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Laboratorio di Immunoreumatologia e rigenerazione tissutale

Presentazione

Laboratorio di Immunoreumatologia e rigenerazione tissutale

Il Laboratorio di Immunoreumatologia e Rigenerazione Tissutale (LIRT - già Laboratorio di Immunologia e Genetica) afferisce al Dipartimento delle Patologie Ortopediche Complesse dell'Istituto Ortopedico Rizzoli. È stato istituito nel 1988 in seguito a una convenzione con l'Università di Bologna e, dal 1989, ha sede presso l'Istituto Codivilla-Putti dell'Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna.

Il Laboratorio, essendo una struttura a direzione universitaria, svolge attività di formazione nel settore Biomedico, Biotecnologico e delle professioni sanitarie.

Il Laboratorio svolge attività di ricerca nei settori delle patologie infiammatorie e degenerative dell'apparato muscoloscheletrico e della medicina rigenerativa. A tal fine coopera con Unità/Divisioni clinico-assistenziali e altri laboratori di ricerca dello IOR, con Università e Istituti di ricerca sia nazionali che internazionali.

Expertise

Fin dalla sua costituzione, le principali tematiche di ricerca del gruppo sono state:

  • lo studio dei meccanismi ezio-patogenetici delle malattie dell'apparato muscoloscheletrico di grande impatto sociale
  • l'analisi delle modificazioni fisiopatologiche del sistema immunitario durante l'invecchiamento e nelle patologie osteoarticolari
  • lo sviluppo di terapie innovative in ortopedia, quali l'ingegneria tissutale. 

Attività di eccellenza

Il Laboratorio ha perseguito negli anni la specializzazione nello studio delle tematiche sopra riportate e si propone quindi come Centro di Riferimento per lo studio delle patologie osteoarticolari.

Know how

I ricercatori possiedono il know how per la progettazione, stesura, rendicontazione di progetti di ricerca su base competitiva, nazionali e internazionali e di natura industriale.

I progetti di ricerca sviluppati dal Laboratorio sono finanziati principalmente da: Ministero della Salute, MIUR, Università di Bologna, Fondazioni bancarie, Unione Europea e Aziende.

Certificazione

Dal 2008 il Laboratorio ha ottenuto la certificazione di conformità alla norma UNI EN ISO 9001:2000 e successivi adeguamenti (attualmente UNI EN ISO 9001:2015), per la gestione di progetti di ricerca pre-clinica in ambito biomedico, tecnologico, bioinformatico e farmaceutico, per la gestione di studi clinici e organizzativi, per l’attività di biobanking, erogazione di prestazioni diagnostiche ed esecuzione di prove per conto terzi.

La Guida al Laboratorio di Immunoreumatologia e Rigenerazione Tissutale è scaricabile nella sottostante sezione Documenti.

Attività di ricerca

Attività di ricerca
Patologie infiammatorie, infettive, degenerative e genetiche

Le attività sono volte:

  • alla definizione dei meccanismi ezio-patogenetici delle malattie dell'apparato muscoloscheletrico di grande impatto sociale
  • all'identificazione delle modificazioni locali e sistemiche che tali malattie e/o il loro trattamento determinano nell'organismo
  • allo studio di molecole in grado di inibire selettivamente alcune funzioni, al fine di favorire il riparo/rigenerazione del tessuto osteocartilagineo danneggiato
  • allo sviluppo di metodi e strategie terapeutiche innovative volti alla prevenzione/cura dell'osteoartrite
  • all'identificazione di biomarcatori predittivi del decorso delle principali patologie osteoarticolari quali osteoartrite e artrite reumatoide
  • alla definizione delle basi biologiche della risposta individuale ai farmaci.  

Attività specifiche

Caratterizzazione dei processi  infiammatori, dell’attività e progressione delle patologie osteoarticolari e della risposta terapeutica

  • studi ex vivo su tessuto sinoviale di pazienti affetti da OA e AR per analizzare meccanismi molecolari e popolazioni cellulari coinvolte nello sviluppo dello stato infiammatorio e algico
  • studi su modelli cellulari (di derivazione osteoarticolare e/o mesenchimale), allestiti con cellule isolate da pazienti con osteoartrite-OA o artrite reumatoide-AR, per identificare possibili bersagli terapeutici (con particolare riguardo ai meccanismi di signaling che controllano l’infiammazione e la degenerazione del tessuto cartilagineo) o per valutare l’effetto di molecole, nutraceutici o farmaci per OA e/o AR o altre patologie (vitalità, proliferazione, attività citotossica, apoptosi e azione anti-infiammatoria)
  • valutazioni di fattori solubili rilasciati nel liquido sinoviale e/o nel plasma, di rilevanza per l’eziopatogenesi di OA, AR e patologie di natura genetica con coinvolgimento cartilagineo
  • valutazione delle interazioni tra cellule immunitarie e cellule del tessuto osseo
  • studi preclinici avanzati (terapia cellulare) su modelli animali quali terapie cellulari per il trattamento di specifiche patologie (es: malattie reumatiche, osteoartrite) e caratterizzazione del ruolo di specifici geni e proteine coinvolti nel processo patologico mediante l’utilizzo di animali transgenici (in coll.  con SSD Studi Preclinici e Chirurgici).

Analisi istologica avanzata ad indirizzo reumatologico

Dal 2003 viene svolta, in collaborazione con la SSD Medicina e Reumatologia e la SSD Anatomia e Istologia Patologica, l’attività di analisi istologica avanzata a indirizzo reumatologico effettuata su campioni di tessuto sinoviale, provenienti dalle varie Divisioni dello IOR. Tale attività prevede l'esecuzione di analisi istologiche e immunoistochimiche su tessuto sinoviale prelevato in sede chirurgica o artroscopica e con valutazione tramite uno score dei risultati,  effettuata congiuntamente dall'Anatomo Patologo e dal Reumatologo. Questo percorso si pone, come obiettivo primario, di prestare un servizio qualificato di approfondimento istologico  in campo reumatologico.

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Attività di ricerca
Medicina rigenerativa e riparativa

Le attività sono focalizzate: 

  • alle valutazioni morfologiche, struttturali e funzionali delle interazioni tra cellule e biomateriali, con l’utilizzo di popolazioni cellulari di derivazione umana e animale (cellule mononucleate, cellule  mesenchimali da midollo osseo o tessuto adiposo, cellule dell’apparato muscoloscheletrico e/o linee cellulari)
  • allo studio di modelli di coltura 2D/3D, in condizioni statiche, dinamiche e di stimolazione meccanica, con concentrazioni  di ossigeno variabili
  • alla realizzazione di scaffolds funzionalizzati con cellule per applicazioni di medicina rigenerativa dell’apparato muscoloscheletrico, tramite una piattaforma di 3D bioprinting.

Attività specifiche

Rigenerazione di tessuti

  • isolamento, crescita e differenziamento di cellule di derivazione umana e animale (cellule  mononucleate, cellule mesenchimali ottenute da midollo osseo o tessuto adiposo, condrociti, osteoblasti, sinoviociti, tenociti, cellule del legamento) e/o di linee cellulari
  • caratterizzazione fenotipica e funzionale di singole popolazioni cellulari o in co-coltura mantenute in 2D, 3D in condizioni statiche
  • sistemi dinamici di crescita in bioreattore a diverse tensioni di ossigeno e in condizioni dinamiche mediante stimolazioni meccaniche controllate da computer
  • sistemi di crescita in colture 3D in condizioni di stimolo meccanico controllato.

Valutazione e monitoraggio della biosafety di prodotti per terapia cellulare  durante la manipolazione in vitro

  • valutazione del potenziale replicativo cellulare e della cinetica di proliferazione cellulare
  • studio delle alterazioni genetiche nel corso dell'invecchiamento cellulare e influenza dello stress ossidativo su tali processi
  • analisi  del danno al DNA (analisi di instabilità dei microsatelliti, fosforilazione dell’istone H2A) e dell'attivazione dei geni coinvolti nei sistemi di riparo del DNA
  • valutazione della lunghezza dei telomeri e quantificazione dell'attività ed espressione dell'enzima telomerasi.

Valutazioni strutturali, morfologiche e funzionali delle interazioni tra cellule e biomateriali (scaffolds)

  • analisi delle interazioni fra  condrociti e osteoblasti, cellule mononucleate o mesenchimali con biomateriali diversi, sia in condizioni basali che durante il differenziamento in senso condrogenico o osteogenico
  • realizzazione di scaffolds personalizzati e funzionalizzati con cellule per applicazioni di medicina rigenerativa dell’apparato muscoloscheletrico, tramite una piattaforma di bioprinting. Tale piattaforma consente di stampare strutture tridimensionali (3D) mediante polimerizzazione di idrogeli o polimeri naturali e sintetici, utilizzando anche immagini radiologiche acquisite tramite una TAC dual Energy. 
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Attività di ricerca
Analisi e metodiche

Analisi Morfologiche 

  • inclusione, sezione e colorazione di preparati istologici
  • allestimento di preparati citologici
  • colorazioni immunoistochimiche ed analisi d'immagine.

Biologia cellulare

  • colture primarie da tessuti normali e patologici,  colture di linee cellulari normali e trasformate
  • separazioni multiple di popolazioni cellulari
  • ggi di attività proliferativa e saggi di attività citolitica
  • transfezione di acidi nucleici, trasduzione stabile di RNA interferenti
  • reazioni immunoenzimatiche 
  • dosaggi multipli di fattori solubili 
  • colorazioni in immunofluorescenza  
  • citometria a flusso
  • flow-fish.

Biologia molecolare

  • PCR (polymerase chain reaction), RT-PCR (reverse transcription-PCR), real-time PCR
  • genomic expression profiling, scanning gene expression
  • western blot
  • ibridazione in situ 
  • NGS.
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Attività di ricerca
Fisiopatologia e rigenerazione del tessuto osteo-articolare

L’attività di ricerca della struttura semplice “Fisiopatologia e rigenerazione del tessuto osteo-articolare”, di cui è responsabile la biologa dirigente dott.ssa Gina Lisignoli, è finalizzata a studi su tessuti muscoloscheletrici, che, in seguito all’invecchiamento, alla presenza di traumi e/o di malattie degenerative, perdono le loro caratteristiche originali e devono essere rigenerati o trattati con terapie cellulari. L’attività di ricerca è rivolta principalmente a: studi su terapie cellulari innovative, mimando lo sviluppo di patologie degenerative, come l’osteoartrite, e ricercando possibili soluzioni per contrastare il processo infiammatorio; studi di medicina rigenerativa, utilizzando tecnologie che prevedono lo sviluppo di biomateriali innovativi (costrutti 3 dimensionali -3D) che, combinati con cellule, siano in grado di favorire la rigenerazione di tessuti osteoarticolari danneggiati.

L’attività di ricerca riguarda, dunque, in particolare: la valutazione delle potenzialità delle cellule mesenchimali per rigenerare i tessuti articolari danneggiati e per contrastare l’azione di cellule del sistema immunitario (macrofagi, linfociti) coinvolte nel processo infiammatorio; la validazione di modelli preclinici in vitro di patologie degenerative (osteoartrite) utilizzando co-culture cellulari per ricreare il microambiente articolare (sinovia, cartilagine, osso) sia in condizioni statiche sia dinamiche; la valutazione di biomarcatori dei processi anabolici e catabolici dei tessuti articolari; l’individuazione di strategie per la rigenerazione dei tessuti osteoarticolari utilizzando biomateriali innovativi associati a tecnologie di stampa 3D; la valutazione dell’interazioni tra cellule e biomateriali in studi sulla capacità delle cellule mesenchimali di differenziarsi per dare origine a tessuti maturi (osso e cartilagine) utilizzando sistemi dinamici di crescita (bioreattore) e diverse tensioni di ossigeno; la valutazione dell’effetto di terapie innovative, come gli ultrasuoni, sul differenziamento cellulare e nella risposta infiammatoria (modelli 2D e 3D).

Immagine rigenerazione dei tessuti osteoarticolari

Su queste tematiche possono essere accolti studenti e dottorandi per la stesura di tesi di laurea e di dottorato di ricerca.

Ricercatori e collaboratori: Dott.ssa Elena Gabusi Dirigente Biologo, Dott.ssa Cristina Manferdini, Tecnico sanitario di Laboratorio Biomedico, la Dott.ssa Yasmin Saleh Borsista, Dott. Enrico Lenzi Borsista, Ing. Diego Trucco Dottorando.

I progetti di ricerca attivi sono i seguenti:

  • 2019-2023, Progetto Europeo H2020 “Advanced nanocomposite MAterials fOr in situ treatment and ultrasound-mediated management of Osteoarthritis” (ADMAIORA) (n.814413). Responsabile IOR e del WP6.  Siti web: https://www.admaiora-project.com/, https://cordis.europa.eu/project/id/814413/it.
  • 2021-2025, Progetto AIRC MFAG 2020 ID 24932, “Studio dei meccanismi alla base della progressione da gammopatia monoclonale indolente a mieloma multiplo”, partner del gruppo di ricerca del progetto.

Progetti di ricerca conclusi:

  • 2017-2019, Progetto del Ministero degli Esteri, Executive programme for scientific and technological cooperation between the Italian Republic and the Republic of India, “Sviluppo di tessuto osteocondrale mediante tecnologia di stampa 3D” (n.IN17MO03), responsabile italiano;
  • 2015-2019, Progetto Europeo H2020 “Clinical trial of autologous adipose-derived mesenchymal stromal cells (ASC) in the treatment of mild to moderate osteoarthritis” ADIPOA2 (n.643809), responsabile IOR e del WP4.
  • 2008-2011, Progetto Regione Emilia Romagna-Università di Bologna, Regenerative medicine in osteo-articular diseases, responsabile UO in WP2;
  • 2013-2016 Progetto Regione Emilia-Romagna-Università di Bologna, "Regenerative medicine of cartilage and bone", responsabile WP2.
  • 2005-2007, progetto di ricerca finalizzata MinSan, Utilizzo di cellule mesenchimali in ingegneria tissutale per la prevenzione di danni cartilaginei, responsabile UO.
  • 2001-2003, Progetto di ricerca finalizzata MinSan, Marcatori biologici e genetici di severità dell'osteoartrosi, responsabile UO.

Società scientifiche: International Cartilage Regeneration and Joint Preservation Society (ICRS); Osteoarthritis Research Society International (OARSI); Stem Cell Research Italy (SCR-Italy).

Brevetti:

  • 2020 “Materiale e sistema per il trattamento terapeutico di articolazioni” IT201900002697A1, 2020-08-25, Scuola Superiore di Studi Universitari e di Perfezionamento Sant’Anna [IT].
  • 2020 “Composizioni farmaceutiche comprendenti derivati ammidici dell'acido ialuronico per uso nel trattamento di traumi ossei, in particolare in pazienti con problemi di osteopenia o osteoporosi” IT201900009933A1, 2020-12-24, Fidia Farmaceutici [IT].
  • 2016 “New molecules for bone tissue regeneration” US10016444B2 (A1), 2018-07-10, Istituto Ortopedico Rizzoli [IT].
  • 1997 “Dispositivo per il supporto ed il contenimento di culture cellulari biologiche” IT1285959B1 (A1), 1998-06-26, Istituto Ortopedico Rizzoli [IT].
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Allegati

Documenti e video sul reparto / servizio

Documenti e video sul laboratorio

Staff

Contatti e ubicazione

Contatti

Segreteria del Laboratorio
tel. 051-6366803
fax 051-6366807
e-mail immunologia@ior.it

Ubicazione

Istituto Ortopedico Rizzoli
Centro di Ricerca Codivilla-Putti
via di Barbiano, 1/10
40136 Bologna

Studi Clinici

Professionisti della struttura sono Principal Investigator dei seguenti studi clinici.

Studi clinici
Ruolo di molecole nutraceutiche nella promozione dell'autofagia e nel contrasto di aging, stress ossidativo e infiammazione nell'oa.
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Brevetti

Brevetti del personale dell'unità operativa.

Brevetto
Nuove molecole per la rigenerazione tissutale ossea
Nuove molecole la rigenerazione ossea INTRODUZIONE L’osteoporosi rappresenta una delle principali cause di disabilità e di morbidità al mondo. Tra le molte cause di osteoporosi, la caduta dei livelli fisiologici di estrogeni che occorre nel post-menopausa, rimane quella più frequente; a tutt’oggi, l’approccio farmacologico di gran lunga prevalente nella prevenzione e nella cura della fragilità ossea indotta da osteoporosi è rappresentato dal trattamento con farmaci inibitori del riassorbimento osseo, la funzione cui sono deputati gli osteoclasti. La famiglia di farmaci di maggiore successo in questa categoria è quella dei bisfosfonati, sviluppati in fasi successive come analoghi chimici dei pirofosfati, noti inibitori della mineralizzazione. Il solfuro di idrogeno (H2S) è una molecola gassosa nota storicamente come agente tossico. Tuttavia, negli ultimi anni è stato evidenziato un importante ruolo biologico dell’H2S che, prodotto fisiologicamente dalle cellule in minime quantità, svolge la funzione di gas-trasmettitore, al pari di molecole più lungamente studiate come l’ossido nitrico o l’ossido di carbonio. In particolare, esperimenti preliminari hanno suggerito che H2S eserciti una funzione di stimolo sulle cellule mesenchimali staminali (MSC), i precursori degli osteoblasti, inducendo un aumento della deposizione di nuova matrice minerale ossea. CARATTERISTICHE TECNICHE Sulla base di queste premesse, è stata messa a punto di una nuova classe di molecole che agiscono come farmaci ibridi, in grado cioè di unire le proprietà di un noto farmaco per l’osteoporosi, l’Alendronato, con quelle di un gruppo funzionale in grado di rilasciare H2S. Le molecole oggetto dell’invenzione si inseriscono pertanto entro questa pressante esigenza clinica, cioè l’esigenza di mettere a punto nuovi farmaci in grado di stimolare i meccanismi fisiologici del turnover osseo anziché inibirli e quindi utili nel trattamento dell’osteoporosi. Le molecole dell’invenzione nascono quindi con l’intento di accoppiare una funzione anti-catabolica dell’Alendronato (espressa dai gruppi pirofosfato) con una anabolica espressa dall’H2S. POSSIBILI APPLICAZIONI •    Trattamento osteoporosi •    Rallentamento riassorbimento osseo VANTAGGI •    Farmaco con doppio bersaglio farmacologico; •    Oltre a bloccare il riassorbimento, dovrebbe stimolare anche il deposito di nuovo calcio.  
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Brevetto
Nanomateriale Composito a base Staminale per la Rigenerazione Tissutale
Nanomateriale Composito a base Staminale per la Rigenerazione Tissutale INTRODUZIONE L’osteoartrite colpisce 40 milioni di europei con un impatto notevole sulla sanità nazionale pari a ~ 50.4 miliardi di euro all’anno. La malattia comporta la degenerazione cartilaginea e articolare causando dolore e disabilità. I metodi chirurgici attuali prevedono approcci invasivi e ripetuti nel tempo. Questa invenzione è un materiale composito, rilasciato da una 3D Bioprinter, che consente la rigenerazione tissutale in situ sfruttando la stimolazione ultrasonica esterna, senza bisogno di interventi multipli. CARATTERISTICHE TECNICHE L’invenzione vuole sostituire il bisogno di iniezioni ripetute per la rigenerazione dei tessuti e/o gli interventi chirurgici per la sostituzione dell’intera giunzione articolare. L’invenzione infatti è un materiale composito a base organica rilasciato da una stampante 3D integrata in un tool artroscopico. Il materiale composito viene inserito una volta sola nel sito di interesse, e consente di rigenerare il tessuto attraverso la stimolazione esterna del sito d’intervento, anche a distanza nel tempo senza dover intervenire chirurgicamente ogni volta che si palesi la necessità del trattamento. Inoltre è stato pensato un sistema di gestione del trattamento in maniera intelligente e integrata a App per il monitoraggio a distanza da parte di personale specializzato. Questo avrebbe un impatto notevole considerando che la necessità di ospedalizzazione per pazienti anziani potrebbe essere evitata o quantomeno ridotta nel tempo grazie al monitoraggio a distanza. APPLICAZIONI Chirurgia miniinvasiva; Chirurgia in artroscopia; Trattamento osteoartrite; Trattamento malattie degenerative; Trattamento rigenerativo mediato da staminali. VANTAGGI Dispositivo minimamente invasivo; Elevata aderenza alla terapia; Elevato controllo della terapia; Controllo a distanza della terapia e del decorso; Nessun disturbo nel quotidiano del paziente; Elevata compatibilità con gli standard tecnologici del futuro, IOT e Machine Learning.
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Brevetto
Dispositivo di Posizionamento per Sonda Ecografica
Dispositivo di posizionamento per sonda ecografica adatto ad essere utilizzato prevalentemente su un ginocchio di un paziente. Il Brevetto ancora non è ancora uscito dal periodo di segretezza. Non è ancora possibile pubblicare informazioni più dettagliate. Per informazioni contattare Nicola Fazio.  
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