Membrane biofunzionalizzate per la rigenerazione ossea
Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto per la Tecnologia delle Membrane – CNR-ITM / Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Risultato della ricerca:
La ricerca riguarda lo sviluppo di membrane polimeriche per uso clinico, funzionalizzate con biomolecole e proteine della matrice extracellulare al fine di promuovere l’adesione e la proliferazione cellulare guidando la rigenerazione del tessuto osseo in vitro.
Le membrane sviluppate sono state caratterizzate prima e dopo funzionalizzazione al fine di investigare i cambiamenti delle caratteristiche chimico-fisiche, strutturali e di permeabilità nonché di stabilità nel tempo. Tale caratterizzazione è di primaria importanza in quanto le intrinseche proprietà superficiali e strutturali della membrana influenzano direttamente il processo di biofunzionalizzazione e conseguentemente il comportamento cellulare.
La deposizione superficiale di biomolecole avviene in maniera controllata attraverso l’ottimizzazione di un processo che consente di ottenere una distribuzione omogenea e a concentrazione nota per unità di superficie della molecola di interesse.
La biocompatibilità dei sistemi realizzati è testata adoperando cellule di varia origine, animale e umana, ottenendo in vitro diverse tipologie di tessuto.
Il costrutto prodotto mediante colonizzazione delle membrane funzionalizzate, ha l’obiettivo di un’applicazione clinica mirata alla stimolazione in situ. L’utilizzo di cellule coltivate in espansione, massimizzerà la produzione dei fattori di crescita e l’origine autologa consentirà di evitare la trasmissione di patologie, realizzando una terapia altamente personalizzata in grado di produrre una stimolazione totalmente fisiologica dei tessuti danneggiati dall’intervento.
Riferimento a finanziamenti precedenti:
– Progetto europeo BIOART— Training network for developing innovative (bio)artificial devices for treatment of kidney and liver disease. FP7-PEOPLE-2012-ITN Project Grant agreement No. 316690.
– Progetto transnazionale MATERA ERANET SCATE BHH-2177 “Scaffolds for tissue engineering”
Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:
L’impiego di membrane polimeriche biofunzionalizzate nel campo odontostomatologico e ortopedico è un approccio versatile e mirato che consente di apportare notevoli miglioramenti rispetto a quanto è disponibile attualmente in commercio.
Nel campo dell’odontostomatologia membrane di varia natura sono adoperate allo scopo di agire come setti separatori al fine di circoscrivere la zona sottoposta a trattamento. La tecnologia in oggetto propone una biofunzionalizzazione sulla superficie della membrana, dove la presenza di specifiche biomolecole e/o altre componenti cellulari autologhe, promuove e accelera il processo di rigenerazione in maniera personalizzata. Il processo di biofunzionalizzazione personalizzata aumenta sia l’efficacia del trattamento che la sicurezza del paziente, escludendo completamente i rischi di eventuali trasmissione di patologie o prioni da donatore a ricevente, poiché le cellule appartengono allo stesso individuo.
Non sono prevedibili effetti tossici, trattandosi di materiali già in uso in clinica e cellule autologhe in grado di produrre un cocktail di sostanze specifico del paziente che riceverà il prodotto.
Un aspetto di considerevole valore è che, ad oggi esistono pochi gruppi in tutta Europa in possesso di certificazioni per la produzione di terapie con cellule, riducendo considerevolmente la concorrenza sul prodotto.
Titoli di proprietà intellettuale:
I risultati della ricerca sono oggetto di diverse pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali fatte dal 2014 al 2018.
Inoltre, i risultati sono anche oggetto di una domanda di brevetto nazionale depositata nel 2017.
Principali applicazioni e mercato di riferimento:
I risultati della ricerca hanno come principale applicazione la rigenerazione tissutale nel settore odontostomatologico ed ortopedico.
Il mercato globale delle membrane in campo odontostomatologico e dei sostituti ossei è in continua crescita a causa dell’aumentata incidenza nelle malattie e del costante aumento della popolazione geriatrica.
I centri clinici dentali sono tra i maggiori utilizzatori di membrane dentali in quanto sono di facile accesso e sono preferite dai pazienti per problemi minori.
Il mercato complessivo per le membrane riassorbibili e non-riassorbibili utilizzate come barriera nella chirurgia odontostomatologica è stato valutato negli Stati Uniti di 133.6 milioni di dollari nel 2016 ed è previsto che raggiungerà i 200 milioni di dollari per il 2023. A livello mondiale si prevede che il mercato delle membrane utilizzate nelle applicazioni odontostomatologiche raggiunga i 922.6 milioni di dollari per il 2024 con un CAGR del 9.3%. Nel 2016 l’Europa ha detenuto la quota maggiore del 27,8% nel mercato delle membrane per queste applicazioni terapeutiche ed in particolare le membrane riassorbibili hanno rappresentato circa il 95% del volume totale delle membrane vendute in tutta Europa.
La rapida innovazione tecnologica, l’aumento della popolazione geriatrica e l’elevata spesa in ricerca e sviluppo sono attribuiti alla crescita di questo mercato. Secondo la Federazione europea circa il 30% della popolazione in Europa soffre di malattie odontostomatologiche con conseguente effetto sul mercato di interesse.
Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:
Si prevede di sviluppare la tecnologia proposta utilizzando un processo di biofunzionalizzazione sulla superficie della membrana con biomolecole e/o altre componenti cellulari autologhe allo scopo di promuovere e accelerare il processo di rigenerazione in maniera personalizzata.
Lo sviluppo prevede l’ottimizzazione del processo di biofunzionalizzazione su scala di laboratorio e l’isolamento di cellule da diversi donatori in grado di produrre le biomolecole autologhe da utilizzare nelle patologie di interesse. Il processo di sviluppo prevede che il sistema membrana soddisfi criteri importanti come biocompatibilità, integrazione tissutale e mantenimento delle proprietà di permeabilità e compartimentalizzazione. Le colture dei diversi donatori avranno la funzione di consentire l’analisi statistica delle variabilità di concentrazioni tra individui per ottimizzare la produzione.