Sistemi e biointerfacce intelligenti e neuromorfe - [Biomateriali e biotecnologie per drug delivery e ingegneria tissutale ]

Questa attività è mirata allo sviluppo applicazioni di interesse per il settore delle Biotecnologie e di relativi biomateriali multifunzionali, adatti quindi anche allo sviluppo di dispositivi e sensori bioelettronici. Le attività di ricerca per le Biotecnologie sono indirizzate a due ambiti applicativi: il drug delivery e l’ingegneria tissutale.

La prima attività di ricerca riguarda lo sviluppo di sistemi intelligenti per la terapia topica basati su biomateriali che fungono da vettori per la somministrazione mirata di farmaci. Questi sistemi sono costituiti da micro-nano capsule con un nucleo contenente il farmaco e un guscio progettato per rilasciarlo in modo controllato. Il rilascio può avvenire in risposta a stimoli fisiologici (variazioni di pH, temperatura o composizione biochimica) o essere attivato da stimoli esterni (luce, microonde, ultrasuoni, campi elettromagnetici). I materiali utilizzati includono biopolimeri naturali (quali le proteine della seta) e sintetici (quali polieterroliti polimerici a multistrato), ingegnerizzati per massimizzare l'efficacia sia del trasporto verso il sito bersaglio che nel rilascio del farmaco da stimoli esterni o per meccanismi di degradazione dell’involucro su scale temporali desiderate. In applicazioni specifiche, come l'integrazione su protesi o la terapia del dolore post-operatorio, si impiegano microcamere fissate su supporti rigidi, attivate elettricamente per il rilascio del farmaco. Attualmente, la ricerca si concentra sul controllo del rilascio da contenitori biopolimerici e sui possibili benefici di biosistemi studiati su modelli di lievito per malattie neurodegenerative.

Applicazioni di ingegneria tissutale riguardano lo sviluppo di scaffold costituiti da biopolimeri caricati con sali di calcio per la veicolazione della crescita ossea in seguito ad impiantazione. Studiamo metodi di fabbricazione e strategie di sintesi di compositi basati su biopolimeri naturali e additivi biocompatibili per ottenere le strutture desiderate, cioè tali da mimare le caratteristiche del tessuto in replica (ad esempio, porosità e resilienza in ambiente ostile nel caso di ossa). Allo stesso tempo, studiamo la stampa 3D di materiali esistenti e/o di nostra progettazione e produzione, adatti alla protesica o più in generale all’impiantazione negli esseri viventi.

Anche nel contesto di questa linea di ricerca, utilizziamo metodi di prototipazione e a scalabilità industriale sviluppiamo materiali seguendo approcci “green” nel rispetto dei dettami della sostenibilità ambientale e ricercando la multifunzionalità per utilizzo versatile in diverse applicazionio, secondo i dettami dell’economia circolare.