Cell & Biomedical Technologies Annual report 2014/15

Responsabile: Tiziano Moccetti
Lab Coordinator: Tiziano Tallone

Nato nel 2013 e in servizio presso i laboratori del Swiss Institute for Regenerative Medicine (SIRM) di Taverne, il gruppo “Cell & Biomedical Technologies” (CBT) svolge principalmente un’attività di ricerca applicata volta a sviluppare metodiche e tecnologie biomediche d’avanguardia per offrire a ricercatori e medici i migliori prodotti cellulari da utilizzare nell’ambito della medicina rigenerativa. Così, questa area si preoccupa di sviluppare nuove tecnologie proprietarie nel campo della coltura di cellule umane primarie. Si desidera in questo modo essere anche il più indipendenti possibile da fornitori esterni ed avere la possibilità di commercializzare i prodotti creati nel corso delle attività di ricerca. I due sistemi cellulari, con ottime possibilità di trovare presto applicazioni cliniche, scelti come paradigma per questi studi sono: Le cellule staminali del tessuto adiposo umano (hASCs, progetto “UrSuppe”), e i macrofagi umani (progetto “ExoMac”). Lo scopo del progetto “UrSuppe” consiste nello sviluppare una serie di protocolli e metodiche per l’isolamento, l’espansione in vitro e la caratterizzazione delle hASCs in accordo con le “Norme di Buona Fabbricazione” (GMP). In particolare, si intende sviluppare brodi di coltura specifici per le hASCs privi di siero bovino e altri componenti animali o umani non definiti. Questo progetto è da considerarsi come primo passo verso lo sviluppo di procedure operative standard GMP che permetteranno di trasferire queste tecnologie di medicina rigenerativa in clinica. Recentemente, il ruolo dei macrofagi nella risposta dell'ospite alle strategie terapeutiche basate sulle terapie cellulari ha ricevuto una notevole attenzione. Il fenotipo e la funzione di queste cellule emergono come fattori critici e determinanti nel decorso post-trattamento cellulare. Appare perciò importante che la medicina rigenerativa inizi ad integrare e promuovere il coinvolgimento del sistema immunitario innato quale strumento per facilitare la buona riuscita delle future terapie cellulari. Lo scopo del progetto “ExoMac” è pertanto quello di isolare e caratterizzare gli esosomi secreti dai macrofagi “infiammatori” (M1) e da quelli “rigeneranti” (M2). Gli esosomi prodotti dai macrofagi M1 e quelli prodotti dai macrofagi M2 vengono poi testati in vitro e in vivo per determinare il loro ruolo nel rimodellamento cardiaco post-infarto. Questo progetto potrà aiutare a rendere ancora più efficaci gli interventi di ingegneria tissutale, con cellule staminali o esosomi, messi in atto su pazienti dopo un infarto del miocardio.

Attività 2014-2015

Diretto dal Prof. Dr. med. Tiziano Moccetti, e coordinato dal Dr. sc. nat. Tiziano Tallone, il gruppo di ricerca CBT ha conosciuto nel biennio in oggetto un notevole sviluppo, accogliendo dal 2015 i collaboratori scientifici Stefano Panella e Francesco Muoio e ampliando lo spettro delle sue collaborazioni scientifiche sul piano nazionale.

Nel 2014, il lavoro dell’unità si è focalizzato principalmente sulla conduzione e lo sviluppo del progetto “UrSuppe” iniziato nel 2013 e condotto dal Dr. sc. nat. Tiziano Tallone con la consulenza tecnica del Dr. sc. nat. Ferruccio Messi della Cell Culture Technologies SA. Il lavoro sperimentale, volto a sviluppare nuove soluzioni per la terapie cellulari con hASCs, si è concentrato ad una prima rifinitura e riformulazione del brodo di coltura xeno- & serum-free denominato “UrSuppe” da utilizzare per future applicazioni cliniche.

Nel 2015, grazie a due nuove collaborazioni con il Politecnico di Federale di Zurigo (ETHZ) e più precisamente con l’istituto di Bioingegneria Chimica diretto dal Prof. Massimo Morbidelli e con il gruppo di ricerca del Dr. Ing. René Fischer (Istituto di Chimica Organica), il progetto ha potuto essere arricchito con due nuovi filoni di ricerca: Coltura di massa della ASCs sotto forma di sferoidi in bioreattori in terreno chimicamente definito serum- & xeno-free e caratterizzazione metabolica delle cellule staminali coltivate con queste tecnologie (Prof. Morbidelli). D’altro canto, con il Dr. Ing. Fischer si intende sostituire alcuni fattori di crescita presenti nei nostri terreni serum- & xeno-free con peptidi biomimetici e sviluppare e testare superfici biomimetiche che facilitano la crescita delle ASCs in 2D.

Degna di nota nell’ambito del progetto UrSuppe è inoltre la collaborazione con l’istituto di Chimica e Biochimica della Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) di Wädenswil e più precisamente con il gruppo della Prof. Dr. Ing. Eibl. In questo caso, si vuole coltivare hASCs su microcarriers biodegradabili (prodotti dalla ditta ticinese Micro-Sphere SA) in bioreattori monouso in terreno chimicamente definito serum- & xeno-free. Da questa collaborazione sono scaturite due tesi di “Mastrer” redatte da Carolin Poch (2014) e da Laura Ramos Llanos (2015).

Infine, a partire dal 2015, questo progetto si avvale anche della collaborazione del Prof. Dr. med. Yves Harder (Vice Primario Dipartimento di Chirurgia, Responsabile Chirurgia Plastica, Ricostruttiva ed Estetica, EOC Lugano) per la fornitura di tessuto adiposo umano. L’uso di questo tipo di biopsie umane per i nostri studi è stato approvato dal Comitato Etico Cantonale (CEC, giugno 2015).

Nel novembre 2014 il gruppo CBT ha inoltre dato inizio al progetto “ExoMac”, frutto di una collaborazione interdipartimentale con il gruppo Cell & Molecular Cardiology (CMC) del Prof. Dr. med. Giuseppe Vassalli e il Dr. sc. nat. Lucio Barile, anch’esso attivo presso il SIRM di Taverne.
L’obiettivo del progetto è lo studio degli effetti paracrini mediati dai macrofagi infiammatori M1 o rigeneranti M2 sul rimodellamento cardiaco post-infarto. Comprendere a fondo la funzione dei macrofagi con differenti gradi di polarizzazione M1 o M2 e il funzionamento e ruolo degli esosomi da essi secreti ci potrà fornire nuove strategie per trattare in modo più efficace l’infarto miocardico acuto. Per i lavori previsti nell’ambito della prima fase di questo progetto è stata reclutata la studentessa Vanessa Biemmi che ha svolto il lavoro sperimentale per la sua tesi di Master sotto la nostra supervisione e ha completato la sua tesi di Master nel novembre 2015.

NomeScopo / Descrizione del progettoLeaderTeam Partner
Ursuppe – Tecnologie di fabbricazione e produzione di ASCs.

Il progetto è suddiviso
in 3 filoni di ricerca ripartiti tra i partners
Sviluppare metodiche per l’isolamento, l’espansione in vitro e la caratterizzazione di cellule staminali umane da tessuto adiposo bianco (hASCs) compatibili con le norme GMP. Sviluppare terreni serum- & xeno-free compatibili con le norme GMP per coltivare hASCs adatte alle terapie cellulari.
Direzione & supervisione degli studi effettuati dai partners
TalloneTallone
Panella
Muoio
Messi
Harder
ETHZ
Cell Culture Technologies SA
EOC Lugano
Microcarriers
Coltura di massa delle hASCs su microcarriers biodegradabili in bireattori monouso in terreno chimicamente definito serum- & xeno-free
Tallone
Eibl
Müller
Tallone
Panella
Muoio
Eibl
Jossen
Müller
Lindner
Messi
Harder
ZHAW
Microsphere SA
Cell Culture Technologies SA
EOC Lugano

SpheroidsColtura in bioreattori in brodo chimicamente definito serum- & xeno-free di hASCs sotto forma di sferoidi e caratterizzazione metabolica delle cellule coltivate con queste tecnologie

Tallone
Morbidelli
Tallone
Panella
Muoio
Morbidelli
Scibona
Messi
Harder
ETHZ
Cell Culture Technologies SA
EOC Lugano
Biomimetics
Sostituzione di alcuni fattori di crescita presenti nei nostri terreni serum- & xeno-free con peptidi biomimetici e sviluppo di superfici biomimetiche che facilitano la crescita delle hASCs in 2DTalloneTallone
Panella
Muoio
Fischer
Hernandez
Messi
Harder
ETHZ
Cell Culture Technologies SA
EOC Lugano
DermoCell
Brodi di coltura serum- & xeno-free per coltivare fibroblasti, melanociti e cheratinociti umani per applicazioni dermatologicheTalloneTallone
Panella
Muoio
Harder
EOC Lugano