Combattere le infezioni batteriche per la rigenerazione ossea

Titolo della ricerca

ZODIAC - Biovetri mesostrutturati con superfici zwitterioniche: una strategia innovativa per la rigenerazione ossea 

Area scientifica

Scienza dei materiali, Biomateriali, Chimica

Coordinatore del progetto

Sonia Fiorilli

Abstract

Il trattamento delle fratture ossee rappresenta tuttora una sfida in ambito clinico in casi specifici. In particolare, risultano problematiche le fratture che avvengono in pazienti in cui, a causa di patologie (es. l’osteoporosi), la normale rigenerazione del tessuto osseo sia compromessa. Il progetto ZODIAC ha sviluppato biomateriali multifunzionali in grado di combinare in modo sinergico e mirato diversi effetti terapeutici per promuovere trattamenti avanzati nel campo della rigenerazione ossea.

Descrizione del progetto di ricerca

In normali condizioni fisiologiche, una frattura ossea guarisce nell’arco di 6-8 settimane, tuttavia in condizioni cliniche compromesse possono verificarsi situazioni di ritardo nella guarigione o di fratture non saldate. Inoltre in questi casi patologici, il rischio di infezioni batteriche associate agli impianti rappresenta un ostacolo all’efficacia degli interventi. Attualmente in caso di fratture non saldate, l’approccio obbligato è quello dell’intervento chirurgico multiplo, che oltre ad aprire un cammino di sofferenza e disabilità per i pazienti, implica il rischio di insorgenza di complicazioni e un costo enorme per i sistemi sanitari.

ZODIAC ha contribuito a  superare i limiti delle attuali terapie attraverso lo sviluppo di biomateriali multifunzionali in grado di agire su più cause, spesso strettamente interconnesse, delle patologie ossee.

A questo scopo, il team di ricerca ha sviluppato dei materiali in grado di combinare in modo sinergico le proprietà terapeutiche di specifici ioni e farmaci incorporati nella struttura nanoporosa con l’effetto di anti-adesione proprio delle superfici zwitterioniche (ugual numero di cariche positive e negative), in grado di agire come una barriera fisica ed energetica all’adsorbimento e alla colonizzazione dei batteri. L’ obiettivo a lungo termine è il design e lo sviluppo di dispositivi medici innovativi basati su tali materiali, dispersi in una fase veicolante o depositati come coating superficiali.

Il progetto ha coinvolto un partner accademico di eccellenza nel campo dei biomateriali, la Prof. María Vallet-Regí dell’Università Computense di Madrid, e un’azienda high-tech con una consolidata esperienza nel design e nello sviluppo di dispositivi biomedici, la Nobil Bio ricerche.

Impatto sulla società 

Solo in Europa nel 2010, le fratture ossee in persone con età superiore ai 50 anni risultavano 3,5 milioni e una stima prevede che nel 2025 saliranno a 4,5 milioni. Inoltre, l’incremento dell’età media e le patologie ad essa correlate, come il diabete, rappresentano inevitabili fattori di rischio che contribuiranno ad aumentare il numero delle situazioni di guarigione compromessa.

In questo contesto, il progetto ZODIAC ha contribuito allo sviluppo di dispositivi biomedici multimodali per il trattamento delle patologie ossee, che sono causa di sofferenza e disabilità per milioni di pazienti e di un elevato costo sociale.

Risultati della ricerca

Nell’ambito del progetto si sono sviluppati vetri bioattivi nanoporosi in grado di rilasciare concentrazioni controllate di elementi con funzione terapeutica, come lo stronzio e il rame, e dotati di superfici con proprietà anti-adesive. La combinazione di tali nano-biomateriali con fasi polimeriche, come il collagene, è stata studiata al fine di realizzare delle formulazioni ibride adatte alla bio-fabbricazione di “device” per applicazioni nell’ambito della rigenerazione del tessuto osseo in condizioni patologiche.

Tra i risultati e impatti scientifici ottenuti si ricordano in particolare:

  • 7 pubblicazioni scientifiche e 7 presentazioni a conferenze internazionali
  • Nuove collaborazioni con le università di Sheffield e Newcastle (Regno Unito) e l’Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine di Maastricht (Olanda)
  • 2 nuove collaborazioni con aziende
  • Partecipazione a due nuovi progetti finanziati dall’Unione Europea nell’ambito di Horizo2020: GIOTTO-Active aGeIng and Osteoporosis: The next challenge for smarT nanobiOmaterials and 3D technologies e POLYSTORAGE - Polymers For Electrochemical Energy Storage

 Breve cv del coordinatore 

Sonia Fiorilli è professore associato in Chimica al Politecnico di Torino, presso il Dipartimento DISAT (Scienza Applicata e Tecnologia) e si occupa principalmente di sintesi e funzionalizzazione di materiali nanostrutturati per applicazioni in ambito biomedico.

Si è laureata in Chimica Industriale all’Università degli Studi di Torino e ha conseguito il titolo di Dottorato in Scienza e Tecnologia dei Materiali al Politecnico di Torino nel 2005, con soggiorni all’estero presso la St. Andrews University (UK) e l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie di Montpellier (France).  E’ coautrice di 82 lavori pubblicati su riviste internazionali. E’ stata ed è attualmente coinvolta, come WP e task leader, in diversi progetti di ricerca, tra cui H2020-MOZART e H2020-GIOTTO.

Gruppo di lavoro @Polito

Chiara Vitale Brovarone, Professore Associato (DISAT)

Carlotta Pontremoli, PhD student (DISAT)

Alessandra Bari, PhD student (DISAT)

Enrico Peretti (DISAT)

Partenariato

Partner accademico: Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Farmacia

 Partner non accademico:  Nobil Bio Ricerche s.r.l. 

  • Budget: 150.000
  • Data inizio: 15/09/2017
  • Data fine: 14/09/2019