Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013

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INCONTRO DI BENVENUTO I anno dei Corsi di laurea in Biotecnologie, Anno Accademico 2013-2014niversità di Milano, LECTIO MAGISTRALIS Dr Massimo Iacobelli

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Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013

  1. 1. Il futuro delle biotecnologie Università di Milano, 4-10-2013Massimo Iacobelli, MD
  2. 2. Il Futuro delle Biotecnologie Outline • Key Enabling Technologies • Futuro, uno primo sguardo….. • Le biotecnologie • Biotech in Italia • Alcuni concetti importanti • I cambiamenti futuri • Gli sviluppi futuri • Il vostro futuro
  3. 3. Il futuro Incertezza • In una concezione lineare del tempo, il futuro è la parte di tempo che ancora non ha avuto luogo…… • Popper e il futuro: – …..dobbiamo tracciare una separazione molto netta tra il passato, che noi possiamo e dobbiamo giudicare ed il futuro. Sarà la nostra chiave per predire il futuro – Il futuro dipende da noi; da tutti noi... da quello che facciamo e faremo, oggi e domani e dopodomani. – il futuro, è decisamente aperto e può venir da noi influenzato.
  4. 4. Tempo che intercorre tra scoperta iniziale e lancio del prodotto nel mercato L’esempio di alcuni farmaci In altri settori, con minori complessità di sviluppo (es diagnostici, biotech industriale), il ritardo può essere inferiore
  5. 5. Time to Market per le biotecnologie industriali • La tipica Ricerca nel campo della biotecnologia industriale può richiedere da 2 a 4 anni prima di ottenere un nuovo processo che poi potrà essere perfezionato e commercializzato. • Sviluppare il processo fino a scala commerciale richiede spesso altri 2 anni, e la costruzione di un nuovo impianto di produzione richiede ulteriori 2 anni. • Infine, le aziende devono sviluppare applicazioni specifiche prima che il nuovo prodotto possa entrare nel mercato. • Quindi in generale ci vogliono fino a 6 a 8 anni prima che un prodotto possa essere commercializzato. KET – INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY -Working Group Report, June 2011
  6. 6. La biotecnologia è una delle «tecnologie fondamentali per il futuro» • Una cospicua parte dei beni e dei servizi che saranno disponibili sul mercato nel 2020 oggi è ancora sconosciuta, • ma il motore principale del loro sviluppo sarà l'applicazione delle tecnologie abilitanti fondamentali (Key Enabling Technologies, KET) COM (2009) 512
  7. 7. La biotecnologia è una delle «tecnologie fondamentali per il futuro» • Basandosi sulle attuali tendenze della ricerca e del mercato a livello mondiale, le seguenti tecnologie si possono ritenere le KET più rilevanti dal punto di vista strategico, considerato COM (2009) 512 – biotecnologia – nanotecnologia – micro e nanoelettronica, – fotonica – materiali avanzati • il loro contributo alla soluzione dei problemi della società, • la loro intensità di conoscenza, • il loro potenziale economico. Key Enabling Technologies
  8. 8. I prodotti più avanzati sono una combinazione di KETs Un esempio: Un recente strumento per la diagnosi in tempo reale di influenza aviaria, che incorpora: – un metodo biotech, – microelettronica (chips), – rilevamento fotonico basato su laser, – superfici nanotecnologiche ottimizzate per procedimenti fluidici High Level Expert Group on KET – Report June 2011
  9. 9. Globalizzazione e trasferimento di tecnologie • Negli ultimi decenni sono cadute quasi tutte le barriere al trasferimento di conoscenze e tecnologie in un pianeta ormai globalizzato. • Tuttavia, sono proprio i Paesi dove più alto è l’investimento in ricerca ad avvantaggiarsi dell’assorbimento di tecnologie provenienti dall’estero: il «free riding», quindi, non paga. • Senza un elevato accumulo di conoscenze non si riesce ad assorbire efficacemente l’innovazione tecnologica proveniente da altri Paesi; e per beneficiare pienamente dell’apertura internazionale (nel commercio, nell’acquisto di brevetti, come negli investimenti diretti) è essenziale avere una elevata capacità di relazione in entrambe le direzioni. Banca d’Italia. Ignazio Visco. Perché non si può crescere senza ricerca
  10. 10. Futuro, uno primo sguardo….. Il nostro viaggio nel futuro attraverso il presente
  11. 11. Futuro, un primo sguardo….. L’analisi di alcuni progetti su cui sono state recentemente investite risorse pubbliche (Europee) a supporto della ricerca ci permette già oggi di identificare alcune delle «tecnologie» che avranno un maggiore sviluppo nei prossimi anni. • L’evoluzione della ricerca e gli sviluppi futuri dipendono anche dall’ammontare degli investimenti pubblici e privati dedicati.
  12. 12. Il cervello da un miliardo di euro Sembra fantascienza, ma ricercatori europei hanno iniziato il lavoro di costruzione di un modello di un cervello umano pienamente funzionante, dopo aver vinto uno dei più grandi finanziamenti per la ricerca mai assegnati in Europa - e sperano che il dispositivo potrà aiutare ad affrontare malattie come l'Alzheimer e il Parkinson. Rete neuronale simulata, mostra immagini 3D di cellule individuali (ricostruita da dati di laboratorio). L© EPFL / Blue Brain Progetto Con un miliardo di euro, l’Human Brain Project (HBP) è uno dei progetti di ricerca di punta dell'UE per i prossimi 10 anni. Impiegherà supercomputers per ricostruire un cervello umano e quindi utilizzarlo per controllare robot e testare trattamenti farmacologici.
  13. 13. Complessità dei sistemi biologici Signal transduction pathways
  14. 14. Polmone “on chip” • Un'altra tendenza emergente nel campo della biologia sintetica è simulare le funzioni e le attività di organi viventi in micro-dispositivi che sono fabbricati come un microchip e rivestiti da cellule umane vive. • Recentemente, è stato sviluppato un "polmone-on-chip", che contiene condotti separati da una membrana porosa flessibile, rivestita su un lato da cellule epiteliali airsac, e dall'altro con cellule dei vasi sanguigni. • Applicando deformazioni cicliche all'interfaccia tessuto-tessuto, il sistema mima i movimenti della respirazione. Lung on a Chip, by Donald Ingber, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University Questo semplice "organo in un chip" può simula la risposta del polmone umano alle infezioni, infiammazioni, e tossine ambientali. Tali dispositivi offrono un nuovo approccio per testare farmaci e valutare la tossicità di inquinanti. Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University
  15. 15. La memorizzazione dei dati si trasforma in DNA • Quante volte amici o parenti vi hanno detto che il vostro aspetto e carattere dipendono dai vostri genitori, …. cioè dal codice genetico conservato nel vostro DNA • Memorizzazione dei dati in molecole di DNA • nel futuro, una tazza di DNA potrebbe • memorizzare 100 milioni di ore di video. • La ricerca è stata finanziata dalla UE e i fondi saranno utilizzati per affinare la tecnica in modo che potesse essere scalata fino a memorizzare tutti i dati che esistono sulla terra - stimata in tre zettabytes, o 3.000 miliardi di miliardi di byte - che, per coloro che non pensano in 'byte', è più o meno equivalente a una pila di 750 miliardi di DVD. • Memorizzare le informazioni in una forma minuscola che riduce lo spazio ed elimina il bisogno di energia per dischi rigidi ad alto consumo e costosi. DNA
  16. 16. Le biotecnologie
  17. 17. Con l’utilizzo di cellule viventi e la scoperta di nuove molecole, l’innovazione biotech fornisce alla società metodi innovativi per: Le biotecnologie sono l’industria del futuro Aiutano la società a risolvere vecchi problemi con nuovi metodi. 2013 Policy Principles to Promote Biotechnology Migliorare l’ambiente • sviluppando processi di fabbricazione che prevengano l’inquinamento • riducano gli scarti, • riducano il consumo di acqua Combattere le malattie • rivelando l’origine genetica delle malattie, • per trovare nuovi metodi e prodotti per la diagnosi e la cura Produrre alimenti a sufficienza per tutti • aumentando la resa dei raccolti e • riducendo l’impatto ambientale dell’agricoltura
  18. 18. Cosa sono le biotecnologie? Il mondo delle biotecnologie Il termine "biotecnologia" è una parola nuova che descrive però una disciplina antica. In effetti già migliaia di anni fa l'uomo ha iniziato a produrre birra, vino, pane e a trasformare il latte in yogurt e formaggio. Louis Pasteur (1861), per primo comprende questi eventi, individuando i microrganismi responsabili delle trasformazioni. Il passo successivo è rappresentato dalla tecnologia del DNA ricombinante (ingegneria genetica), nata negli anni Ottanta. L’ulteriore sviluppo è legato alla messa a punto di tecnologie per la loro coltivazione e l'ottimizzazione dei processi produttivi.
  19. 19. Possono essere definite come: • ogni tecnologia che utilizza organismi viventi (quali batteri, lieviti, cellule vegetali, cellule animali di organismi semplici o complessi) o loro componenti Cosa sono le biotecnologie? Il mondo delle biotecnologie Per European Medicines Agency - Biotecnologia: l'uso di organismi viventi per creare o modificare prodotti, compresi i medicinali. sub-cellulari purificati (ad es enzimi) • al fine di ottenere notevoli quantità di prodotti utili, • o per sviluppare microrganismi utili per usi specifici, • oppure per migliorare le caratteristiche di piante e animali
  20. 20. Campi di applicazione delle biotecnologie Il mondo delle biotecnologie Per la salute (“red biotechnologies”) • Farmaci • Diagostici • Vaccini Per l’ambiente (“grey biotechnologies”) • Ceppi naturali o ingegnerizzati di microrganismi in grado di degradare le sostanze inquinanti • Fitorisanamento: la capacità di alcune piante di assorbire metalli pesanti e altri composti presenti nel terreno • Diagnostica ambientale Per l’agroalimentare (“green biotechnologies”) • Metodi per migliorare I processi di produzione e i prodotti • Metodi per controllo di qualità, conservazione, contaminanti Per l’industria (“white biotechnologies”) • Biomateriali, es bioplastica • Enzimi , ad es utilizzati nell'industria alimentare • Processi di bioconversione (produzione di antibiotici, vitamine, aromi, carta ed altri derivati della cellulosa, ecc.). • Bioenergie: biomasse, combustibili liquidi, biogas
  21. 21. The Human Genome Project • Iniziato nel 1990, finanziato dal National Institute of Health (NIH), USA, il Progetto Genoma Umano (HGP) è stato una delle più grandi imprese di ricerca della storia; • uno sforzo di ricerca internazionale per la sequenza e la mappa di tutti i geni - insieme conosciuto come il genoma - dei membri della nostra specie, Homo sapiens. • Il progetto, costato ∼∼∼∼10 miliardi $, è stato completato nel 2003 • ci ha dato la possibilità, per la prima volta, di leggere completamente il modello genetico della natura per la costruzione di un essere umano. Circa 800 basi di sequenza di DNA (pari a 1/3.800.000 del genoma umano), contenenti il primo di quattro tratti di codice del gene Ras umano. Solo una parte della sequenza contiene il codice genetico
  22. 22. 2002 2004 2005 2005 2007 2008
  23. 23. Perché sono così importanti gli studi sul genoma? • Il cancro è una malattia del genoma • Prima del Progetto Genoma Umano, si conosceva la base genetica di circa 60 malattie. • Oggi, si conosce la base di più di 5.000 condizioni. • Per più di 100 farmaci approvati sono ora disponibili informazioni genomiche (varianti genetiche che influenzano efficacia, dosaggi o effetti collaterali rischiosi). • Ma il lavoro per i ricercatori non è affatto finito. Vi sono ancora regioni del genoma umano di cui non conosciamo la funzione.
  24. 24. Drammatica riduzione dei costi dell’analisi completa del DNA • Dopo 13 anni del Progetto Genoma Umano, oggi il sequenziamento completo di un genoma umano costa meno di 5.000 $ e prendere solo un giorno o due. E si sta cercando di ridurne il costo (1000 $). Altri risultati sinora ottenuti con i 10,4 miliardi di $ investiti in ricerca scientifica nel progetto: • Lancio della “rivoluzione genomica” • 796 miliardi di $ come impatto economico • 3,8 milioni di anni-lavoro creati nel corso del progetto
  25. 25. Applicazioni della genomica Rapporto 2013 sulle biotecnologie in Italia • I campi di applicazione e gli sviluppi della genomica sono ampi, oltre alla salute umana, in molti settori diversi nell’ambito delle biotecnologie. • Biotecnologie Veterinarie • Biotecnologie Vegetali, Alimentari e Agroambientali • Biotecnologie Industriali ed Ambientali • altri
  26. 26. Diagnostica genetica http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Risk/BRCA Un esempio: cancro della mammella • Il cancro al seno delle donne nella popolazione generale si sviluppa in circa il 12% dei casi. • Invece, dal 55 al 65% delle donne che presentano (ereditano) una mutazione del gene BRCA1, e circa il 45 % delle donne che ereditano una mutazione di BRCA2 svilupperanno il cancro al seno dopo 70 anni di età. 14 maggio 2013. Angelina Jolie ha annunciato oggi di aver subito "una doppia mastectomia preventiva". L'attrice ha spiegato la sua decisione …..
  27. 27. Le biotecnologie guidano l’innovazione Bridging the market gap . NATURE | VOL 501 | 26 SEPTEMBER 2013. L’innovazione biomedica domina nel numero di brevetti presentati
  28. 28. Le biotecnologie guidano l’innovazione OECD, Biotechnology Statistics Database, December 2012. L'indice di avanzamento tecnologico rilevato è calcolato come la quota in brevetti biotecnologici sui brevetti totali, per Paese. Avanzamento tecnologico rilevato nel campo delle biotecnologie, confronto 1998-2000 e 2008-10
  29. 29. DJIA (.INDU) Uno dei settori industriali più attraenti, e in crescita continua (anche per gli investitori) NASDAQ Composite (COMP) NASDAQ Biotechnology (NBI) S&P 500 (SPX) I rendimenti dell'indice non rappresentano la performance effettiva del Biotechnology Index Fund NASDAQ e hanno scopo puramente descrittivo. La performance passata non è garanzia di risultati futuri
  30. 30. Anche Google nel biotech • Google ha recentemente presentato Calico, una nuova azienda che tenterà di risolvere alcuni dei maggiori problemi dell’assistenza sanitaria. • Una delle principali iniziative della joint venture indipendente sarà di cercare di estendere significativamente la durata della vita umana. • Arthur Levinson, l'ex capo di Genentech, una delle prime e più importanti aziende biotech, sarà l’amministratore delegato. http://business.time.com/2013/09/18/google-extend-human-life/
  31. 31. Percentuale di aziende specializzate in biotecnologie, per applicazione OECD, Biotechnology Statistics Database, December 2012. ultimo anno disponibile Health Agriculture Food Natural resources Environment Industrial processing Bioinformatics Other Year Australia (2006) 47,8 13,3 5,0 3,3 8,8 7,7 8,7 5,5 2006 Austria (2010*) 67,5 2,6 0,0 0,0 0,0 7,8 0,0 22,1 2010 Belgium (2010) 64,3 8,9 6,3 0,5 6,7 11,2 1,3 0,9 2010 Canada (2005) 58,3 20,1 7,3 3,9 7,3 0,0 0,9 2,1 2005 Estonia (2011) 61,0 0,0 6,0 6,0 3,0 3,0 21,0 0,0 2011 Germany (2011) 47,8 4,2 0,0 1,2 3,4 5,9 4,3 33,2 2011 Israel (2010*) 60,2 13,5 0,0 1,5 6,7 5,6 .. 12,5 2010 Italy (2010*) 63,7 4,8 5,5 0,0 4,8 8,2 2,1 11,0 2010 Korea (2010*) 33,9 1,5 22,7 0,0 7,3 6,0 6,2 22,4 2010 New Zealand (2011) 29,9 18,4 19,5 .. 5,7 17,2 5,7 3,4 2011 Poland (2011*) 54,8 19,4 - 0,0 6,5 12,9 0,0 6,4 2011 Portugal (2010*) 38,1 2,4 .. 2,4 9,5 19,0 .. 28,6 2010 Slovenia (2011*) 44,2 .. .. .. 15,6 40,2 .. .. 2011 South Africa (2006) 39,0 37,0 4,0 4,0 6,0 0,0 1,0 9,0 2006 Spain (2010*) 39,3 15,6 52,8 .. 14,2 11,5 .. .. 2010 United Kingdom (2012*) 74,0 1,0 1,0 N/A 0,0 17,0 7,0 0,0 2012 Per l'Italia i risultati sono per applicazione principale.
  32. 32. Sviluppo delle biotecnologie industriali in Europa BIOTIC Draft Roadmap to overcome hurdles for innovation in industrial biotechnology in Europe
  33. 33. L’industria biotech in Italia Rapporto 2013 sulle biotecnologie in Italia Dettaglio imprese OCSE e pure biotech Multi-coreGenomica, Proteomica Industriale Agro-alimentare Salute
  34. 34. L’industria biotech in Italia Rapporto 2013 sulle biotecnologie in Italia Analisi per localizzazione geografica, imprese biotech
  35. 35. Terapie Avanzate Rapporto 2013 sulle biotecnologie in Italia • Utilizzando specifici geni, ottenuti in laboratorio, è possibile trattare (spesso in modo risolutivo) molte malattie di origine genetica. • Ricorrendo all’uso di cellule manipolate, per adattare le loro caratteristiche biologiche a quelle dei pazienti, è possibile rigenerare o sostituire i tessuti danneggiati. • Interessanti prospettive emergono anche dall’ uso delle cellule staminali, che si sono dimostrate in grado di indurre l’organismo a rigenerare i tessuti danneggiati. Aziende specializzate in Italia
  36. 36. Alcune concetti importanti Incertezza Complessità Ricerca Brevetti ValueProposition Risorse
  37. 37. Incertezza • Con l'espressione "incertezza", in campo scientifico, si intende uno stato di conoscenza limitata, incompleta, talora indeterminata, per cui non è possibile descrivere esattamente lo stato esistente. • Di fatto, non conosciamo ancora completamente i complessi meccanismi biologici che determinano la fisiologia umana, animale e anche vegetale • Necessario continuare la ricerca di base (fondamentale) per comprendere questi meccanismi
  38. 38. Complessità dei sistemi biologici Signal transduction pathways
  39. 39. La ricerca Ricerca di base • ha come obiettivo primario l'avanzamento della conoscenza e la comprensione teorica delle relazioni tra le diverse variabili in gioco in un determinato processo. • I suoi risultati possono avere ricadute applicative inaspettate. Ricerca applicata • Il suo obiettivo primario è lo sfruttamento della conoscenza teorica già acquisita, per lo sviluppo della relativa tecnologia. • Solitamente viene eseguita in ambiente industriale oppure in università con finanziamenti da industrie interessate. Spesso il confine tra ricerca di base e ricerca applicata non è così netto, e il criterio è definito dalla relazione temporale, in quanto la ricerca di base, normalmente, precede quella applicata
  40. 40. Ricadute della ricerca • Scientifica – Divulgazione risultati: • Presentazioni a congressi • Pubblicazioni • Brevetti • Avanzamenti carriera • Finanziamenti per ulteriore ricerca • Sviluppi industriali • Economica in generale: – Posti di lavoro – Crescita locale Differenti a seconda del punto di vista: • Per singole persone • Per la società • Per l’università • Per i datori di lavoro • Per l’industria • Eventuali altri
  41. 41. Brevetti • Il brevetto è un formidabile strumento commerciale per le imprese, perchè consente loro: – di proteggere i propri investimenti in ricerca e innovazione, – di acquisire risorse economiche supplementari attraverso la gestione economica dei suoi diritti di uso. • Un brevetto tutela e valorizza un’innovazione tecnica, ovvero un prodotto o un processo che fornisce una nuova soluzione a un determinato problema tecnico. • E’ un titolo in forza del quale viene conferito un monopolio temporaneo di sfruttamento sull’oggetto del brevetto stesso, per un periodo di 20 anni a partire dalla data di deposito, consistente nel diritto esclusivo di realizzarlo, di disporne e di farne un uso commerciale, vietando tali attività ad altri soggetti non autorizzati.
  42. 42. Non tutto ciò che è brevettato ha una “value proposition”! Value Proposition
  43. 43. Risorse finanziarie disponibili per lo sviluppo delle biotecnologie 1. Risorse rese disponibili dai governi ed istituzioni sovranazionali. 2. Risorse rese disponibili dalla Comunità Europea. 3. Risorse apportate da società di investimento (Capital Ventures) 4. Investimenti aggressivi nella ricerca biotecnologica in alcuni Paesi (es Singapore, Cina e India) 5. Sovvenzioni governative sul bioetanolo e altri biocarburanti in sostituzione dei combustibili a base di petrolio. 6. Le grandi aziende farmaceutiche pagano prezzi elevati per acquisire le aziende biotech. Source: Plunkett Research, Ltd.
  44. 44. Spese del settore pubblico nella ricerca sulle biotecnologie OECD, Biotechnology Statistics Database, December 2012. 2011 or latest available year (*) = % public biotech R&D in total government expenditures on R&D
  45. 45. Spese dei fondi di investimento in aziende private anni 2000-2013. Brady Huggett. Biotech’s wellspring: the health of private biotech in 2012.Nature Biotechnology 31, 396–403 (2013)
  46. 46. Investimenti per modalità terapeutica 2008 2009 2010 2011 2012 Deals $ Deals $ Deals $ Deals $ Deals $ Biomaterials 22 108 13 78 15 75 15 91 7 29 Cell therapy 44 472 35 372 41 259 28 352 29 356 Gene therapy 16 235 15 180 10 70 24 241 13 162 Immunotherapy 70 1,056 44 630 57 626 42 627 33 367 Protein therapeutics 48 566 47 637 41 530 33 430 33 798 Small molecule 50 788 45 598 48 585 46 610 42 622 Specialty pharma 16 294 17 283 18 220 15 457 15 143 Other 74 730 84 794 72 812 66 841 63 674 Deals = Number of deals $ = Amount invested ($ millions) Brady Huggett. Biotech’s wellspring: the health of private biotech in 2012.Nature Biotechnology 31, 396–403 (2013)
  47. 47. Futuro: alcuni cambiamenti importanti
  48. 48. 10 Paesi più popolosi (milioni abitanti) China 1.387 Pachistan 182 India 1.255 Nigeria 174 USA 320 Bangladesh 156 Indonesia 250 Russia 142 Brazil 200 Giappone 127 Attualmente, la popolazione mondiale è di 7,1 miliardi …….e sta crescendo drammaticamente! Previsto che raggiungerà: • 8 miliardi nel 2024 • 9 miliardi per il 2040 . / 1 - 1804: da 0.2 a 1 miliardo /------1804 - 2011 (207 years): da 1 miliardo a 7 miliardi ------/ Anno 1 1000 1500 1650 1750 1804 1850 1900 1927 1950 1960 1975 1980 1987 1999 2011 2020 2024 2030 2040 2050 Pop. (miliardi) 0.2 0.27 0.45 0.5 0.7 1 1.2 1.6 2 2.55 3 4 4.5 5 6 7 7.7 8 8.4 9 9.5 Aumento della popolazione mondiale
  49. 49. The Lancet, Volume 349, Issue 9064, Pages 1498 - 1504, 24 May 1997 L’età media della popolazione mondiale aumenterà a causa dell’ aumento della durata della vita e del declino nelle nascite nei Paesi sviluppati. Cambiamenti previsti nella distribuzione per fascie di età della popolazione mondiale, 1990-2020 Nei Paesi sviluppati: 15-44 anni = si ridurrà 45-64 anni = +26% >65 anni = +71% Nei paesi in via di sviluppo: <15 anni = +15% 45-59 anni = +140%.
  50. 50. Il cambiamento demografico della popolazione è una delle cause 0 2 4 6 8 10 12 14 16 20 40 60 80 %dellapopolazioneaffettadacancro Età (anni) Rischio di cancro* per età Aumento della domanda di cure Con l’aumentare dell’età media della popolazione nei Paesi sviluppati, un numero maggiore di persone soffrirà di: • Cancro, • Malattie cardiovascolari, • Fratture, • Demenza, • altre condizioni. • Inoltre, la spesa sanitaria per la popolazione anziana potrà diventare insostenibile.
  51. 51. • Saranno necessari più oncologi, infermieri, ricercatori per: - prevenzione - diagnosi precoce - nuovi trattamenti • Sarà, anche, necessario sviluppare soluzioni economicamente sostenibili Mortalità per cancro
  52. 52. Mortalità per inquinamento La NASA fornisce informazioni su dove c’è una maggiore probabilità di morire a causa dell’ inquinamento atmosferico.
  53. 53. Aumento del fabbisogno alimentare Si stima che per il 2050, il consumo di carne crescerà di circa il 73%, mentre il consumo di prodotti caseari salirà del 58% rispetto ai livelli odierni. Questo potrà essere soddisfatto dall'uso di sistemi d'allevamento intensivo su larga scala (allo stato attuale, alternative alla produzione intensiva, non sembrano tecnicamente o economicamente fattibili) • Ciò è fonte di preoccupazione: • per l’impatto ambientale, come l'inquinamento delle falde acquifere e l'emissione di gas serra, • in quanto potenziali incubatori di malattie • Saranno, quindi, necessarie nuove conoscenze e tecnologie…
  54. 54. Il Futuro delle Biotecnologie Le arti magiche servono a poco…..
  55. 55. Il Futuro delle Biotecnologie Un’analisi delle aree tematiche su cui, nel prossimo futuro, saranno investite risorse pubbliche (Europee) a supporto della ricerca ci permette già oggi di identificare le «tecnologie» che avranno un maggiore sviluppo nei prossimi anni. • L’evoluzione della ricerca e gli sviluppi futuri dipendono anche dall’ammontare degli investimenti pubblici e privati dedicati.
  56. 56. Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca ed Innovazione (2014-2020) • Horizon 2020 è lo strumento finanziario a supporto dell’innovazione nell’Unione Europea. • Il programma dell'UE per la ricerca e l'innovazione è una delle iniziative volte a creare nuova crescita e posti di lavoro in Europa. • Sarà sviluppato tra il 2014 e il 2020 con un bilancio di € 80 miliardi.
  57. 57. Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca ed Innovazione (2014-2020) 1) Incrementare le biotecnologie d'avanguardia come driver di innovazione futura - Biotecnologie - 2) Processi industriali basati sulle biotecnologie 3) Piattaforme tecnologiche innovative e competitive 4) Bioeconomia
  58. 58. Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca ed Innovazione (2014-2020) 1) Incrementare le biotecnologie d'avanguardia come driver di innovazione futura • L'obiettivo è quello di gettare le basi per l'industria europea per rimanere in prima linea nell’innovazione, anche nel medio e lungo termine. • Comprende lo sviluppo di metodi emergenti come la biologia sintetica (synthetic biology), la bioinformatica, la biologia dei sistemi (system biology) e la valorizzazione della convergenza con altre tecnologie abilitanti, come le nanotecnologie (ad es bio- nanotecnologie) e ICT (es. bioelettronica). • Per la realizzazione di nuove applicazioni (sistemi di somministrazione di farmaci, biosensori, biochip, ecc.) COM(2011) 811 final - Biotecnologia -
  59. 59. Synthetic Biology OECD, Biotechnology Policies • Synthetic biology è un insieme di strumenti e tecniche che fondono ingegneria e biologia che si propone di costruire nuove entità biologiche e ridisegnare quelle esistenti. • Applicazioni possono essere trovate in medicina, energia, ambiente e materiali. strumenti e tecniche. • Si tratta di un nuovo campo, che ha già stimolato la discussione per quanto riguarda le sue possibilità tecniche, gli aspetti etici, il suo ruolo nell'affrontare le sfide globali e per aumentare la nostra comprensione della biologia.
  60. 60. Synthetic Biology OECD, Biotechnology Policies Deve essere colmato il divario tra le possibili applicazioni e gli strumenti e le tecniche disponibili. Investimenti in tecnologie come sintetizzatori di DNA e le tecnologie combinatorie sono importanti per rafforzare la ricerca e ottimizzare la durata degli studi. Questo richiede investimenti per sviluppare strumenti e tecniche. Le grandi aziende farmaceutiche non sono ancora coinvolte nella Synthetic Biology, anche se già considerano il campo vicino della " system biology " come fondamentale per affrontare malattie complesse.
  61. 61. System Biology • La Biologia post-genomica è focalizzata sullo studio di proteine isolate e linee cellulari; • Per capire perché una sistema biologico evolve in patologia richiede di comprendere una serie dinamica e complessa di interazioni nel sistema, ma questo non può essere compreso studiando le diverse entità separatamente . • Un approccio di biologia dei sistemi è necessarie per razionalizzare e modellare un sistema biologico specifico per estrarre ipotesi forti che porteranno a progredire nel trattamento di pazienti.
  62. 62. System Biology "L'approccio riduzionista ha identificato con successo la maggior parte dei componenti e molte delle interazioni, ma, purtroppo, non offre concetti o metodi convincenti per capire come le proprietà del sistema emergono ... il pluralismo delle cause e degli effetti di sistemi biologici è meglio affrontato osservando, attraverso misure quantitative, più componenti contemporaneamente e con una rigorosa integrazione di dati con modelli matematici. Il riduzionismo sostiene che un sistema complesso non è altro che la somma delle sue parti, e che un risultato può essere ridotto ai risultati dei singoli costituenti
  63. 63. Bioinformatica • L’analisi statistica di grandi quantità di dati biologici. • Le informazioni possono provenire da molte fonti, tra cui campioni di tessuto, ricerca genetica, statistiche dei pazienti e studi clinici. • Miglioramenti della capacità di analisi dei dati genetici sono indispensabili per lo sviluppo della genomica, in quanto: • Attualmente, costa di più analizzare un genoma che sequenziarlo. • I risultati del sequenziamento possono essere ormai ottenuti in un paio di giorni, l’analisi può impiegare anche 2 settimane.
  64. 64. 2) Processi industriali basati sulle biotecnologie • L'obiettivo è duplice: • da un lato, consentire all'industria europea (ad esempio chimica, sanità, industria mineraria, energia, cellulosa e carta, tessile, trasformazione dei prodotti alimentari) – di sviluppare nuovi prodotti e processi che soddisfino le esigenze industriali e della società; – e prodotti alternativi per sostituire prodotti esistenti, migliorati e competitivi, basati sulle biotecnologie; • d'altra parte, sfruttare il potenziale delle biotecnologie per individuare, monitorare, prevenire e eliminare l'inquinamento. COM(2011) 811 final Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca ed Innovazione (2014-2020) - Biotecnologia -
  65. 65. 2) Processi industriali basati sulle biotecnologie • Comprende: – attività di ricerca sulle vie enzimatiche e metaboliche, – progettazione di bio-processi, – fermentazione avanzata, – processi up- e down-stream, – una migliore conoscenza della dinamica delle famiglie microbiche. • Comprenderà anche lo sviluppo di prototipi per valutare la fattibilità tecnica ed economica dei prodotti e dei processi sviluppati. COM(2011) 811 final Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca ed Innovazione (2014-2020) - Biotecnologia -
  66. 66. • Down-stream COM(2011) 811 final Up-stream e down-stream process • Up-stream
  67. 67. 3) Piattaforme tecnologiche innovative e competitive • L'obiettivo è sviluppare piattaforme tecnologiche (per esempio genomica, meta-genomica, proteomica, metodi molecolari), che inneschino la leadership e vantaggi competitivi in un ampio numero di settori economici. • Include il sostegno allo sviluppo di bio-risorse con proprietà e applicazioni ottimizzate rispetto alle alternative convenzionali; • Che consentano l'esplorazione, la comprensione e lo sfruttamento in modo sostenibile della biodiversità terrestre e marina per nuove applicazioni e per sostenere lo sviluppo di soluzioni sanitarie basate sulla biotecnologia (ad esempio diagnostici, prodotti biologici, dispositivi biomedici) COM(2011) 811 final Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca ed Innovazione (2014-2020) - Biotecnologia -
  68. 68. 2030 • Una sistema sanitario basato completamente sulla genomica sarà la norma – Medicina preventiva individualizzata – Fattori ambientali e loro interazioni con il genotipo identificati per molte malattie – Malattie individuate precocemente attraverso sorveglianza molecolare – Terapia genetica e farmacologica per target genici disponibile per molte malattie • Modelli computerizzati di cellule umane rimpiazzeranno molti esperimenti di laboratorio • La vita media raggiungerà i 90 anni, stressando gli assetti sociali precedenti 2020 • La terapia farmacologica sarà precisamente indirizzata al profilo molecolare del tumore • La diagnosi e prescrizione di molti farmaci sulla base di informazioni farmacogenomiche entrerà nella pratica medica • La diagnosi delle malattie mentali sarà trasformata, nuove terapie saranno in studio, ci sarà un cambiamento nella visione della società • Tecnologie ricombinanti omologhe suggeriranno che la terapia genica su cellule germinali è sicura Sviluppi futuri conseguenti alle acquisizioni sul genoma umano
  69. 69. COM(2011) 811 final Proteomica • Le proteine sono essenziali per l’attività cellulare, dal metabolismo all’espressione dei geni, alla divisione cellulare e alla morte cellulare. • L'obiettivo della proteomica è di comprendere la funzione e la struttura delle proteine
  70. 70. COM(2011) 811 final Metagenomica • La metagenomica è un approccio basato sull'utilizzo di tecniche genomiche moderne per lo studio di comunità microbiche direttamente nel loro ambiente naturale, evitando così il problema della coltivazione in laboratorio. • La maggior parte di questi organismi sono di difficile coltivazione a causa delle loro particolari esigenze (temperature elevatissime, pressioni pari a quella dei fondali oceanici, concentrazioni saline alte, ecc.) Non potendo coltivare queste forme di vita, occorre un prelievo nei siti in cui crescono attivamente.
  71. 71. Bioeconomy: la nuova rivoluzione EU Una nuova rivoluzione verde • Nel 2012, la Commissione europea ha adottato una strategia di spostare la nostra economia verso una maggiore e più sostenibile uso delle risorse rinnovabili. • La Commissione europea (CE), gli Stati membri dell'UE e l'industria europea hanno annunciato che investiranno più di € 22 miliardi di euro nei prossimi sette anni in ricerca ed innovazione nella bioeconomia, in settori che offrano posti di lavoro di alta qualità. I settori saranno: • farmaci innovativi, • aeronautica, • industrie bio-based, • celle a combustibile e idrogeno, • elettronica. • ridurre le emissioni di carbonio in atmosfera, • fornire la prossima generazione di antibiotici • prodotti di uso quotidiano «più verdi» ottenuti utilizzando risorse naturali rinnovabili e tecnologie innovative.
  72. 72. Trends futuri per la bioeconomia L'Ocse vede le seguenti applicazioni delle biotecnologie industriali con un'alta probabilità di raggiungere il mercato entro il 2030: • Miglioramento enzimi per una crescente gamma di applicazioni nel settore chimico. • Migliori microrganismi che possono produrre un numero sempre maggiore di prodotti chimici in un unico passaggio, alcuni dei quali si basano su geni identificati attraverso bioprospecting. • Biosensori per il monitoraggio in tempo reale degli inquinanti ambientali ed elementi biometrici per l'identificazione di persone. • Biocarburanti ad alta capacità energetica, prodotti dalla canna da zucchero e biomasse da cellulosia. • Quota di mercato maggiore per i biomateriali come bioplastiche, soprattutto in settori di nicchia, dove garantiscono vantaggi. The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy Agenda
  73. 73. Barriere al trasferimento dei risultati della ricerca al mercato, per la bioeconomia Ci sono almeno 5 barriere che limitano il trasferimento della ricerca al mercato: • Comprendere precocemente il potenziale tecnologico e di business dei risultati della ricerca dell’università. • Per il prossimo futuro deve essere prevista una forte competitività. – Le nuove tecnologie devono garantire la competitività anche in scenari di alti costi di energia e delle materie prime. Prodotti provenienti da fonti rinnovabili hanno spesso maggiori costi di produzione e catene del valore più complesse. • Modelli di bio-raffineria in grado di produrre prodotti diversi, – che necessitano di un efficace flessibilità nella gestione dei processi per essere in grado di adattarsi alle diverse situazioni di mercato. Questi processi flessibili non sono ancora disponibili. • Periodo di tempo ridotto per esercitare i ricavi derivanti dalla Proprietà Intellettuale , dopo il lancio del prodotto sul mercato • La disponibilità di ricercatori adeguatamente istruiti (biologi, chimici, botanici) e di ingegneri (di impianto, di processo) KET – INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY -Working Group Report, June 2011
  74. 74. Il vostro futuro
  75. 75. Trend occupazionale nelle biotecnologie
  76. 76. Capacità richieste dall’industria Current & Projected Workforce Trends in the Life Science Industry, 2013 • Conoscenza delle vie biologiche delle malattie • Conoscenza delle banche dati/ biblioteche di campioni Conoscenze tecniche richieste Biomarkers Discovery Identificazione Biomarcatori Misurazione Biomarcatori Sviluppo metodi e strumenti Validazione Analitica Validazione Clinica • Metodi high throughput per l’identificazione dei biomarcatori • Analisi per identificare le caratteristiche dei biomarcatori • Metodi di determinazione diagnostica • Algoritmi per la valutazione di segnali multiparametrici • Tecniche per determinare le specifiche dei metodi • Tecniche e processi per l’ottimizzazione del metodi • Sviluppo protocolli per la valutazione dei parametri • Sviluppo procedure per la raccolta e gestione dei campioni • Conoscenza dello sviluppo clinico mediante piccoli studi pilota • Gestione dei dati : creazione di database per l’analisi dei dati
  77. 77. STUDIACREAILTUO CURRICULUM WINAJOB and…Make adifference 2013
  78. 78. La realtà può essere migliore delle aspettative
  79. 79. Oppure……
  80. 80. Collaborazione Da non dimenticare che ……. Competizione
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