Massimo Pisu (CRS4)
L’ingegneria tissutale ha dato impulso allo sviluppo della tecnica di coltivazione in vitro delle cellule che possono essere fatte crescere, espandere e differenziare su adatti terreni di coltura e con l’impiego di specifici fattori di crescita. La coltivazione delle cellule/tessuto può avvenire con l’ausilio di bioreattori di una certa semplicità costruttiva (stirrer flask) o di maggiore complessità (perfusion bioreactor, horizontal rotating wall bioreactor). In linea teorica la coltura cellulare può essere effettuata con cellule già specializzate (cardiomiociti, condrociti, cellule epiteliali, endoteliali, etc.) o con cellule staminali indifferenziate. Queste ultime sono attualmente oggetto di intenso studio nei laboratori di tutto il mondo, sia per l’individuazione dei meccanismi di base dello sviluppo cellulare, sia per la messa a punto di terapie innovative. I trattamenti medici per la riparazione di tessuti/organi necessitano di numerose cellule che però sono disponibili solo in quantità esigue richiedendo, pertanto, lo sviluppo di efficienti tecniche di coltivazione in vitro. Nel corso del seminario sarà presentata l’attività di ricerca svolta dai ricercatori del Programma di Bioingegneria del CRS4 nel recente passato, con particolare riferimento ai modelli di simulazione e codici di calcolo sviluppati per descrivere la crescita, espansione e differenziazione di cellule con tecniche di coltivazione in vitro.
Sintesi e caratterizzazione di una nuova classe di dispositivi medici impiant...Cosimo Esposito
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di realizzare e caratterizzare scaffold (biodegradabili e biocompatibili) tubolari, altamente porosi in collagene per la rigenerazione del sistema nervoso periferico e di sperimentare una nuova tecnica di sterilizzazione per questi dispositivi medici, la sterilizzazione termica, analizzandone approfonditamente l’impatto sulle proprietà di interesse ingegneristico.
Sintesi e caratterizzazione di una nuova classe di dispositivi medici impiant...Cosimo Esposito
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di realizzare e caratterizzare scaffold (biodegradabili e biocompatibili) tubolari, altamente porosi in collagene per la rigenerazione del sistema nervoso periferico e di sperimentare una nuova tecnica di sterilizzazione per questi dispositivi medici, la sterilizzazione termica, analizzandone approfonditamente l’impatto sulle proprietà di interesse ingegneristico.
INCONTRO DI BENVENUTO I anno dei Corsi di laurea in Biotecnologie, Anno Accademico 2013-2014niversità di Milano, LECTIO MAGISTRALIS Dr Massimo Iacobelli
The document appears to be a list of numbers paired with "30° CRS4" repeated many times. It includes the phrases "Enjoy the reading!" and names Christian Solinas as the President of the Autonomous Region of Sardinia.
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The document appears to be a list of numbers paired with "30° CRS4" repeated many times. It includes the phrases "Enjoy the reading!" and names Christian Solinas as the President of the Autonomous Region of Sardinia.
Tutti a Iscol@ 2017, presentazione della Linea B2: Laboratori Extracurriculari Didattici Tecnologici.
L'iniziativa è promossa da: Regione Autonoma della Sardegna (Assessorato della Pubblica Istruzione);
Agenzia Regionale Sardegna Ricerche;
CRS4.
Ulteriori informazioni: http://iscola-lineab2.crs4.it/
Sardegna Ricerche
CRS4
Presentazione del progetto "Iscol@ Linea B": laboratori didattici innovativi finalizzati all’apertura al territorio delle Istituzioni scolastiche. Regione Autonoma della Sardegna, Agenzia Sardegna Ricerche, CRS4
I progressi tecnologici raggiunti nel campo delle strategie di sequenziamento degli acidi nucleici ("Next Generation Sequencing", NGS) permettono oramai di ottenere con facilità le informazioni contenute all’interno dell’intero genoma umano. Ma solo una piccola percentuale (stimata a 1,6%) del genoma umano viene tradotto nelle proteine che fanno funzionare il corpo umano. Il sequenziamento esomico ("Whole exome sequencing") si concentra proprio sulle parti del genoma che codificano le proteine ("i geni") perché la ricerca di varianti in tali regioni permette di trovare le modificazioni funzionali delle proteine che sono associate a malattie. Dovendo sequenziare solo circa 1/60 dell’intero genoma si ha la possibilità di avere una migliore accuratezza e di ridurre tempi e costi del sequenziamento. Per questo motivo il sequenziamento esomico è diventato uno dei metodi di diagnosi genetica più utilizzato dai medici (sopratutto nel caso in cui non ci siano ipotesi sui geni coinvolti nella malattia).
1) The document presents a method for spatial velocity analysis of near-surface seismic data using a global simultaneous multi-parameter optimization approach.
2) It compares different implementations of spatial velocity analysis, including using common reflection surface (CRS) operators with 1x3, 3x1, and 1x2 parameter searches, and finds that using a 1x2 parameter diffraction operator for the global search followed by local 1x3 reflection optimization provides accurate results with less computational cost than other methods.
3) The method is demonstrated on an example of ultra-shallow seismic data from a field survey, and velocity models derived from the analysis are used for stacking, tomography, and migration, improving the quality and interpretability of
Valentina Spanu: esempi di applicazioni di GIS Partecipativo; gestione delle riserve idriche, energia solare, ristrutturazione di un edificio scolastico in Marocco; riduzione del rischio di disastro naturale in Georgia.
Alfonso Damiano (Università di Cagliari) Tecnologie ICT per le reti intelligenti di energia - evoluzione dei sistemi di distribuzione elettrica, anche con riferimento alla situazione della Regione; smart grid, micro grid e virtual power plant; stato della ricerca nel settore; potenzialità offerte dall'integrazione tra sistema elettrico e sistema della mobilità; reti intelligenti in una visione di smart city.
Workshop organizzato dal CRS4 nell'ambito della Collana di seminari per la valorizzazione e trasferimento dei risultati della Ricerca.
Viene illustrato il problema della raccolta efficiente e scalabile dei dati da potenziali sorgenti di Big Data. Inoltre verrà fatta una carrellata su alcuni tra i più popolari software utilizzabili in una pipeline di data streaming in realtime e/o batch analysis.
La caratterizzazione chimico-analitica del profilo metabolico di una serie di pazienti di sindrome fiobromialgica e di controlli, è stata integrata con un approccio modellistico per validare l'ipotesi che i lipidi sovra-rappresentati nei pazienti fossero in grado di interagire, attivandolo, con il recettore deputato alla modulazione dei meccanismi biologici del dolore, il PAFR, in maniera simile a quanto fatto dal ligando endogeno PAF. Al momento attuale non esistono test di laboratorio o marcatori biologici che possano confermare lo stato di malattia, per cui questo approccio rappresenta un primo passo verso la definizione di biomarcatori per la diagnosi e per il monitoraggio.
Innovazione e infrastrutture cloud per lo sviluppo di applicativi web e mobile orientato alla geomatica in contesto Smart City. Roberto Demontis (CRS4)
Questo corso riguarda gli aspetti teorici della propagazione delle onde sismiche e i principali legami tra caratteristiche di propagazione (velocità, attenuazione) e caratteristiche geometriche e fisico-meccaniche dei materiali del sottosuolo. Successivamente, saranno illustrati gli aspetti pratici dell'utilizzo dei metodi sismici a riflessione per la caratterizzazione dei suoli e delle rocce, delineando gli aspetti essenziali delle fasi di acquisizione, elaborazione ed interpretazione dei dati e le loro applicazioni in campo ingegneristico. Infine verranno dati alcuni cenni sul principio di funzionamento del GPR e sulle sue applicazioni pratiche.
Viene presentato e discusso (in inglese) in dettaglio l'utilizzo della piattaforma EIAGRID/SmartGEO in due casi studio significativi per le applicazioni geotecniche e ambientali. Al termine, l'utente interessato dovrebbe essere in grado di utilizzare in modo autonomo la piattaforma attraverso il portale SmartGEO.
Viene descritta la piattaforma EiAGRID/SmartGeo, un portale di calcolo e analisi dati per sismica a riflessione e acquisizioni GPR multioffset, che mette a disposizione dell'utente una serie di servizi di calcolo e di processing accessibili attraverso un'interfaccia Web basata su un'infrastruttura Grid. La piattaforma consente all'utente in campo, tramite un dispositivo client (laptop, PC, tablet, etc.), di usufruire di una serie di servizi computazionali che risiedono e girano su server remoti, secondo il paradigma SaaS (Software as a Service). Verranno illustrate le soluzioni modellistiche e tecnologiche adottate e alcuni risultati ottenuti su dati reali.
This document summarizes trends in mobile graphics presented by Marco Agus and Marcos Balsa at the Visual Computing conference at UniCa in June 2015. It discusses how mobile devices are using techniques like remote rendering, mixed mobile/remote rendering, image-based and model-based methods to render 3D graphics. It also explores hardware acceleration methods for mobile like parallel pipelines, real-time ray tracing, and multi-rate approaches to improve frame rates and rendering quality on mobile. The document focuses on visualization techniques for large meshes, complex lighting, and volume rendering on mobile devices.
This document provides an overview of mobile graphics and development. It discusses the evolution of mobile devices and graphics through movies and games. It outlines the increasing capabilities of mobile devices including processing power, memory, and connectivity. It covers operating systems, programming languages, CPU architectures including ARM and graphics processing unit architectures used in mobile devices. It provides details on graphics development for mobile systems.
Modellazione matematica e codici di simulazione per la proliferazione, crescita e differenziazione in vitro di cellule
1. Modellazione matematica e codici
di simulazione per la
proliferazione, crescita e
differenziazione in vitro di cellule
Massimo Pisu
CRS4 - Programma Bioingegneria - Settore Biomedicina
massimo@crs4.it
2. Indice degli argomenti
• Breve introduzione all’Ingegneria tissutale
• Coltivazioni cellulari e bioreattori
• Modellazione matematica e simulazione
• Risultati ottenuti: alcuni esempi
• Potenziali applicazioni
3. Ingegneria Tissutale: Definizione
«L’Ingegneria Tissutale è un campo
interdisciplinare della bioingegneria che applica
diversi principi dell’ingegneria e delle scienze
biologiche allo scopo di ripristinare, mantenere o
migliorare funzioni di tessuti o organi»
R. Langer and J.P. Vacanti, Science (1993)
4. Causa patologie e terapie correnti
• L’organo/tessuto può essere danneggiato per
patologie, anomalie congenite, incidenti,
interventi chirurgici
• Attualmente, per la cura di questi difetti del
tessuto, si procede col trapianto d’organo o
inserimento di altro tessuto dello stesso
paziente, inserimento di dispositivi artificiali e
trattamento farmacologico
10. Tipi di cellule
Condrociti
Osteoblasti
Specializzate Endoteliali
Cellule
Non specializzate
Epatociti
(Staminali)
……..
11. Cellule staminali
• TOTIPOTENTI: in grado di differenziare in tutti i tipi di
cellule.
• PLURIPOTENTI: possono specializzarsi in tutti i tipi di
cellule che troviamo in un individuo adulto ma non in
cellule che compongono i tessuti extra-embrionali.
• MULTIPOTENTI: sono in grado di specializzarsi
unicamente in alcuni tipi di cellule.
• UNIPOTENTI: capaci di differenziarsi in un unico tipo
cellulare.
12. Matrice extracellulare (ECM)
Nei tessuti connettivi
• Glicoproteine
• Proteoglicani
• Acido ialuronico
• Minerali
Proteine (collagene, elastina, fibrina), Glicosaminoglicani (GAG),
Minerali (idrossiapatite)
L’ECM può fungere da deposito di fattori di crescita. Svolge la
funzione di supporto delle cellule e del loro ancoraggio e di
divisione tra i diversi tessuti
13. Scaffold
È un supporto (impalcatura) di tipo organico o
inorganico, naturale o artificiale, polimerico o
non.
Funzioni principali dello scaffold
• Conferire la forma 3D desiderata del tessuto
• Stimolare la proliferazione cellulare e quindi di ECM
• Mantenere le proprietà meccaniche del tessuto
impiantato prima della biodegradazione in vivo.
14. Scaffold: caratteristiche ideali
Bio-
compatibilità
Bio-
degradabilità
Porosità Proprietà in vivo
controllata
Garantire
adesione
cellulare
16. Coltivazione in vitro
Fasi
• Prelievo (biopsia)
• Isolamento (washing, filtrazione, centrifuga)
• Seeding su scaffold
• Espansione/crescita/differenziazione
Analisi e caratterizzazione
• Preparazione cellule da analizzare (trypsina/EDTA)
• Conta cellulare attraverso Emocitometro (Camera di Burker)
• Distribuzione/conta cellulare con Coulter Counter
• Caratterizzazione del fenotipo con Citofluorimetro a flusso
17. Sistemi di coltivazione in vitro
• Sistemi di espansione in statico (piatti di petri, well
plates, flask)
• Sistemi di espansione in dinamico (bioreattori di vari
tipi)
I bioreattori consentono il raggiungimento di alte
densità cellulari (108/cm3) rispetto a quelle dei sistemi
statici (106/cm3)
18. Vantaggi di un bioreattore
Un bioreattore consente di:
• Potenziare il trasporto dei nutrienti all’interno
della coltura
• Produrre degli stimoli fisico-chimici necessari
• Monitorare e regolare i parametri fisico-
chimici in tempo reale
• Produzione su larga scala di cellule e tessuti
22. Modellazione matematica
La modellazione matematica e la simulazione
computazionale hanno lo scopo di:
• Riduzione dei costi della sperimentazione
• Progettazione di apparecchiature
• Ottimizzazione delle condizioni operative
23. Modellazione matematica-2
I modelli matematici e i codici di calcolo sviluppati dal
Programma di Bioingegneria del CRS4 sono basati
principalmente su:
• Principi di conservazione della massa (specie coinvolte,
ossigeno, nutrienti, ECM, GFs)
• Bilancio di popolazione (sulle cellule)
- I bilanci descrivono l’evoluzione temporale/spaziale delle specie coinvolte
in termini di concentrazione, numero e dimensione delle cellule (massa /
dimensione caratteristica / diametro).
- I bilanci contengono termini diffusionali, reattivi (consumo nutrienti,
ossigeno, consumo o produzione di GFs), crescita e divisione cellulare,
trasformazione (differenziazione)
24. Modellazione matematica-3
• Le equazioni del modello sono implementate in un
codice di calcolo scritto in linguaggio FORTRAN
• La risoluzione numerica dei sistemi differenziali o
algebrico-differenziali risultanti viene effettuata
tramite librerie matematiche standard (esempio
IMSL)
• Un singolo run di calcolo, in base alla complessità,
può richiedere pochi minuti o parecchie ore.
• Il modello viene validato mediante confronto diretto
con i dati sperimentali disponibili.
25. Sistemi investigati
• Espansione di condrociti e cartilagini ingegnerizzate;
• Espansione e differenziazione di MSC in condrociti e
osteoblasti (tessuto connettivo/osseo);
• Espansione e differenziazione di CNSSC in astrociti
(tessuto non connettivo);
• Espansione di MSC (cellule ovine);
• Espansione di condrociti ovini;
• Effetto di alcuni farmaci sull’espansione di HUVEC
26. Esempi di applicazione: I
Espansione di condrociti e cartilagini ingegnerizzate
Coltivazioni in sistema dinamico (bioreattore NASA
commissionato per il MIT) , utilizzo di condrociti
articolari bovini, scaffolds PGA, soluzione di nutrienti a
base di Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)
27. Cartilagini ingegnerizzate
Culture Culture
medium bulk medium
Sterile gas
a incubator
Culture
medium
z
Scaffolds
h/2
d/2
b 0 y
q
x z
r
h/2
d d/2
c 0
r
d
35. Esempi di applicazione: II
Espansione e differenziazione di MSC in condrociti e
osteoblasti (tessuto connettivo/osseo)
Coltivazione in sistemi statici, petri dishes, cellule
mesenchimali umane, soluzione di nutrienti DMEM,
uso di fattori di crescita TGF-b superfamily, CDMP-1
42. Esempi di applicazione: III
Espansione e differenziazione di CNSSC in astrociti
(tessuto non connettivo)
Coltivazione in sistemi statici, cellule CNSSC murine,
aggiunta di LIF, Activin-A
48. Esempi di applicazione: IV
Espansione di MSC (cellule ovine)
Coltivazione in sistemi statici, petri dishes, cellule ovine,
soluzione di nutrienti a base di MEM (Minimum
Essential Medium Eagle)
55. Esempi di applicazione: VI
Effetto di alcuni farmaci sull’espansione di HUVEC
Coltivazione in sistemi statici, petri dishes, soluzione di
nutrienti a base di EBM (Endothelial Basal Medium) +
EGM-2 (Endothelial Cell Growth Medium)
59. Possibili campi di applicazione
L’approccio modellistico presentato può essere
utilizzato in diversi campi della biomedicina:
• Ingegneria Tissutale;
• Medicina rigenerativa;
• Coltivazione cellulare per Terapia Genica;
• Studio dell’evoluzione di masse tumorali.
60. Riferimenti bibliografici
• R. Langer e J.P. Vacanti. Tissue engineering. Science, 260, 920-926, (1993).
• L.E. Freed e G. Vunjak-Novakovic. Tissue engineering of cartilage. In: J.D. Bronzino,
ed. The Biomedical Engineering Handbook. New York: CRC Press, 1995, pp. 1788–
1806, (1995).
• G. Vunjak-Novakovic, L.E. Freed, R.J. Biron e R. Langer. Effects of mixing on the
composition and morphology of tissue engineered cartilage. AIChE J 42, 850,
(1996).
• B. Obradovic, J.H. Meldon, L.E. Freed e G. Vunjak-Novakovic. Glycosaminoglycan
deposition in engineered cartilage: experiments and mathematical model. A.I.Ch.E.
Journal 46, 1860, (2000).
• M. Satoh, H. Sugino e T. Yoshida. Activin promotes astrocytic differentiation of a
multipotent neural stem cell line and an astrocyte progenitor cell line from murine
central nervous system. Neuroscience Letters 284, 143–146, (2000).
• P. Bianco. Stem cells in tissue engineering. Nature, 414,118-121, (2001).
61. Riferimenti bibliografici-2
• F. Barry, R.E. Boynton, B. Liu e J.M. Murphy. Chondrogenic differentiation of
mesenchymal stem cells from bone marrow: differentiation-dependent gene
expression of matrix components. Exp. Cell Res. 268, 189–200, (2001).
• C.G. Wilson, L.J. Bonassar e S.S. Kohles. Modeling the dynamic composition of
engineered cartilage. Arch. Biochem. Biophys. 408, 246, (2002).
• M. Pisu, N. Lai, A. Cincotti, F. Delogu e G. Cao. A simulation model for the growth
of tissue engineered cartilage on polymeric scaffolds. Journal of Chemical Reaction
Engineering, http://www.bepress.com/ijcre/vol1/A38, (2003).
• M. Pisu, N. Lai, A. Cincotti, A. Concas e G. Cao. Modeling of engineered cartilage
growth in rotating bioreactors. Chemical Engineering Science, 59, 5035-5040,
(2004).
• X. Bai, Z. Xiao, Y. Pan, J. Hu, J. Pohl, J. Wen e L. Li. Cartilage-derived morphogenetic
protein-1 promotes the differentiation of mesenchymal stem cells into
chondrocytes. Biochem, Biophys. Res. Commun. 325, 453–460, (2004).
62. Riferimenti bibliografici-3
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cartilage growth in static systems. Tissue Engineering, 12, 2311-2320, (2006).
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differentiation. Journal of Biotechnology. 130, 171-182, (2007).
• M. Pisu, A. Concas, S. Fadda, A. Cincotti e G. Cao. A simulation model for stem cells
differentiation into specialized cells of non-connective tissues, Journal of
Computational Biology and Chemistry. 32, 338-344, (2008).
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G. Piga, G. La Nasa e G. Cao. Experimental analysis and modeling of in vitro
mesenchymal stem cells proliferation. Cell Proliferation, 42,602-616 (2009).
• L. Mancuso, M.I. Liuzzo, S. Fadda, A. Cincotti, M. Pisu, A. Concas e G. Cao.
Experimental analysis and modelling of bone marrow mesenchimal stem cells
proliferation. Chemical Engineering Science, 65, 562-568 (2010).
63. Riferimenti bibliografici-4
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Concas e G. Cao, In vitro ovine articular chondrocytes proliferation: experiments
and modeling. Cell Proliferation, 43, 310-320 (2010).
• L. Mancuso, M. Scanu, M. Pisu, A. Concas e G. Cao. Experimental analysis and
modeling of in vitro HUVECs proliferation in the presence of various types of drugs.
Cell Proliferation, 43, 617-628 (2010).
• J. Vacanti. Tissue engineering and regenerative medicine: from first principles to
state of the art, Journal of Pediatric Surgery, 45, 291–294, (2010).
• R. Tozzi. Nuovi Idrogeli per l'Ingegneria Tissutale ed il Drug Delivery, Dipartimento
farmaceutico, Università di Parma. PhD Thesis, http://hdl.handle.net/1889/1437
(2010).