Il sistema scientifico del Friuli Venezia Giulia e la collaborazione tra Ricerca, Impresa e Governance Pubblica nell'ambito delle Biotecnologie

1. University of Trieste
Department of Engineering &
Architecture
Nano-bio-med: un’area
strategica di sviluppo
scientifico e tecnologico
Maurizio Fermeglia
MOSE – DIA - University of Trieste
Piazzale Europa 1, 34127 Trieste (Italy)
Maurizio.Fermeglia@units.it
mose.units.it

2. Trieste, 16 December 2014 - 2Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Nano-Bio-Med: cos’è?
• Due delle più promettenti tecnologie del
futuro:
– Biotecnologia: l'applicazione tecnologica che
si serve dei sistemi biologici, degli organismi
viventi o di derivati di questi per produrre o
modificare prodotti o processi
– Nanotecnologia: la manipolazione della
materia a livello atomico e molecolare e, in
particolare, si riferisce a lunghezze dell'ordine
di pochi passi reticolari
• La Nano-bio-tecnologia sta
all’interfaccia dei due mondi:
– Utilizza la nanotecnologia per analizzare e
creare nano-sistemi biologici
– Utilizza materiale biologico per produrre nano-
sistemi con particolari caratteristiche
funzionali

3. Trieste, 16 December 2014 - 3Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Nanomedicina
• Nanotecnologie in campo medico con focus sul
paziente
• La Nanomedicina utilizza strumenti nanometrici per:
– Diagnosi
– Prevenzione
– Trattamento terapeutico
– Comprensione dei complessi meccanismi pato-fisiologici
• Scopo: MIGLIORAMENTO DELLA QUALITA’ DELLA
VITA
• Aree di sviluppo
– Diagnostica sensoristica e agenti di imaging
– Tecnologie innovative e biomateriali usati per la veicolazione e
il rilascio di farmaci
– Tecnologie innovative per l’ingegnerizzazione/riparazione
tissutale

4. Trieste, 16 December 2014 - 4Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Sistemi per applicazioni mediche:
1 – 1000 nm
polymer-drug
polymer-protein
(5-50 nm)
block
copolymer
micelles
(10-200nm)
self-assembling
systems (5-25
nm)
liposomes
(80-200nm)
nanoparticles
(2-100 nM)
nanocapsules
(20-1000 nm)
dendrimers
hyperbrancndhed
polymers
(5-25 nm)

5. Trieste, 16 December 2014 - 6Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Il mercato
• Nanomedicine di prima generazione ora di routine in
clinica (Ferrlecit, Doxil, Amphocil, Abraxane, Pegasys,
Cimzia, Renagel, Mylotarg…)
• blockbusters (> 1 miliardo US$/year revenues)
• prodotti che stanno per divenire generici (liposomi, farmaci polimerici)
• Nanomedicine di seconda generazione ora in trial clinico
(Onco-TCS (II/III), Lipoplatin (II/III), Thermodox (III), Vivagel
(II/III), ABI-009 (I), Aurimune (I), Trastuzumab-Dm1 (II/III))
• Nanomedicine basate sulle nanotecnologie innovative del
21 secolo, ancora in fase embrionale, che hanno il
potenziale per entrare in fase clinica e soddisfare il
paradigma della nuova medicina:
– Sviluppare test diagnostici direttamente collegati a terapie
specifiche: TERANOSTICA

6. Trieste, 16 December 2014 - 7Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Nanotecnologia: evoluzione del
mercato globale

7. Trieste, 16 December 2014 - 8Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Evoluzione degli investimenti NNI
• Finanziamenti per scienza fondamentale mantenuti
• Aumento notevole dei finanziamenti su nano manufacturing,
applicazioni ambientali, salute e sicurezza
2007 2008 2009 2010 2011 2012

8. Trieste, 16 December 2014 - 10Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Nanotecnologia in alcuni paesi

9. Trieste, 16 December 2014 - 11Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
KET
Horizon2020 Structure

10. Trieste, 16 December 2014 - 12Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Horizon 2020: call aperte

11. Trieste, 16 December 2014 - 13Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Progettazione di nanostruttire
Le nano strutture più efficaci ed efficienti si
ottengono attraverso un design razionale
E NON
Con un approccio del tipo Trial & Error

12. Trieste, 16 December 2014 - 14Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Progettazione di nano strutture
• Approccio 1: ricerca di target
farmacologico cellulare e progettazione di
nuovo agente terapeutico
– Nuove entità chimiche (NCE)
• a basso peso molecolare (eg, inibitori chinasi)
• a base macromolecole (anticorpi, aptameri,
oligonucleotidi)
• eg, terapia genica e RNA di interferenza
– Drawback: possibile scollamento tra dati
preclinici e clinici
• tolevamer vs metronidazolo e vancominina in
noninferiority endpoints in CTIII per CDAD
• problema ottimizzazione degli esperimenti
preclinici
The art of (nano)medicine: perspiration, inspiration, and the 10-year rule

13. Trieste, 16 December 2014 - 15Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Progettazione di nano strutture
• Approccio 2: sviluppo di nanovettori
per bioattivi convenzionali/avanzati con
finalità di
– drug targeting
– rilascio controllato
• Garantire che la concentrazione
ottimale di bioattivo venga mantenuta
in sede terapeutica durante un
intervallo di tempo ottimale
• I sistemi più sofisticati combinano
elevata specificità/rilascio
controllato/reporting
The art of (nano)medicine: perspiration, inspiration, and the 10-year rule

14. Trieste, 16 December 2014 - 16Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Aspetti traslazionali
The art of (nano)medicine: perspiration, inspiration, and the 10-year rule
• Potenza, struttura, proprietà
chimico-fisiche e meccanismo
di azione del bioattivo
• Capacità di uploading
• Tossicità/effetti collaterali
• Stabilità/biodegradabilità
• Destino metabolico
• Farmacocinetica globale e
biodistribuzione
• Velocità di rilascio

15. Trieste, 16 December 2014 - 18Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Un test case traslazionale
• Terapia genica
– delivery di acidi nucleici
• Servono nano vettori che
– proteggano dalle degradazioni
– promuovano l’uptake cellulare
– migliorino la bio distribuzione
e la farmaco cinetica

16. Trieste, 16 December 2014 - 19Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Progettazione e ottimizzazione
della struttura del nanovettore

17. Trieste, 16 December 2014 - 20Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Capacità di binding e protezione

18. Trieste, 16 December 2014 - 21Conferenza annuale degli enti di ricerca Friuli Venezia Giulia
Infine ….
• La nano-bio tecnologia avrà nel 21 secolo la
stessa importanza che il petrolio, i polimeri ed I
semiconduttori hanno avuto nel 20 secolo
• Il passaggio di una nanomedicina dalla
progettazione alla clinica necessita di
– Integrazione massima della
multidisciplinarità
– Stretto parternariato tra discipline
scientifiche di base, industria ed enti
regolatori
• Il Friuli Venezia Giulia ha un enorme potenziale
in nano- bio
– Competenza di base in fisica, chimica, biologia
– Strumenti di caratterizzazione e nano fabbricazione
e laboratori biologici
– Strumenti di calcolo e disponibilità di Dati
– Rapporti con aziende, ospedali e centri ricerca
medica
– Alta educazione di qualità