IRFMN
DIPARTIMENTO DI BIOINGEGNERIA
PERSONALE
Capo Dipartimento
Andrea REMUZZI, Dr.Ing.
Laboratorio di Biofisica Renale
Capo Laboratorio
Daniela MACCONI, Dr.Sci.Biol.
Laboratorio di Tecnologie Biomediche
Capo Laboratorio
Bogdan ENE-IORDACHE, Dr.Bio.Ing.
Unità di Ingegneria dei Tessuti
Capo Unità
Marina FIGLIUZZI, Dr.Sci.Biol.
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
CURRICULA
Andrea Remuzzi si è laureato in Ingegneria Meccanica (indirizzo Biomedico) nel 1979 presso il
Politecnico di Milano.
Attività formative: 1980 Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Biomedica; 1981 Istituto
Mario Negri (Milano), Laboratorio di Farmacologia Cardiovascolare; 1982-83 Massachussets Institute of
Technology, Mechanical Engineering Department, Cambridge, USA.
Aree di interesse: fenomeni di trasporto nei sistemi biologici, modelli matematici, fisiopatologia renale,
risposta cellulare allo stimolo meccanico, ingegneria dei tessuti, tecniche di trapianto di isole
pancreatiche, basi di dati clinici, fluidodinamica computazionale.
Dal 1984 al 1986 Ricercatore Istituto Mario Negri (Bergamo), Laboratorio di malattie renali, 1986-1989
Capo dell’Unità di Bioingegneria, Istituto Mario Negri, 1989-1993 Capo del Laboratorio di
Bioingegneria, Istituto Mario Negri, 1993-1999 Capo del Dipartimento di Ricerca Renale, Istituto Mario
Negri, dal 2000 ad oggi Capo del Dipartimento di Bioingegneria, Istituto Mario Negri. Dal 1998
professore a contratto del Dipartimento di Bioingegneria, Politecnico di Milano.
Principali pubblicazioni
•
Davies PF, Remuzzi A, Gordon EJ, Dewey CF Jr, Gimbrone MA Jr. Turbulent fluid shear stress induces vascular
endothelial cell turnover in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A. 1986 Apr;83(7): 2114-7. PMID: 3457378
•
Remuzzi A, Puntorieri S, Battaglia C, Bertani T, Remuzzi G. Angiotensin converting enzyme inhibition ameliorates
glomerular filtration of macromolecules and water and lessens glomerular injury in the rat. J Clin Invest. 1990
Feb;85(2):541-9. PMID: 1688888
•
Noris M, Morigi M, Donadelli R, Aiello S, Foppolo M, Todeschini M, Orisio S, Remuzzi G, Remuzzi A. Nitric oxide
synthesis by cultured endothelial cells is modulated by flow conditions. Circ Res. 1995 Apr;76(4):536-43. PMID:
7534657
•
Giavazzi R, Foppolo M, Dossi R, Remuzzi A. Rolling and adhesion of human tumor cells on vascular endothelium
under physiological flow conditions. J Clin Invest. 1993 Dec;92(6):3038-44. PMID: 7504697
•
Antiga L, Ene-Iordache B, Remuzzi A. Computational geometry for patient-specific reconstruction and meshing of
blood vessels from MR and CT angiography. IEEE Trans Med Imaging. 2003 May;22(5):674-84. PMID: 12846436
•
Remuzzi A, Gagliardini E, Sangalli F, Bonomelli M, Piccinelli M, Benigni A, Remuzzi G. ACE inhibition reduces
glomerulosclerosis and regenerates glomerular tissue in a model of progressive renal disease. Kidney Int. 2006
Apr;69(7):1124-30.
Daniela Macconi si è laureata in Scienze Biologiche nel 1983 presso l’ Università degli Studi di Milano.
Attività formative: 1977-81CNR, Sezione di Neuroscienze, Farmacologia Cellulare e Molecolare,
Dipartimento di Farmacologia Medica, Università di Milano; 1982-83 Laboratorio della Divisione di
Nefrologia e Dialisi Ospedali Riuniti di Bergamo; 1984-85 University of Michigan, Medical School,
Department of Pathology, Medical Science I, Ann Arbor Michigan, USA; 1985-89 Istituto di Ricerche
Farmacologiche Mario Negri, Bergamo.
Aree di interesse: permeabilità glomerulare, progressione della malattia renale, angiotensina II, specie
reattive dell’ossigeno.
Ruoli: 2000 ad oggi Capo Laboratorio di Biofisica Renale, Dipartimento di Ingegneria Biomedica; 19942000 Capo Unità dei Mediatori dell’Infiammazione di Origine Leucocitaria; 1989-94 ricercatrice; 198589 borsista; 1982-83 borsista presso il Laboratorio della Divisione di Nefrologia e Dialisi Ospedali
Riuniti di Bergamo
Principali pubblicazioni
•
Macconi D, Abbate M, Morigi M, Angioletti S, Mister M, Buelli S, Bonomelli M, Mundel P, Endlich K, Remuzzi A,
Remuzzi G: Permselective dysfunction of podocyte-podocyte contact upon angiotensin II unravels the molecular target
for renoprotective intervention. Am J Pathol.168:1073-85, 2006.
•
Macconi D, Bonomelli M, Benigni A, Plati T, Sangalli F, Longaretti L, Conti S, Kawachi H, Hill P, Remuzzi G,
Remuzzi A. Pathophysiologic implications of reduced podocyte number in a rat model of progressive glomerular injury.
Am J Pathol.168:42-54, 2006.
•
Ruiz-Torres MP, Casiraghi F, Galbusera M, Macconi D, Gastoldi S, Todeschini M, Porrati F, Belotti D, Pogliani EM,
Noris M, Remuzzi G: Complement activation: the missing link between ADAMTS-13 deficiency and microvascular
thrombosis of thrombotic microangiopathies. Thromb Haemost. 93:443-52, 2005.
•
Galbusera M, Buelli S, Gastoldi S, Macconi D, Angioletti S, Testa C, Remuzzi G, Morigi M: Activation of porcine
endothelium in response to xenogeneic serum causes thrombosis independently of platelet activation.
Xenotransplantation. 12:110-20, 2005.
•
Morigi M, Macconi D, Zoja C, Donadelli R, Buelli S, Zanchi C, Ghilardi M, Remuzzi G: Protein overload-induced NFkappaB activation in proximal tubular cells requires H(2)O(2) through a PKC-dependent pathway. J Am Soc Nephrol.
13:1179-89, 2002
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
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Macconi D, Ghilardi M, Bonassi ME, Mohamed EI, Abbate M, Colombi F, Remuzzi G, Remuzzi A: Effect of
angiotensin-converting enzyme inhibition on glomerular basement membrane permeability and distribution of zonula
occludens-1 in MWF rats. J Am Soc Nephrol 11:477-89, 2000.
Bogdan Ene-Iordache si è laureato in Ingegneria Meccanica nel 1990 presso l’Istituto di Petrolio e Gas
di Ploiesti (Romania). Dopo una breve esperienza in una raffineria di petrolio, in 1992 emigra in Italia.
Inizia la sua esperienza al Negri-Bergamo nel marzo 1992 come Visiting Scientist nel Laboratorio di
Bioingegneria condotto da Andrea Remuzzi.
Le sue principali attività sono nella ricerca renale (modelli teorici della filtrazione delle membrana
glomerulare e analisi morfometrica del capillare glomerulare, analisi emodinamica e remodeling nelle
fistole artero-venose per l’accesso vascolare dei pazienti in dialisi) e nell’ambito degli studi clinici
controllati (data management e analisi per gli studi clinici controllati svolti nel Centro “Aldo e Cele
Daccò”). Inoltre, sta coordinando le attività di supporto alla rete informatica e i siti web del Centro “Aldo
e Cele Daccò”. Sta collaborando per informatica applicata all’attività clinica con lo staff delle Unità di
Nefrologia, Diabetologia ed Ematologia degli Ospedali Riuniti.
Sotto la sua supervisione si sono formati negli anni alcuni giovani studenti del Politecnico di Milano, in
tesi o in stage, e dal 2003 ha l’incarico di insegnamento per i corsi di Formazione Professionale della
Regione Lombardia. All’inizio del 2000 è diventato capo del Laboratorio di Tecnologie Biomediche
creato all’interno dell’appena nato Dipartimento di Bioingegneria.
Principali pubblicazioni
•
Ene-Iordache B, Imberti O, Foglieni O, Remuzzi G, Bertani T and Remuzzi A. Effects of angiotensin-converting enzyme
inhibition on glomerular capillary wall ultrastructure in MWF/Ztm rats. J Am Soc Nephrol 5: 1378-1384, 1994.
•
Ene-Iordache B and Remuzzi A. Numerical analysis of blood flow in reconstructed glomerular capillary segments.
Microvasc Res 49: 1-11, 1995.
•
Remuzzi A and Ene-Iordache B. Capillary network structure does not affect theoretical analysis of glomerular size
selectivity. Am J Physiol 268: F972-F979, 1995.
•
Ene-Iordache B, Mosconi L, Remuzzi G, Remuzzi A. Computational fluid dynamics of a vascular access case for
hemodialysis. J Biomech Eng 123(3): 284-292, 2001.
•
Ene-Iordache B, Mosconi L, Antiga L, Bruno S, Anghileri A, Remuzzi G, Remuzzi A. Radial artery remodeling in
response to shear stress increase within arteriovenous fistula for hemodialysis access. Endothelium 10(2): 95-102, 2003.
•
Ruggenenti P, Fassi A, Ilieva AP, Bruno S, Iliev IP, Brusegan V, Rubis N, Gherardi G, Arnoldi F, Ganeva M, EneIordache B, Gaspari F, Perna A, Bossi A, Trevisan R, Dodesini AR, Remuzzi G for the Bergamo Nephrologic Diabetes
Complications Trial (BENEDICT) Investigators. Preventing microalbuminuria in type 2 diabetes. NEJM 351(19): 19411951, 2004.
Marina Figliuzzi si è laureata in Scienze Biologiche nel 1991 presso l’ Università degli Studi di Milano.
Attività formative: 1991-94 Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri, Bergamo.
Aree di interesse: tecniche di isolamento di isole pancreatiche da pancreas umano, bovino, di maiale e di
ratto, colture cellulari, sistemi di immunoisolamento per isole pancreatiche, differenziazione di cellule
progenitrici del pancreas in cellule che contengono insulina, tecniche di immunoistochimica.
Ruoli: 2000 ad oggi, Capo Unità di Ingegneria dei Tessuti, Dipartimento di Ingegneria Biomedica; 19912000 borsista.
Principali pubblicazioni
•
Figliuzzi M, Cornolti R, Plati T, Rajan N, Adobati F, Remuzzi G, Remuzzi A: Subcutaneous xenotransplantation of
bovine pancreatic islets. Biomaterials. 26:5640-47, 2005.
•
Figliuzzi M, Zappella S, Morigi M, Rossi P, Marchetti P, Remuzzi A: Influence of donor age on bovine pancreatic islet
isolation. Transplantation. 70:1032-37, 2000
•
Morigi M, Micheletti G, Figliuzzi M, Imberti B, Karmali MA, Remuzzi A, Remuzzi G, Zoja C. Verotoxin-1 promotes
leukocyte adhesion to cultured endothelial cells under physiologic flow conditions. Blood.: 86 4553-58, 1995.
•
Zoja C, Morigi M, Figliuzzi M, Bruzzi I, Oldroyd S, Benigni A, Ronco P, Remuzzi G. Proximal tubular cell synthesis
and secretion of endothelin-1 on challenge with albumin and other proteins. Am J Kidney Dis.26: 934-41, 1995.
•
Morigi M, Zoja C, Figliuzzi M, Foppolo M, Micheletti G, Bontempelli M, Saronni M, Remuzzi G, Remuzzi A. Fluid
shear stress modulates surface expression of adhesion molecules by endothelial cells. Blood. 85:1696-703, 1995.
•
Morigi M, Zoja C, Figliuzzi M, Remuzzi G, Remuzzi A. Supernatant of endothelial cells exposed to laminar flow
inhibits mesangial cell proliferation. Am J Physiol. 264:C1080-3, 1993.
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
INTRODUZIONE ALLE ATTIVITA' DEL DIPARTIMENTO
L'attività di ricerca del Dipartimento di Bioingegneria si basa sull'impiego di tecniche
ingegneristiche per lo studio di processi fisiopatologici e lo sviluppo di strategie terapeutiche
innovative. Sono attualmente attive all'interno del Dipartimento diverse linee di ricerca, sia a
livello di base che di ricerca applicata. I principali strumenti utilizzati per queste ricerche
consistono in modelli teorici, immagini diagnostiche, analisi istologiche, misure dirette di
parametri fisico-chimici sia a livello sperimentale che clinico, tecniche di coltura cellulare e
tecnologie informatiche per l'archiviazione e l'analisi dei dati. Gli studi in corso afferiscono a
quattro settori della ricerca biomedica: lo studio dei meccanismi coinvolti nella progressione del
danno renale nelle nefropatie croniche, studi sull'emodinamica in campo vascolare, lo sviluppo
di tecniche di laboratorio per l'ingegneria dei tessuti e lo sviluppo di sistemi informativi dedicati
alla gestione di dati clinici generati sia nell'ambito dei trial clinici che nella pratica clinica
convenzionale.
SCOPERTE/RISULTATI PRINCIPALI
Messa a punto di nuovi metodi di calcolo automatico per la ricostruzione tridimensionale di
aneurismi cerebrali mediante angiografia rotazionale.
Dimostrazione di una relazione significativa tra parametri morfometrici del parenchima renale e
la perdita di funzione renale in pazienti affetti da malattia del rene policistico.
Valutazione della precisione di una nuova tecnica per la ricostruzione non invasiva, mediante
immagini RM degli accessi vascolari per l'emodialisi.
Dimostrazione dell'effettiva riduzione della sclerosi glomerulare e della ripopolazione di
podociti glomerulari mediante antagonismo dell’angiotensina II in un modello sperimentale di
nefropatia cronica progressiva.
Modulazione delle proteine di giunzione delle cellule epiteliali glomerulari da parte
dell’angiotensina II.
Messa a punto di un nuovo metodo per la coltura in vitro di tessuti tridimensionali.
COLLABORAZIONI NAZIONALI
Dipartimento di Bioingegneria, Politecnico di Milano, Milano.
Fidia Advanced Biopolymers, Abano Terme, Padova.
Istituto di Fisiologia Clinica CNR, Pisa.
Tecnobiomedica, Roma.
Unità di Anatomia Patologica, Ospedale San Paolo, Milano.
Unità di Diabetologia, Ospedali Riuniti, Bergamo.
Ospedale Niguarda, Milano.
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI
Massachussetts Institute of Technology, Cambridge MA, USA.
National Alliance for Medical Imaging Computing, USA.
Politecnico Federale di Zurigo, Dept. of Material Science, Zurich.
Institute of Nephrology, Dept. of Cell Biology, Niigata University Graduate School of Medical
and Dental Sciences.
University of Toronto, Ontario, Canada.
Ghent University, Ghent, Belgium.
Technical University, Eindhoven, The Netherlands.
University Hospital, Maastricht, The Netherlands.
Centre Européen d’Etudes du Diabètes, Strasburg, France
PRESENZA IN COMITATI EDITORIALI
Drugs of Today (Andrea Remuzzi)
International Journal of Artificial Organs (Andrea Remuzzi)
ATTIVITA' DI REVISIONE
Kidney International
Journal of the American Society of Nephrology
American Journal of Physiology – Renal Physiology
Physiological Reviewes
Medical & Biological Engineering & Computing
IEEE Transactions on Medical Imaging
IEEE Transactions on Biomedical Ingeneering
Medical Physics
Journal of Biomechanics
Medical Engineering and Physics
Artificial Organs
International Journal of Artificial Organs
Biomaterials
Contemporary Clinical Trials
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
ORGANIZZAZIONE DI EVENTI
Seminario: “Perdita delle proprietà selettive del podocita indotta da Angiotensina II”, 31
Gennaio, Ranica, Bergamo
Seminario: “Imaging vascular access: a pre- and post- operative approach”, 2 Febbraio, Ranica,
Bergamo
Seminario: “Regressione della glomerulosclerosi e rigenerazione del tessuto glomerulare in un
modello di malattia renale progressiva”, 17 Febbraio, Ranica, Bergamo
Seminario: “Diffusion e perfusion cerebrale nelle lesioni ischemiche”, 23 Febbraio, Ranica,
Bergamo
Seminario: “Evoluzione temporale della geometria della biforcazione carotidea ed implicazioni
per lo sviluppo di aterosclerosi”, 16 Marzo, Ranica, Bergamo
Seminario: “Analisi geometrica dei vasi cerebrali: applicazione allo studio degli aneurismi
cerebrali”, 20 Aprile, Ranica, Bergamo
Seminario: “Sviluppo di algoritmi per il post-processing in simulazioni CFD. Applicazione alla
emodinamica computazionale degli aneurismi cerebrali”, 8 Maggio, Ranica, Bergamo
Seminario: “Effetti del condizionamento biochimico e meccanico su costrutti vascolari
ingegnerizzati”, 15 Maggio, Ranica, Bergamo
Corso: “Corso di formazione in elaborazione digitale delle immagini per la medicina “, 28-29
Giugno, Ranica, Bergamo
Meeting annuale: FP6 UE – “BARP+ - Development of a bioartificial pancreas for type I
diabetic patients”. PNR 505614-1 10-12 Luglio, Bergamo
Seminario: “Implementazione di uno strumento per la gestione e l’analisi di dati clinici
finalizzato al monitoraggio delle patologie nefrovascolari nei paesi in via di sviluppo”, 20
Settembre, Ranica, Bergamo
Seminario: “Introduzione alla risonanza magnetica: presentazione cd”, 22 Settembre, Ranica,
Bergamo
Seminario: “Sviluppo di una metodologia per l'analisi della concatenazione genica (linkage)
mediante data retrieval ed elaborazione multiallelica”, 11 Ottobre, Ranica, Bergamo
Seminario: “Valutazione di 2 metodiche di coltura dinamica per costrutti vascolari
ingegnerizzati”, 7 Dicembre, Ranica, Bergamo
Seminario: “Sviluppo e sperimentazione di un dispositivo da laboratorio per la misura del
consumo di ossigeno di cellule in coltura”, 15 Dicembre, Ranica, Bergamo
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
PARTECIPAZIONE AD EVENTI CON CONTRIBUTI DEL
DIPARTIMENTO
3rd International Symposium on Modelling of Physiological Fluids, Ranica (BG), Italia,
“Hemodynamics and cerebral aneurysms: the role of geometry”.
5th World Congress of Biomechanics, Monaco, Germania, “Flow instability in a failed brachiocephalic graft for hemodialysis: a computational study”.
5th World Congress of Biomechanics, Monaco, Germania. “Geometric intra-subject variability
of arm vessels assessed by MRA: a challenge for quantification and modeling of the vascular
access for hemodialysis”.
5th World Congress of Biomechanics, Monaco, Germania. “Computational geometric analysis
of cerebral aneurysms and their parent vasculature from CRA”.
5th World Congress of Biomechanics, Monaco, Germania. “Influence of siphon bends on the
flow patterns of the internal carotid artery: implications for the study of aneurysm
development”.
5th World Congress of Biomechanics, Monaco, Germania. “Statistical and numerical
investigations of cerebral aneurysms' morphology and haemodynamics”.
ISMRM 14th Scientific Meeting, Seattle, Washington, USA. “Numerical simulation of MRI
using unstructured grids”.
CSCBC 2006, Kingston, Ontario, Canada, Marzo 2006.”Towards a new framework for
simulating magnetic resonance imaging”.
Annual meeting of the American Society of Nephrology, San Diego, USA, Novembre 2006.
“ACE inhibition induced regression of glomerular lesions in spontaneously proteinuric rats is
associated with icreased number of podocytes.”.
25th Workshop of the AIDIPIT Study Group, Pisa, Italia Febbraio 2006. “Xenotransplantation of
microencapsulated bovine pancreatic islets”.
CONTRIBUTI E CONTRATTI
Ministero dell’Università e della Ricerca Scientifica
Fondazione San Paolo
Progetti di Ricerca – FP6 UE - "BARP+ - Development of a bioartificial pancreas for type I
diabetic patients". PNR 505614-1
Progetto di Ricerca – FP6 UE-STEPS – "A system approach to tissue engineering products and
processes". FP6-500465
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
SELEZIONE PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE APPARSE
NELL'ANNO 2006
Antiga L, Piccinelli M, Fasolini G, Ene-Iordache B, Ondei P, Bruno S, Remuzzi G and Remuzzi A. Computed
tomography evaluation of ADPKD progression: a progress report. Clin J Am Soc Nephrol 1: 754-760, 2006.
Arrigoni C, Camozzi D, Imberti B, Mantero S, Remuzzi A. The effect of sodium ascorbate on the mechanical
properties of hyaluronan-based vascular constructs. Biomaterials 2006; 27: 623-630.
Arrigoni C, Camozzi D, Remuzzi A. Vascular tissue engineering Cell Transplant 2006; 15 Suppl 1: S119-S125.
Dodesini AR, Lepore G, Neotti C, Ene-Iordache B, Remuzzi A and Trevisan R. Blood pressure and lipids in an
Italian outpatient cohort of type 2 diabetic patients: comparison with the general population. Nutrition, Metabolism &
Cardiovascular Diseases, 16(6): e1-e3, 2006.
Figliuzzi M, Plati T, Cornolti R, Adobati F, Fagiani A, Rossi L, Remuzzi G, Remuzzi A. Biocompatibility and
function of microencapsulated pancreatic islets. Acta Biomater. 2006 Mar;2(2):221-7.
Macconi D, Bonomelli M, Benigni A, Plati T, Sangalli F, Longaretti L, Conti S, Kawachi H, Hill P, Remuzzi G,
Remuzzi A. Pathophysiologic implications of reduced podocyte number in a rat model of progressive glomerular
injury. Am J Pathol 2006; 168: 42-54.
Macconi D, Abbate M, Morigi M, Angioletti S, Mister M, Buelli S, Bonomelli M, Mundel P, Endlich K, Remuzzi A,
Remuzzi G. Permselective dysfunction of podocyte-podocyte contact upon angiotensin II unravels the molecular
target for renoprotective intervention. Am J Pathol. 2006 Apr;168(4):1073-85.
Morigi M, Buelli S, Zanchi C, Longaretti L, Macconi D, Benigni A, Moioli D, Remuzzi G, Zoja C. Shigatoxininduced endothelin-1 expression in cultured podocytes autocrinally mediates actin remodeling.
Am J Pathol. 2006 Dec;169(6):1965-75.
Moyle KR, Antiga L and Steinman DA. Inlet conditions for image-based CFD models: is it reasonable to assume
fully-developed flow? Journal of Biomechanical Engineering, 128(3), Jun 2006.
Remuzzi A, Gagliardini E, Sangalli F, Bonomelli M, Piccinelli M, Benigni A, Remuzzi G. ACE inhibition reduces
glomerulosclerosis and regenerates glomerular tissue in a model of progressive renal disease. Kidney Int 2006; 69:
1124-1130.
Remuzzi G, Benigni A, Remuzzi A. Mechanisms of progression and regression of renal lesions of chronic
nephropathies and diabetes. J Clin Invest. 2006 Feb;116(2):288-96.
Ruggenenti P, Perna A, Ganeva M, Ene-Iordache B and Remuzzi G. Impact of Blood Pressure Control and
Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitor Therapy on New-Onset Microalbuminuria in Type 2 Diabetes: a Post Hoc
Analysis of the BENEDICT Trial. J Am Soc Nephrol 17: 3472-3481, 2006.
Ruggenenti P, Ene-Iordache B, Remuzzi G. “Excellent survival using kidney transplants from older donors” Diabetic
Microvascular Complications Today, March/April 2006
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
ATTIVITA' DI RICERCA
Laboratorio di Biofisica Renale
Ricostruzione tridimensionale della rete capillare glomerulare
Abbiamo recentemente dimostrato che l’inibizione dell’angiotensina II non solo rallenta la
progressione della malattia renale, ma può indurre anche parziale regressione delle lesioni
glomerulari. Per quantificare esattamente il grado di regressione delle lesioni sclerotiche e la
possibile rigenerazione del capillare glomerulare indotta dalla terapia con inibitori dell’enzima
di conversione dell’angiotensina (ACE), stiamo sviluppando tecniche di ricostruzione
tridimensionale dei tessuti (3D).
La struttura del capillare glomerulare permette di concentrare in un piccolo spazio una rete
capillare in grado di filtrare efficacemente l'acqua plasmatica e trattenere le proteine circolanti.
La valutazione delle alterazioni strutturali del capillare viene effettuata convenzionalmente
mediante sezioni osservate al microscopio ottico o elettronico. Alterazioni della struttura
tridimensionale della rete capillare possono influenzare in modo importante la funzione del
capillare e il flusso ematico nei segmenti del capillare. Per studiare nel dettaglio la struttura di
questo tessuto stiamo impiegando tecniche di microscopia basate su serie di sezioni seriate ed
elaborazione digitale per la ricostruzione 3D.
Come difendere il rene dall’insulto dell’angiotensina II agendo sui
meccanismi molecolari che regolano il contatto podocita-podocita
Il trattamento con farmaci che bloccano l’angiotensina II (Ang II) migliora la funzione della
barriera glomerulare rallentando la progressione del danno verso l’insufficienza renale. I
meccanismi molecolari di questa protezione non sono chiari. I podociti e, in particolare, le
giunzioni intercellulari che li uniscono sono i componenti fondamentali della barriera
glomerulare. Il citoscheletro svolge un ruolo fondamentale nel regolare sia la struttura che la
funzione del podocita. I nostri studi condotti in vitro in podociti murini hanno permesso di
stabilire che l’Ang II riorganizza le fibre di actina del citoscheletro e causa la ridistribuzione
della proteina zonula occludens-1 (ZO-1), un componente fondamentale della giunzione
intercellulare podocita-podocita, che è associata all’actina. La perdita del contatto podocitapodocita, aumenta il passaggio dell’albumina attraverso il monostrato cellulare. La
jasplakinolide, un farmaco che stabilizza l’actina, previene sia la ridistribuzione della ZO-1 che
la perdita di albumina suggerendo che la riorganizzazione del citoscheletro è strumentale per
l’alterata funzione del podocita. Esperimenti condotti in reni isolati e perfusi di ratto hanno
confermato che la proteinuria indotta dall’infusione di Ang II si associa ad alterazioni nella
distribuzione glomerulare delle fibre di actina e della proteina ZO-1. Abbiamo dimostrato che
gli effetti in vitro dell’Ang II sono mediati dall’attivazione del recettore di tipo1 attraverso
segnali intracellulari quali le Src chinasi (tirosin chinasi non recettoriali) e la fosfolipasi C. I
risultati di questo studio suggeriscono che interventi mirati a stabilizzare il contatto podocitapodocita o a bloccare messaggeri intracellulari deputati alla traduzione del segnale che segue l’
attivazione del recettore dell’Ang II sono cruciali per proteggere il rene. Abbiamo dimostrato
che nei ratti MWF lo sviluppo di proteinuria spontanea è associata a marcate alterazioni nella
distribuzione glomerulare della proteina ZO-1 e che il trattamento con inibitori dell’enzima di
conversione dell’angiotensina (ACE), che bloccano la sintesi di Ang II, previene la proteinuria
preservando la corretta distribuzione della ZO-1 nelle giunzioni tra podocita e podocita.
(In collaborazione con il Dipartimento di Medicina Molecolare).
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
La regressione del danno glomerulare indotta dagli inibitori dell’ enzima di
conversione dell’angiotensina (ACE) in un modello di nefropatia cronica si
associa a un aumento del numero dei podociti glomerulari
Numerosi studi sperimentali e clinici hanno evidenziato nelle perdita dei podociti glomerulari la
causa dello sviluppo della glomerulosclerosi e della progressiva perdita della funzione renale. In
questo contesto il nostro gruppo ha recentemente dimostrato, in un modello sperimentale di
danno glomerulare spontaneo (ratti MWF), che la progressiva riduzione del numero di podociti,
associata a ipertrofia glomerulare, causa la perdita di funzione del podocita stesso che determina
massiva proteinuria e, a lungo termine, danno renale. Attraverso la ricostruzione tridimensionale
della matassa del capillare glomerulare abbiamo anche documentato che il trattamento dei ratti
MWF con l’ ACE inibitore è in grado di far regredire il danno renale e rigenerare il capillare
glomerulare. Sulla base di queste scoperte abbiamo voluto studiare se la protezione e la
riparazione del glomerulo indotta dall’ ACE inibitore fosse legata alla capacità del farmaco di
modulare il numero di podociti glomerulari. Abbiamo quindi studiato gli animali a 40
settimane, età in cui sviluppano proteinuria elevata e glomerulosclerosi, e dopo 20 settimane di
osservazione senza o con trattamento con l’ACE inibitore Lisinopril. Un gruppo aggiuntivo di
ratti Wistar di 40 settimane è stato utilizzato come controllo. I podociti sono stati identificati
come cellule WT1 positive con una tecnica di immunofluorescenza e il loro numero, insieme al
volume glomerulare, occupato o non dalla sclerosi, determinato mediante morfometria digitale.
I risultati dello studio hanno confermato che il trattamento ritardato con alte dosi di Lisinopril
oltre ad avere un effetto anti-ipertensivo, induce regressione della proteinuria e delle lesioni
sclerotiche e stabilizza la funzione renale. Riduce inoltre significativamente l’ipertrofia
glomerulare. Il dato nuovo e del tutto inaspettato è l’effetto dell’ACE inibitore sul numero di
podociti: non solo blocca la perdita progressiva di podociti che si osserva da 40 a 60 settimane
d’età, ma aumenta il numero di podociti per glomerulo al di sopra dei valori basali. Sono in
corso degli studi per individuare I meccanismi che sottendono a questo fenomeno e in
particolare se l’aumento del numero di podociti dipende dalla proliferazione delle stesse cellule
adulte o se i nuovi podociti derivano da progenitori renali o derivanti da cellule staminali del
midollo.
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RAPPORTO ATTIVITA’
2006
IRFMN
Laboratorio di Tecnologie Biomediche
Sviluppo di sistemi computerizzati per la realizzazione di Studi Clinici
Controllati
Nel Centro di Ricerche Cliniche per le Malattie Rare “Aldo e Cele Daccò” sono in corso
numerosi studi clinici in collaborazione con altri gruppi di ricerca nazionali o internazionali.
Queste ricerche devono essere svolte secondo le linee guida GCP (Good Clinical Practice) e
richiedono un’alta qualità nella raccolta e nella gestione dei dati clinici. Ogni trial clinico
richiede dei case report form (CRF) cartacei per la registrazione dei dati. Tali dati devono essere
poi archiviati in maniera elettronica in database appositamente predisposti. Nel nostro
laboratorio abbiamo realizzato sistemi di raccolta dati per gli studi clinici, utilizzando database
relazionali (RDBMS) e sviluppato programmi finalizzati all’elaborazione, validazione e
all’estrazione dei dati per l’analisi statistica. Nell’ambito dello studio DEMAND è stato
realizzato un sistema innovativo di raccolta dati usando CRF elettronici anziché cartacei. Il
sistema è basato sull’utilizzo di computer portatili in dotazione agli investigatori e permette di
evitare l’uso della modulistica cartacea. Recentemente abbiamo messo in funzione
un’applicazione di supporto per lo staff bio-medico coinvolto nel processo di isolamento di isole
pancreatiche umane e il successivo trapianto nel paziente diabetico. Questa applicazione utilizza
l’interfaccio Web, in modo da poter facilitare l’accesso del personale sia da Intranet (laboratori
interni all’Istituto) che da Internet (NIT, Ospedali Riuniti di Bergamo).
KDDC - il centro di coordinamento e raccolta dati per i programmi di
prevenzione delle patologie nefro-vascolari nei paesi in via di sviluppo
Le malattie renali croniche si stanno rivelando una nuova minaccia a livello globale. La
diffusione e l’incidenza di queste patologie nei paesi in via di sviluppo non sono note, e questo
rappresenta un ostacolo all’adozione di misure preventive, l’unica speranza per il futuro di
questi paesi, considerando che la dialisi non è accessibile alla maggior parte della popolazione
per i suoi costi elevati.
La Società Internazionale di Nefrologia (ISN) attraverso la “Commission for Global
Advancement of Nephrology” (COMGAN) ha costituito un gruppo di ricerca rivolto
specificatamente ad affrontare le problematiche della prevenzione delle malattie renali nei paesi
in via di sviluppo. Il coordinamento del gruppo e dei programmi di intervento è stato affidato
all’Istituto Mario Negri di Bergamo e ha sede presso il Centro di Ricerche Cliniche per “Aldo e
Cele Daccò” di Ranica. L’obiettivo generale del progetto è la definizione di programmi in paesi
emergenti per identificare soggetti a rischio di sviluppare malattie renali nel corso della loro
vita, così da definire una strategia di prevenzione su scala nazionale attraverso l’intervento a
livello governativo e finanziario dei Ministeri della Salute locali.
Il centro di raccolta dati the Kidney Disease Data Center – KDDC costituito preso il nostro
Laboratorio ha implementato uno strumento informatico che permetta la raccolta facile (via email) dei dati clinici provenienti dai diversi paesi, e poi di effettuare analisi statistiche in modo
da ottenere report affidabili da sottoporre all’attenzione del personale medico. Abbiamo già
raccolto dati dai centri partecipanti di Moldova, Bolivia, Nepal e Cina, mentre altri paesi si
stanno attivando per iniziare il programma (Marocco, Mongolia, Mozambico, Messico,
Argentina). Sarà quindi possibile monitorare l’andamento del programma nei vari centri
coinvolti, mettendo in luce le necessità e le peculiarità dei singoli paesi.
Ricostruzione tridimensionale e simulazione emodinamica di segmenti
vascolari da indagini CT e MR
L'evidenza che le placche aterosclerotiche si formano principalmente nelle ramificazioni del
circolo arterioso ha portato a ipotizzare che condizioni emodinamiche "disturbate" favoriscano
l'insorgenza dell'aterosclerosi. Inoltre, è stato evidenziato come anche l'iperplasia intimale,
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RAPPORTO ATTIVITA’
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IRFMN
causa di fallimento di graft e fistole arterovenose, sia localizzata in corrispondenza di zone con
emodinamica complessa. Analogamente, studi sulla formazione, sulla localizzazione e sulla
crescita degli aneurismi cerebrali inducono a considerare l'emodinamica come un importante
fattore nello sviluppo della patologia. Data l'influenza della forma del vaso sull'emodinamica, è
importante disporre di metodi accurati e veloci di ricostruzione geometrica. Le tecniche
angiografiche moderne, come la tomografia assiale computerizzata (CT) e la risonanza
magnetica (MR), permettono di ottenere informazioni dettagliate sulla struttura dei vasi. Nel
nostro laboratorio abbiamo sviluppato tecniche per la ricostruzione tridimensionale, l'analisi
geometrica, la generazione di griglie computazionali e la simulazione fluidodinamica di tratti
vascolari da angiografie CT e MR. Le immagini CT e MR, trasferite dalle apparecchiature di
acquisizione su calcolatore, vengono processate con algoritmi di modellazione per generare
superfici tridimensionali che riproducono l'interfaccia tra parete vascolare e lume del vaso.
L'accuratezza della ricostruzione è stata validata sperimentalmente. Sui modelli generati
vengono poi effettuate misure accurate utilizzando algoritmi di geometria computazionale. I
segmenti vascolari studiati hanno riguardato principalmente gli aneurismi cerebrali, fistole
arterovenose e i loop graft per emodialisi. Le patologie indagate sono state l'aterosclerosi,
l'iperplasia intimale, la formazione di aneurismi cerebrali e l'arterite di Takayasu, una malattia
rara a carico del sistema vascolare.
Quantificazione di strutture anatomiche da indagini CT e MR
L'introduzione nella clinica di tecniche di imaging non invasive e tridimensionali, come la
tomografia assiale computerizzata (CT) e la risonanza magnetica (MR), ha fornito la possibilità
di analizzare la struttura anatomica di organi con elevato dettaglio. La non-invasività di tali
tecniche permette di estendere l'osservazione a popolazioni di pazienti seguiti nel tempo. La
valutazione dell'evolvere di patologie o dell'efficacia di trattamenti richiede spesso una
quantificazione della morfologia delle strutture indagate che non può essere svolta unicamente a
livello visivo. Abbiamo quindi sviluppato tecniche di quantificazione basate su immagini dotate
di alta accuratezza e riproducibilità. Esse sono in corso di applicazione su pazienti affetti da rene
policistico (autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD) volto a testare l'efficacia e
la sicurezza di alcuni trattamenti. I volumi del rene e delle sue principali componenti tessutali
(cisti e parenchima) sono stati quantificati a partire da immagini CT o RM.
Sviluppo di un dispositivo per il trapianto di isole pancreatiche
immunoisolate
Il trapianto di isole pancreatiche immunoisolate è una valida strategia per il trattamento del
diabete insulino-dipendente perché le isole possono garantire un’appropriata produzione di
insulina e i sistemi di immunoisolamento sono in grado di prevenire il rigetto perché
impermeabili alle cellule del sistema immunitario dell’ospite. Nei nostri laboratori abbiamo
sviluppato due sistemi di immunoisolamento per il trapianto di isole pancreatiche di origine
bovina in ratti diabetici. Un sistema è costituito da un dispositivo di fibre cave affiancate
parallelamente con una geometria piana che ne facilita l’impianto sottocute sul dorso e il
recupero. I risultati dei trapianti con i dispositivi hanno dimostrato che le isole contenute nel
dispositivo sono vitali e funzionanti per un periodo di tempo di circa 20 giorni e la membrana
garantisce un’immunoprotezione alle isole bovine. Il secondo sistema è costituito da
microcapsule di alginato, un polisaccaride derivante dalle alghe che è in grado di proteggere le
isole dall’attacco del sistema immunitario. Le microcapsule sono state impiantate nella cavità
peritoneale di ratti diabetici. Le microcapsule contenenti isole bovine normalizzano i livelli di
glucosio nel sangue per diverse settimane. Per valutare se la perdita di funzionalità delle isole
contenute nei sistemi di immunoisolamento utilizzati è dovuta ad una scarsa ossigenazione,
abbiamo studiato il consumo di ossigeno da parte delle isole pancreatiche all’interno dei
dispositivi confrontandolo con il consumo di ossigeno da parte di isole libere. I risultati hanno
dimostrato che i dispositivi permettono un’adeguata diffusione dell’ossigeno. Gli obiettivi che
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ci proponiamo sono quelli di migliorare la funzionalità dei dispositivi valutando nuove fibre con
porosità maggiore che consentano una maggiore durata dei dispositivi a fibre cave e di
ottimizzare i trapianti con le microcapsule valutando le condizioni ottimali per ridurre il numero
di isole da trapiantare.
Programma di trapianto di isole pancreatiche nel paziente diabetico
insulino-dipendente
Recenti studi clinici hanno dimostrato che il trapianto di isole pancreatiche in pazienti diabetici
può indurre la normoglicemia evitando la somministrazione di insulina e i frequenti controlli
della glicemia richiesti dal trattamento convenzionale. Questo tipo di trapianto è molto efficace
se viene impiantato un numero sufficiente di isole pancreatiche. Un numero di circa 10000 isole
equivalenti/Kg del ricevente è necessario per raggiungere l’indipendenza dall’insulina, anche se
sono necessari due o più trapianti per raggiungere una tale numerosità. La nostra ricerca è stata
quindi finalizzata al miglioramento delle tecniche di isolamento e purificazione per ottenere il
maggior numero di isole da un solo pancreas umano. Abbiamo introdotto un sistema che ci
permette di mantenere l’organo ad una temperatura controllata di 4°C per tutta la durata della
pulizia dell’organo e un sistema per perfondere il pancreas con l’enzima di digestione ad una
pressione controllata per evitare traumi al tessuto pancreatico. Per valutare la vitalità delle isole
ottenute e quindi avere una stima precisa del numero di isole vitali che si trapianteranno
utilizziamo sostanze fluorescenti, in grado di colorare di verde il citoplasma della cellula viva e
di rosso il nucleo delle cellule morte. Grazie poi all’analisi al microscopio confocale siamo in
grado di quantificare le cellule vive o morte nelle isole. Obiettivo dei prossimi mesi è quello di
valutare le condizioni migliori per il mantenimento in coltura del materiale cellulare per uso
clinico.
Differenziazione di cellule del pancreas precursori delle cellule beta
Il diabete di tipo I è caratterizzato da distruzione autoimmnune delle cellule beta delle isole
pancreatiche, con conseguente deficit di insulina e completa dipendenza dalla somministrazione
di insulina esogena. La cura per il diabete di tipo I viene dal trapianto di nuove cellule beta, ma
questa procedura risente della scarsità di donazioni di pancreas rispetto ai potenziali riceventi.
Nei nostri laboratori abbiamo studiato la metodica per sviluppare beta-cellule sostitutive a
partire da cellule progenitrici contenute nel tessuto esocrino o presenti nelle isole pancreatiche
di origine bovina o di ratto. Le cellule ottenute contenenti insulina sono poche rispetto alle
cellule beta contenute nelle isole pancreatiche. L’obiettivo che ci proponiamo è quello di
aumentare la quantità di cellule differenziate sviluppando nuove strategie per selezionare le
cellule progenitrici del pancreas.
Trapianto di isole pancreatiche in modelli singenici e allogenici
Studi recenti hanno dimostrato che il trapianto delle isole pancreatiche può essere un’alternativa
efficace e più sicura al trapianto di pancreas. Nei nostri laboratori abbiamo sviluppato la
metodica di isolamento di isole pancreatiche di ratto che consiste nella digestione enzimatica del
pancreas e successiva purificazione. Le isole così ottenute sono trapiantate sotto la capsula
renale di ratti resi diabetici con singola iniezione di streptozotocina. Utilizziamo due modelli di
trapianto: singenico e allogenico. Nel trapianto singenico ratti fratelli vengono utilizzati come
donatore e ricevente. In questo modello le isole trapiantate inducono nel ricevente una
condizione di normoglicemia che si mantiene per mesi. Nel trapianto allogenico il donatore e il
ricevente sono di ceppo differente e il trapianto delle isole sotto la capsula renale induce
condizioni di normoglicemia, mantenute per lungo tempo grazie anche alla somministrazione di
Ciclosporina come farmaco immunosoppressore. La messa a punto di queste tecniche ha lo
scopo di sviluppare nuove strategie atte ad aumentare la sopravvivenza e la funzionalità delle
isole pancreatiche.
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Ingegneria del tessuto vascolare
Le protesi vascolari artificiali possono essere impiegate nei pazienti solo se di calibro superiore
a sei millimetri. Protesi artificiali di calibro inferiore sono soggette ad elevato rischio
trombotico. Per questo motivo si sta cercando di sviluppare in laboratorio un sostituto vascolare
biologico bioartificiale, ossia una protesi realizzata con le tecniche dell'ingegneria dei tessuti.
Nei nostri laboratori sono in corso ricerche basate sull'utilizzo di una matrice di acido ialuronico
esterificato come materiale biodegradabile per la generazione di costrutti vascolari. Abbiamo
definito le condizioni di coltura e di semina sia di cellule muscolari lisce che di cellule
mesenchimali del midollo. Per ottenere un adeguato condizionamento del costrutto tubolare
abbiamo realizzato un nuovo tipo di bioreattore a rotazione che permette di coltivare la protesi
bioartificiali in modo semplice ma efficace permettendo di limitare l’apoptosi e favorire la
deposizione di matrice.
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