 citazioni. Fa parte dei comitati nazionali e
internazionali che si occupano di malattie cardiovascolari, tra cui l'American
Heart Association, dell'American College of Cardiology, Società per Medicina
Vascolare, e il National Heart, Lung e Blood Institute. Inoltre, ha servito come
presidente della Società per la Medicina Vascolare, come direttore del
Consiglio di Medicina Vascolare americana, e come editore associato di
Medicina Vascolare.
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Philip Horner
Dr. Phil Horner, Ph.D., Professore Associato di
Neurochirurgia presso la UW, sta lavorando a un
approccio unico per ripristinare la funzione degli arti
dopo la lesione del midollo spinale cronica. Dr. Horner
ei suoi colleghi sono alla ricerca come terapia con
cellule staminali e di stimolazione possono essere
utilizzati insieme per ripristinare la funzionalità degli arti
per chi soffre di paralisi dopo una lesione del midollo
spinale. La ricerca del Dott Horner si concentra sulla
rigenerazione nel sistema nervoso centrale (SNC), con
l'accento sulla biologia delle cellule staminali e cellule
progenitrici. I suoi interessi principali sono nei controlli molecolari delle
interazioni delle cellule neurali e gliali in modelli di demielinizzazione, lesioni, e
la degenerazione. Laboratorio del Dr. Horner utilizza tecniche cellulari e
molecolari per studiare le cellule staminali e la loro progenie nel intatta e feriti
CNS.
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Barbara Bass
Barbara Lee Bass, MD, FACS è il presidente Distinguished John F., Jr. e
Carolyn Bookout presidenziale, Dipartimento di
Chirurgia, a Houston Methodist Hospital di Houston, in
Texas, e Professore di Chirurgia presso Weill Medical
College della Cornell University di New York. Oltre alla
sua pratica clinica in chirurgia gastrointestinale ed
endocrino, il dottor Bass ha condotto un programma di
laboratorio finanziato lesioni epiteliali gastrointestinali e
riparazione. Più di recente, ha ricoperto ruoli di
leadership nello sviluppo di iniziative di qualità
chirurgiche a livello nazionale sia nella Veteran Affairs
Health Care System e presso l'American College of
Surgeons. Un leader riconosciuto nella formazione chirurgica, il dottor Basso
ha completato un periodo di 7 anni come direttore e presidente del consiglio
di Chirurgia americano. Il dottor Bass è stato presidente della Società per la
Chirurgia del Alimentare Tract, e il destinatario del Nina Starr Braunwald
Award dalla Associazione donne Surgeons. Più di recente, il dottor Bass è stato
nominato per il Gruppo di pianificazione strategica della Commissione
Nazionale sulle Malattie Digestive NIH. È membro del comitato editoriale di
Annals of Surgery, CHIRURGIA, il Journal of Gastrointestinal Surgery, e The
World Journal of Surgery. Il dottor Bass si è laureato alla Tufts University e la
University of Virginia School of Medicine. Ha completato la formazione
generale di chirurgia presso la George Washington University Hospital e
durante la sua residenza completato una borsa di studio di fisiologia
gastrointestinale presso il Walter Reed Army Institute di ricerca, mentre
prestava servizio come capitano nella US Army Medical Corps. Ha ricoperto
incarichi di facoltà presso la George Washington University School of Medicine
e della University of Maryland School of Medicine, dove ha lavorato come
Professore di Chirurgia e presidente associato per la ricerca e gli affari
accademici.
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Bradley Weiner
Il Dr. Weiner è Professore, Vice Presidente e
Direttore di Chirurgia Spinale all'interno del
Dipartimento di Ortopedia a Houston Methodist
Medical Center. Egli serve molti ruoli
istituzionali, tra cui presidente di Business
Practices per l'Istituto di Ricerca e Direttore
Medico di The chirurgico Laboratorio di
Tecnologia avanzata che è stato istituito nel
2011 e ha raccolto un significativo supporto di
sovvenzione superiore a $ 10M. A livello
nazionale si tratta di un leader nella microchirurgia, etica, basata sull'evidenza
ortopedia, e la ricerca chirurgica basata sulle nanotecnologie; serve in ruoli di
leadership per le società ortopediche e della colonna vertebrale (North
American Spine Society, americano Orthopaedic Association, etc.); ed è un
editor per i più alti riviste impact factor nel suo campo. Ha pubblicato oltre 230
documenti, editoriali e capitoli di libri; sta attualmente completando due
monografie; e ha presentato più di 200 volte nazionale e internazionale tra cui
gli indirizzi programmatici e visitare cattedre.
31
32
6
. DOVE SI STUDIA LA NANOTECNOLOGIA IN ITALIA
§
NanotecIT Centro Italiano per le nanotecnologie: è stato creato nel 2003 da
AIRI, Associazione Italiana per la Ricerca Industriale, per farne un punto di
riferimento nazionale per le nanotecnologie per industria, ricerca pubblica,
istituzioni governative.La sua missione è quella di promuovere lo sviluppo e
l’applicazione delle nanotecnologie in Italia, al fine di accrescere il
posizionamento competitivo del Paese.
o Direttore: Dott. Elvio Mantovani.
o Sede: Viale Gorizia, 25/c 00198, Roma, Italy
§
Istituto di fotonica e nanotecnologie: Obiettivo principale del centro e’
sviluppare attivita’ di ricerca avanzata nel campo della fotonica, della
nanoelettronica e delle nanotecnologie, con particolare attenzione anche a
settori emergenti quali la micromeccanica, la microottica e i microsistemi.
o Direttore: Prof. Roberta Ramponi
o Sede: Piazza Leonardo da Vinci, 32 - 20133 Milano MI Lombardia
§
Ecsin, centro internazionale di eccellenza sulle nanotecnologie:
rappresenta il primo centro di ricerca italiano sulla nanotossicologia. Scopo
principale e’ seguire le più avanzate prospettive di ricerca relative all’impatto
delle nanotecnologie sull’ambiente, sulla salute umana e sulla società.
o Direttore: Enrico Sabbioni
o Sede: Viale Porta Adige, 45 45100 Rovigo
§
CNIS - Centro di ricerca per le Nanotecnologie applicate all'Ingegneria
della SAPIENZA: Si occupa principalmente di sviluppare metodologie e
tecniche di modellistica, di caratterizzazione sperimentale e di produzione per
il progetto e la realizzazione di processi e prodotti di potenziale interesse
industriale mediante l’utilizzo di nanotecnologie nei settori dell’ingegneria
elettrica, elettronica, delle telecomunicazioni, chimica e dei materiali,
biomedica, meccanica e aerospaziale.
o Direttore: Sarto Maria Sabrina
33
o Sede: Laboratorio di Nanotecnologie e Nanoscienze della Sapienza,
Piazzale Aldo Moro 5, 00185 Roma
§
CEINGE – Biotecnologie Avanzate: E’un consorzio non profit che si occupa di
biotecnologie avanzate e delle loro possibili applicazioni. Fondato nel 1983 e’
in partnership con la Regione Campania e l’Universita’ di Napoli Federico II.
Svolge attivita’ di ricerca e training nel settore delle biotecnologie avanzate,
comprese le nanotecnologie, e promuove il technology transfer attraverso
imprese spin-off.
o Presidente: Prof. Francesco Salvatore
o Sede: Via Gaetano Salvatore 486, 80145 Napoli
§
NEST: National Enterprise for nanoscience and nanotechnology: e’ un
centro interdisciplinare di ricerca e di formazione sulla nanoscienza dove
vengono realizzati nuovi strumenti nano-biotecnologici, dispositivi e
architetture di tipo nano-elettronico e fotonico.
o Direttore: Beltram Fabio
o Sede: Piazza San Silvestro 12- 56126 Pisa
§
Istituto Italiano di Tecnologia (IIT): La Fondazione ha lo scopo di promuovere
lo sviluppo tecnologico e la formazione avanzata del paese, in accordo con le
politiche nazionali a favore della scienza e della tecnologia, rafforzando così il
sistema di produzione nazionale.
o Direttore: Roberto Cingolani
o Sede: Via Morego, 30 16163 Genova, Italy.
§
Superfici ed Interfasi Nanostrutturate NIS: rappresenta un centro di
eccellenza della facolta’ di Scienze MFN, Facoltà di Farmacia dell’universita’ di
Torino. Si pone il duplice obiettivo di svolgere attivita’ di ricerca di base e
applicata, grazie ad un laboratorio multidisciplinare, per rendere disponibili ad
aziende, competenze e strumentazioni dei gruppi di ricerca affiliati.
o Direttore: Prof. Adriano Zecchina
o Sede: c/o Dipartimento di Chimica Via P. Giuria 7 I-10125 Torino
§
ITA - Istituto Tecnologie Avanzate: Le attività di ricerca sono volte a
caratterizzare l’ Istituto quale ideale anello di congiunzione tra la ricerca di
base e la produzione industriale di tecnologie innovative utilizzate in settori
che spaziano dalla micro/nano elettronica alle fonti energetiche del futuro fino
ai settori sanitario e aerospaziale.
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o Direttore: Prof. G. Lanzara
o Sede: Via Garibaldi 91100, Trapani
§
NNL Laboratorio di nanotecnologie applicate ai materiali soffici: fa parte
del Laboratorio Nazionale di Nanotecnologie (NNL), opera principalmente nel
settore dei materiali innovativi. Promuove l’eccellenza scientifica, tecnologica
ed imprenditoriale. Le micro e nano tecnologie sono una delle linee principali
di attivita’ del Distretto Tecnologico. L’NNL presenta una fitta rete di
collaborazioni anche a livello intercontinentale.
o Direttore: Prof. Dario Pisignano
o Sede: Universita’ del Salento, Via Arnesano.
§
Laboratorio BIONEM (Bio Nanotechnology & Engineering for Medicine): il
laboratorio nato nel 2005 combina i due campi sinergici della medicina e della
nanotecnologia per sviluppare sistemi innovativi nel campo biomedico e
farmaceutico. Rappresenta uno dei pochi laboratori di nanotecnologia che ha
sede all’interno di un ospedale.
o Direttore: Prof. Enzo Di Fabrizio
o Sede: Department of Experimental and Clinical Medicine Level 4.
University "Magna Graecia" of Catanzaro Loc. Germaneto - 88100
Catanzaro (Italy)
Principali corsi di laurea italiani incentrati sullo studio delle Nanotecnologie:
1. Politecnico di Milano - Ingegneria dei Materiali e delle Nanotecnologie
2. Politecnico di Milano - Ingegneria Fisica (Nanoottica/Nanotecnologie)
3. Politecnico di Milano - Master of Science Materials Engineering and
Nanotechnology
4. Politecnico di Torino - Master in Nanotechnologes for ICT Engineering
5. University of Trento/Bruno Kessler Foundation - Master NanoMicro
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7. CHI SONO PAOLA FERRARI, ENNIO TASCIOTTI, ROBERTO MOLINARO
La Dott.ssa Paola Del Zotto Ferrari e' nata a Milano, il 7
maggio 1963, cresciuta a Udine, e vive attualmente a
Houston. Ha fondato nel 2009 l'Accademia di Gagliato
delle NanoScienze di cui e' Presidente dal 2011. Ha
conseguito una Laurea in Storia Contemporanea presso
l'Universita' di Trieste, e un Master in Affari Internazionali
presso la Columbia University di New York, dopo aver
ottenuto una borsa di studio Fulbright. A New York ha
lavorato presso le Nazioni Unite come Assistente del
Sottosegretario Generale all'Informazione Pubblica, e ha
svolto un'internship presso il quartier generale dell'Unicef.
Nel 2008, insieme al marito, Mauro Ferrari, invita a
Gagliato (CZ) un piccolo numero di scienziati e esperti in
nanotecnologia dando cosi' vita agli eventi di
NanoGagliato. Paola ha anche fondato e dirige il capitolo
di
Houston
di
Achilles
International
(www.achillesinternational.org). Paola ha cinque figli e
diverse passioni, tra cui le arti marziali e il triathlon, la
Calabria, e ama soprattutto viaggiare in terre lontane.
Contatto email: [email protected]
Il Dott. Ennio Tasciotti e’ membro associato e co-direttore
del Dipartimento di Nanomedicina allo Houston
Methodist Research Institute di Houston, nonche’ direttore
del Centro di Medicina Rigenerativa e direttore scientifico
del laboratorio di tecnologie avanzate rivolte alla
chirurgia. Il dott. Tasciotti ha buttato le basi per la
realizzazione
di
due
grandi
piattaforme
nanotecnologiche: i Protein Nanochip (chip di dimensioni
nanometriche per il riconoscimento di proteine) per la
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diagnosi precoce dell’insorgenza di una patologia, per la
valutazione della sua progressione e della risposta alla
terapia, e le particelle di silicio mesoporose per il rilascio
mirato di agenti terapeutici e di contrasto. Quest'ultimo è
stato scelto come prima pagina nel giornale Nature
Nanotechnology e ha aperto la strada ad un nuovo campo
di indagine denominata "Sistema di Rilascio Multistadio",
che è stato selezionato come una delle "Cinque grandi
idee per le nanotecnologie" di Nature Medicine nel 2008.
Dal 2009 è stato lo scienziato di spicco della
"BioNanoScaffold per la rigenerazione ossea posttraumatica", un progetto altamente interdisciplinare
finanziato dalla Defense Advanced Research Projects
Agency per rigenerare l'osso dopo lesioni traumatiche. Il
Dott. Tasciotti ha presentato il suo lavoro in più di 50
incontri internazionali, workshop e conferenze, è
l'inventore di 5 brevetti negli Stati Uniti nel campo delle
nanotecnologie e autore di 40 pubblicazioni accademiche
nelle migliori riviste scientifiche internazionali. Oltre alla
ricerca, Ennio ama andare in barca a vela, passare il
tempo con gli amici e cucinare. Contatto email:
[email protected]
Il Dott. Roberto Molinaro è nato a Lamezia Terme nel
1984. Sempre a Lamezia ha frequentato il liceo scientifico
statale Galileo Galilei, prima di spostarsi a Roccelletta di
Borgia (CZ), presso la facolta’ di Farmacia dell’Università
Magna Græcia dove ha conseguito dapprima una Laurea
Magistrale in Farmacia e, in seguito, un dottorato in
Scienze Farmaceutiche. Ha trascorso l’ultimo anno del suo
percorso di dottorato presso il dipartimento di
Nanomedicine dello Houston Methodist Research
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Institute, in Texas, sotto la supervisione del Prof. Mauro
Ferrari, ed attualmente ricopre, nello stesso istituto, il
ruolo di post-doc sotto la supervisione del Dr. Ennio
Tasciotti. La sua ricerca è indirizzata allo svilluppo di
sistemi di rilascio sintetici e bio-inspirati (nanoparticelle
polimeriche, sistemi vescicolari, particelle ibride) per il
trasporto di diverse tipologie di molecole per molteplici
applicazioni (dall’amministrazione transdermica a quella
sistemica). La sua passione per la ricerca nasce durante il
suo percorso di tesi, quando tutte le cose studiate sui libri
prendono una forma e un senso, ed è la stessa passione
che lo ha portato cosi’ distante da casa e dagli affetti. Il
suo sogno è quello di poter mettere a disposizione della
ricerca tutto quello che ha imparato e imparera’, con lo
scopo di migliorare le prospettive di vita dei pazienti
oncologici e non. Dove? In Italia, magari in Calabria, da
cui e’ stato facile partire sull’onda dell’entusiasmo, ma da
cui e’ difficile stare lontano. Nel tempo libero Roberto ama
giocare a calcio, guardare la Juventus e divertirsi con gli
amici. Contatto email: [email protected]
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