Nano-bio-med: un'area strategica di sviluppo scientifico e tecnologico - Maurizio Fermeglia, Università degli Studi di Trieste

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)

[email protected]

mose.units.it

http://www.units.it/

mailto:[email protected]

http://www.mose.units.it/

Trieste, 16 December 2014 - 2 Conferenza 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



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



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)



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



Nanotecnologia: evoluzione del

mercato globale



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



Nanotecnologia in alcuni paesi



KET

Horizon2020 Structure



Horizon 2020: call aperte



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



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



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




Aspetti traslazionali


• 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



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



Progettazione e ottimizzazione

della struttura del nanovettore



Capacità di binding e protezione



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


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