Nanomateriali per cure innovative: nuovo successo “in rosa” del Politecnico di Torino in Europa

Nuovo riconoscimento alla qualità e alla trasversalità della ricerca del Politecnico di Torino: due giovani ricercatrici – le prime due donne premiate con questo riconoscimento in Ateneo – condurranno ricerche altamente innovative premiate dall’ERC – European Research Council, con un riconoscimento istituito nel 2007 dal Consiglio Europeo della Ricerca per supportare progetti d’eccellenza, “altamente ambiziosi, pionieristici e non convenzionali”.

È stato infatti annunciato oggi il risultato della selezione per gli ERC Consolidator Grants (riconoscimento che mira a sostenere l’indipendenza del ricercatore e il consolidamento del suo gruppo di ricerca), tra i quali è stata premiata anche la ricercatrice del Politecnico Chiara Vitale Brovarone, che si aggiudica un finanziamento di circa 2 milioni di euro per il progetto BOOST (Biomimetic trick to re-balance Osteoblast-Osteoclast loop in osteoporoSis treatment: a Topological and materials driven approach); il progetto si propone di sviluppare un nanomateriale composito innovativo, in grado di “ingannare” le cellule ossee in caso di fratture provocate da osteoporosi e spingerle a riattivare il comportamento che hanno le cellule sane, ricreando così condizioni fisiologiche.

Condurrà le sue ricerche al Politecnico anche Valentina Cauda, vincitrice di un ERC Starting Grant (riconoscimento che mira a sostenere i leader emergenti della ricerca europea) da 1 milione e mezzo di euro anch’esso nell’ambito delle scienze dei materiali per la nanomedicina. In questo caso, il progetto TrojaNanoHorse si propone di realizzare una nanoparticella che agisca come una sorta di Cavallo di Troia, conducendo un nanomateriale letale per le cellule tumorali direttamente all’obiettivo, senza effetti tossici sui tessuti sani.

Due progetti di frontiera, quindi, che propongono cure per malattie con una grave incidenza con un approccio altamente innovativo: non farmaci, ma materiali alla scala nanometrica che condizionano il comportamento delle cellule, tendenzialmente senza effetti collaterali. Un passo avanti, quindi, anche rispetto alle più avanzate tecniche della cosiddetta nanomedicina, che oggi si sta concentrando sullo studio di vettori nanometrici di farmaci, però, tradizionali (chemioterapici o biologici). Nei due studi condotti al Politecnico, invece, saranno protagonisti i materiali e quindi si fa essenziale la componente tecnico-ingegneristica (tanto che le coordinatrici dei due progetti sono, appunto, un ingegnere dei materiali e un ingegnere chimico). 

L’Ateneo ha puntato molto sulla ricerca di eccellenza, agevolando la presentazione di progetti e ricerche per gli ERC Grants con azioni di formazione, informazione e supporto ai ricercatori, dei quali questi due nuovi progetti sono solo gli ultimi di una serie di risultati molto incoraggianti: nel corso dell’intero VII Programma Quadro (2007-2013) il Politecnico ha potuto annoverare 2 vincitori di ERC Grants; oggi, all’inizio del Programma Quadro successivo, Horizon 2020, l’Ateneo si è già aggiudicato 6 nuovi riconoscimenti e soprattutto ha di molto incrementato il numero delle proposte presentate: 29 nel 2015 a fronte di 10 in media l’anno, nel VII PQ.

Il Rettore Marco Gilli commenta: “I bandi ERC selezionano i migliori ricercatori in Europa ed hanno ormai assunto una rilevanza strategica, che ha generato una crescente competizione, perché la presenza di progetti ERC è un indice riconosciuto della reputazione di un’Istituzione, dell’esistenza di un ambiente favorevole all’attività di ricerca ed è un fattore importante per l’attrazione di capitale umano e di investimenti qualificati. Questi risultati sono per noi motivo di grande soddisfazione, che ci posizionano al livello dei migliori atenei italiani e sono il frutto di un’iniziativa sulla quale abbiamo investito per selezionare, motivare e supportare i migliori ricercatori nella predisposizione dei progetti”. 

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Scheda progetto - Chiara Vitale Brovarone

TITOLO: BOOST - Biomimetic trick to re-balance osteoblast-osteoclast loop in osteoporosis treatment: a topological and materials driven approach

ERC Consolidator Grant 2015 – Chiara Vitale Brovarone

Durata progetto: 60 mesi

Finanziamento: 1.977.500 euro

Una donna su tre e un uomo su cinque, dopo i cinquant’anni, sperimentano una frattura ossea dovuta all'osteoporosi: una patologia che coinvolge quindi decine di milioni di persone in Europa, numero in continuo aumento per l'invecchiamento della popolazione.

Gli attuali trattamenti prevedono una terapia farmacologica, unita a uno stile di vita sano, ma in caso di frattura è necessario procedere con la fissazione meccanica attraverso un intervento chirurgico. Proprio in questo contesto, la scienza dei materiali si pone come disciplina guida per la ricerca d'avanguardia.

Le fratture ossee da osteoporosi sono infatti causate da fragilità ossea conseguente a uno sbilanciamento nel processo di rimodellamento osseo (riassorbimento da parte degli osteoclasti e nuova deposizione da parte degli osteoblasti). Questo processo dinamico avviene continuamente durante la vita, ma con l’invecchiamento il saldo tra il nuovo tessuto deposto e quello riassorbito può diventare negativo, provocando l’osteoporosi. La recente ricerca biologica ha evidenziato che non è corretto sopprimere l’attività degli osteoclasti per ripristinare l’equilibrio tra le cellule ossee, perché quest’ultima è strettamente correlata alla capacità degli osteoblasti di produrre nuovo tessuto osseo. La sfida lanciata dal progetto BOOST - Biomimetic trick to re-balance osteoblast-osteoclast loop in osteoporosis treatment: a topological and materials driven approach è quella di ristabilire la fisiologica cooperazione (coupling) tra osteoblasti e osteoclasti, attraverso una serie di stimoli ingegnerizzati (chimica, nanotopologia e rilascio intelligente di ioni e fattori di crescita).

Si tratta di “ingannare” le cellule ossee invecchiate, ricreando, con uno scaffold intelligente (cioè una sorta di “impalcatura” realizzata con nanomateriali e biomolecole), il microambiente tipico di un osso sano, con l’obiettivo di ri-bilanciare il coupling tra osteoblasti e osteoclasti, ripristinando così il coordinamento tra il riassorbimento e la deposizione di matrice ossea.

Un approccio completamente differente rispetto al tradizionale apporto farmacologico, ma che potrebbe anche integrarsi a questo con l’inserimento di farmaci nella struttura nanoporosa del materiale con il quale è fabbricato lo scaffold.

L’intero progetto, oltre ad essere altamente innovativo, è fortemente multidisciplinare: il team che collaborerà con Chiara Vitale Brovarone è infatti composto da biologi dell’Istituto Ortopedico Rizzoli e dell’Università Politecnica delle Marche, dove saranno allestite le co-colture cellulari per la sperimentazione in vitro, e da ingegneri dell’Università di Pisa che contribuiranno allo sviluppo di una piattaforma dedicata per la micro e nano fabbricazione degli scaffold intelligenti.

Chiara Vitale Brovarone è professore associato in Scienza e Tecnologia dei Materiali al Politecnico di Torino, presso il dipartimento DISAT (Scienza Applicata e Tecnologia) e si occupa principalmente di biomateriali. 
Si è formata al Politecnico di Torino (Laurea in Ingegneria dei Materiali nel 1997 e Dottorato in Ingegneria dei Materiali nel 2001), con soggiorni presso gruppi di ricerca all’estero all’Ecole de Chimie di Montpellier in Francia e al Lawrence Berkeley National Laboratory in California, USA. E’ coautrice di 110 lavori pubblicati su riviste internazionali (oltre 1700 citazioni, h-index 25). E’ stata coordinatrice di due progetti Europei (BIORESS e MATCh) e Team Leader del Progetto Europeo RESTORATION. Attualmente è la coordinatrice del progetto H2020-MOZART (GA 685872, valore per il Politecnico 925 000€, valore complessivo 4,65 milioni di euro) e Principal Investigator di BOOST, finanziato nella call ERC-CoG-2015 (1 977 500€).

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Scheda progetto - Valentina Cauda

TITOLO: TrojaNanoHorse

ERC Starting Grant 2015 – Valentina Cauda

Durata: 60 mesi

Finanziamento: 1.489.000 euro 

Una nanoparticella che agisca come una sorta di Cavallo di Troia, conducendo un nanomateriale letale per le cellule tumorali direttamente all’obiettivo, senza essere riconosciuto dal sistema immunitario come un corpo estraneo. È questo l’obiettivo del progetto TrojaNanoHorse, vincitore di un ERC Starting Grant nel 2015 e condotto da inizio 2016 al Politecnico di Torino, dove l’assegnataria del prestigioso riconoscimento, l’ingegnere chimico ed ex-allieva dell’Ateneo Valentina Cauda, è diventata docente ad inizio anno.

Il progetto mira allo sviluppo di nanoparticelle non-immunogeniche, sicure per l’organismo e biodegradabili, con una doppia finalità, secondo quello che viene definito dalle più attuali ricerche oncologiche un approccio “teranostico”, permettendo cioè di svolgere diagnosi e terapia insieme; inoltre, questa modalità di cura non prevede l’assunzione di farmaci chemioterapici, annullando quindi i rischi associati alla loro somministrazione.

La strategia chiave sta nell’utilizzo di nanoparticelle di ossido di zinco, inglobate in un rivestimento realizzato con lipidi prelevati dalle stesse cellule tumorali del paziente, che quindi non vengono riconosciute come estranee dal sistema immunitario e sviluppano gli stessi ricettori che permettono alle cellule malate di riconoscersi tra loro. Una volta iniettate nel circolo sanguigno, quindi, queste particelle mireranno con precisione alla cellula tumorale obiettivo, che viene riconosciuta grazie ai ricettori. La nano particella di ossido di zinco svilupperà quindi solo all’interno della cellula tumorale da colpire specie altamente tossiche (radicali liberi), in grado di distruggerla.

Inoltre, se illuminate con luce ultravioletta, queste particelle la riemetteranno a loro volta in modo rilevabile con la strumentazione diagnostica, andando ad evidenziare con precisione le singole cellule colpite, anche quando il tumore si è sviluppato solo a livello di poche unità cellulari: un dettaglio oggi ancora impossibile con le attuali tecniche.

Alla fine del processo l’ossido di zinco – a differenza di altre sostanze che si stanno testando per questo genere di cure – non si depositerà nell’organismo, ma si degraderà e, quindi non implicherà effetti tossici per le cellule e gli organi sani.

Valentina Cauda si è laureata in Ingegneria Chimica nel 2004 presso il Politecnico di Torino, dove ha poi conseguito nel 2007 il Dottorato di Ricerca in Scienza e Tecnologia dei Materiali. Dopo un breve periodo all’Università di Madrid, ha trascorso tre anni come ricercatrice presso l’Università di Monaco di Baviera a lavorare sulle nanoparticelle per il rilascio controllato di farmaci. Dal 2010 al 2015 è stata ricercatrice Post-Doc presso la sede di Torino dell’Istituto Italiano di Tecnologia e attualmente è docente presso il Politecnico di Torino. Per la sua attività di ricerca ha ricevuto nel 2010 il premio per giovani ricercatori dei Dipartimenti di Chimica e Biochimica dell’Università di Monaco di Baviera, e nel 2013 ha vinto il primo premio della 2° Edizione di Giovedì Scienza e il Premio Zonta per la Chimica nel 2015. E’, inoltre, autrice di 66 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali ad alto impatto.