16 Marzo 2007- Fiera della Microelettronica, Vicenza.
Atti del convegno: “Microsistemi e sensori microelettronici per nuove applicazioni industriali”
Intervento dal titolo
Microsistemi per manipolazione di cellule in
vitro
A cura di
Giorgio Cellere
Biosilab di Rovereto
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Atti del convegno: “Microsistemi e sensori microelettronici per nuove applicazioni industriali”
MICROSISTEMI PER MANIPOLAZIONE DI CELLULE IN VITRO
Biosilab nasce dall’idea di miniaturizzare su di un chip di silicio alcune funzioni
eseguite abitualmente su colture di cellule, permettendo così di lavorare su una
singola cellula anziché su una popolazione.
La membrana cellulare normalmente non viene attraversata dalle molecole che
la circondano, a meno che non lo permetta la presenza di proteine dedicate ed
estremamente selettive. Tuttavia, è interessante per molti fini di ricerca
introdurre all’interno di cellule coltivate in vitro delle molecole estranee alla
cellula, ad esempio per testare un candidato farmaco, oppure per forza la
cellula a esprimere o non esprimere un certo gene. Questa operazione è
denominata transfezione, e può essere ottenuta con molti mezzi. Quasi tutte
queste tecniche lavorano però su intere popolazioni di cellule, pertanto non è
possibile controllare il grado di transfezione della singola cellula: alcune delle
cellule trattate verranno transfettate con elevata efficienza, alcune non
verranno transfettate, molte muoiono. Esistono alcune tecniche di
microiniezione che permettono di operare sulla singola cellula, ma sono
costose, complesse, e hanno una resa molto bassa. La tecnologia di Biosilab
fornisce una risposta a tutti questi problemi utilizzando una tecnologia
microelettronica, derivata da quella utilizzata per realizzare i “comuni” circuiti
integrati. Utilizzando queste tecnologie è infatti possibile integrare in un chip
di silicio una matrice di elettrodi microscopici. Il chip di silicio viene quindi
inserito in un sistema più complesso, e viene sottoposto a trattamenti specifici.
A questo punto è possibile coltivare sulla superficie del microchip cellule
prelevate da tessuti o ottenute da linee cellulari immortalizzate. Queste cellule
crescono in contatto con i microelettrodi integrati nel chip: lo stretto contatto
cellula-microelettrodo consente il trasferimento di segnali elettrici in entrambe
le direzioni (da cellula a microelettrodo e da microelettrodo a cellula).
Sfruttando opportunamente queste proprietà è possibile selezionare la cellula
che interessa tramite osservazione al microscopio, e, in una specie di gioco di
battaglia navale, transfettarla lasciando inalterate tutte le sue vicine. Per capire i
vantaggi di questa tecnica si pensi ad esempio alle possibilità aperte dal
“colpire” solo il neurone a valle o a monte di una sinapsi.
Il laboratorio di ricerca e sviluppo occupa ad oggi quasi esclusivamente le
attività dell’azienda. Nel laboratorio si sviluppano due attività. La prima è di
carattere ingegneristico: si disegnano e progettano i chip, i sistemi di controllo,
il software, i processi di lavorazione dedicati. La manifattura viene mantenuta
per quasi tutti questi aspetti all’esterno, presso ditte specializzate che abbiano
il know-how e le risorse necessarie (aspetto questo particolarmente gravoso nel
caso della produzione dei chip microelettronici), che lavorano su nostre
specifiche. Tuttavia, la maggior parte degli aspetti tecnologici del biochip
hanno richiesto uno sviluppo ad hoc. Ad esempio, un dispositivo realizzato con
tecnologie microelettroniche standard (come quelle dei circuiti integrati
utilizzati per i PC od i cellulari) verrebbe distrutto in brevissimo tempo da una
coltura cellulare, peraltro senza essere biocompatibile (quindi portando alla
morte delle cellule). Questo ha richiesto quindi un grande sforzo di ricerca e
sviluppo, tuttora in corso, che abbiamo portato avanti sia internamente che
esternamente, con i nostri fornitori e con diversi centri di ricerca pubblici con
cui collaboriamo attivamente. Tra questi in particolare vanno segnalate la
strettissima collaborazione in corso con ITC-irst e quella con l’Università di
Padova. Il secondo aspetto su cui lavora il laboratorio è di tipo biologico:
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si sperimentano le soluzioni innovative, si sviluppano protocolli di utilizzo del
prodotto, si effettuano prove di validazione scientifica delle capacità della
tecnologia. Infine, viene progettato e sviluppato il sistema di controllo,
comprensivo di hardware e software, che permette all’utente di utilizzare in
modo semplice una tecnologia di per sé complessa.
Contatti:
Giorgio Cellere
BiosiLab s.r.l.
Via Zeni 8, mod. 38, 38068 Rovereto (TN)
Tel./Fax: (+39) 0464 443230
Email:[email protected] Web:http://www.biosilab.com/contact.htm
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