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SBSC Dipartimento di Scienze Biomediche Sperimentali e Cliniche
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NANOTREAT

Progetto “NANOTREAT” (Regione Toscana): descrizione sintetica

 

REGIONE TOSCANA. POR FESR 2007-2013, attività 1.1.c

Titolo del progetto: “Valutazione dell'impiego di nanoparticelle d'oro funzionalizzate per diagnostica e terapia dei tumori”

 

Partners

Capofila: ECOBIOSERVICES AND RESEARCHES SRL

Altri partners:

1) Dipartimento di Fisiopatologia Clinica, Università di Firenze (DFC), ora Dip. di Scienze Biomediche Sperimentali e Cliniche “Mario Serio”

2) Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara”, CNR, Sesto Fiorentino (IFAC-CNR)

Il partner DFC ha operato come coordinatore della componente universitaria (Università di Firenze), comprendente anche il Dip. di Chimica (Prof. Luigi Messori), il Dip. di Farmacologia (Prof. Enrico Mini) ed il Dip. di Chirurgia e Medicina Traslazionale (Prof. Paolo Bechi).

Immagine TEM delle nanoparticelle d’oro utilizzate nel progetto Nanotreat– 500 x 650 nm^2 (partner IFAC-CNR)

 


Descrizione del progetto

Il progetto si è basato sulla produzione e valutazione del potenziale applicativo in ambito biomedico di nanoparticelle d’oro (Gold Nano-Particles, GNP) di forma cilindrica, tali da possedere proprietà di assorbimento della luce nel vicino infrarosso, dove i tessuti biologici hanno la massima trasparenza, caratteristica che ne permette l’uso in ambito fototerapico.

In particolare è stato possibile:

  • Sintetizzare e caratterizzare diverse soluzioni di nano cilindri d’oro di differenti forme
  • Funzionalizzare le GNP con vari ligandi e farmaci, in particolare con affinità per antigeni di interesse biomedico ed ambientale
  • Studiare le interazioni tra le GNP funzionalizzate e non, e colture cellulari endoteliali e tumorali stabilizzate. Valutare l’effetto dell’ipertermia sotto irraggiamento laser di cellule tumorali in presenza di GNP
  • Valutare la stabilità delle caratteristiche ottiche e biochimiche di soluzioni di GNP in fluidi biologici e studiarne gli effetti citotossici.
  • Mettere a punto tecniche spettroscopiche e di imaging ottico a fini diagnostici e terapeutici, in particolare per la localizzazione delle GNP in coltura cellulare e studiarne la distribuzione nei mezzi intra ed extracellulari

 

Negli ultimi mesi del progetto è stato possibile effettuare una prima sperimentazione su un modello di tumore in piccolo animale (topo nudo), studiando la bio-distribuzione delle GNP in seguito ad una loro iniezione intravenosa (i.v.).

 

NANO TREAT ha consentito la creazione di un ventaglio di tecnologie inerenti alla preparazione e sfruttamento del potenziale biomedico di particelle plasmoniche: 

 

  • Sintesi di particelle d’oro innovative con bande plasmoniche nella finestra del vicino infrarosso tra 700 e 900 nm e affinità per antigeni di interesse biomedico e ambientale, quali CA125 e anidrasi carbonica IX. Possibilità di coniugazione con vari ligandi e farmaci.
  •  Concetti e metodi spettroscopici e microscopici innovativi per l’analisi e il rilevamento delle particelle e relative interazioni con sorgenti laser sia in continua sia pulsate, fantocci bio mimetici e colture cellulari.
  •  Compatibilità con le applicazioni biomediche: stabilità delle proprietà ottiche e biochimiche in soluzioni proteiche e fluidi biologici ed assenza di tossicità in una molteplicità di modelli in vitro.
  •  Veicolazione e specificità delle particelle per cellule maligne in vitro. Rimozione di queste cellule per ipertermia ottica in condizioni minimamente invasive in due modelli complementari: tumore ovarico positivo per CA125 e carcinoma della mammella e del colon in condizioni di ipossia inducenti l’espressione di CA IX.
  •  Prove preliminari ad ulteriori sviluppi in vivo: compatibilità delle particelle con il sangue in termini di interazioni con macrofagi ed eritrociti, bio-distribuzione delle particelle in ratto a seguito di somministrazione IV, sviluppo di modelli e protocolli per la verifica dell’ipertermia ottica in topi immuno-compromessi e affetti da tumore.

 

Rivelazione della presenza di nanoparticelle con metodi spettrali (gruppo Fisica Medica)

 


Immagine al microscopio ottico di cellule tumorali interagenti con nanorod d’oro (20x, Nikon)

 

Durante i 30 mesi di sviluppo del progetto, l’attività scientifica ha portato a:

Oltre 30 presentazioni  dei risultati a convegni nazionali e internazionali

pubblicati 15 articoli scientifici su riviste internazionali 

Un brevetto depositato il 7 Marzo 2013 tra CNR e alcuni docenti UNIFI

 

l’attivita’ di formazione puo’ essere così riassunta 

2 giovani ricercatori dedicati al progetto per un totale di 150 mesi.

12,5 Unita’ di Lavoro Annue

1 Ricercatore assunto a tempo Indeterminato

 

Attività di Disseminazione


I principali risultati riteniamo siano l’interesse dimostrato da alcune industrie per il lavoro svolto in questo progetto (In particolare Colorobbia SpA e El.En. SpA) e quello della comunità scientifica.

In virtu’ di questo si è pensato di organizzare in tarda primavera (2013) un convegno

al quale invitare rappresentanti della Regione Toscana, delle istituzioni accademiche, degli enti pubblici di ricerca e delle principali industrie di Fotonica e nanotecnologie della Regione. In questo convegno sono stati presentati i principali risultati ottenuti e sono state indicate le priorità di ricerca per il futuro.

presentazione del convegno

Le attività svolte durante il progetto Nanotreat hanno portato alla pubblicazione di articoli scientifici su riviste internazionali peer reviewed, nonché a comunicazioni in congressi di carattere nazionale ed internazionale. Tale attività non si è esaurita all’interno della durata del progetto, ma è proseguita anche nei mesi successivi, portando anche alla stesura di successivi progetti grazie alle sinergie createsi fra i partner. In particolare citiamo i progetti “IPERNANO” e “SYNERGY” (Regione Toscana), che hanno visto entrambi la partecipazione dei partner UNIFI e IFAC-CNR.

 

Articoli scientifici - periodo 2010-2012


1)     Ravalli, A., dos Santos, G.P., Ferroni, M., Faglia, G., Yamanaka, H., Marrazza, G., New label free CA125 detection based on gold nanostructured screen-printed electrode. Sensors and Actuators B: Chemical, in press.

2)     Taleat, Z., Ravalli, A., Mazloum-Ardakani, M., Marrazza, G., CA125 Immunosensor Based on Poly-Anthranilic Acid Modified Screen-Printed Electrodes. Electroanalysis 2013. 25(1), 269-277.

3)     Pratesi A, Gabbiani C, Ginanneschi M, Messori L. Reactions of medicinally relevant gold compounds with the C-terminal motif of thioredoxin reductase elucidated by MS analysis. Chem Commun (Camb). 2010;46(37):7001-3.

4)     Gabbiani C., M. A. Cinellu, L. maiore, L. Massai, F. Scaletti, L. Messori. Chemistry and biology of three representative gold (III) compounds as prospective  anticancer agents. Inorganica Chimica Acta 393 (2012) 115-124.

5)     Messori L, Balerna A, Ascone I, Castellano C, Gabbiani C, Casini A, Marchioni C, Jaouen G, Congiu Castellano X-ray absorption spectroscopy studies of the adducts formed between cytotoxic gold compounds and two major serum proteins. A. J Biol Inorg Chem. 2011 Mar;16(3):491-9.

6)     Gabbiani C, Casini A, Kelter G, Cocco F, Cinellu MA, Fiebig HH, Messori L. Mechanistic studies on two dinuclear organogold(III) compounds showing appreciable antiproliferative properties and a high redox stability.. Metallomics. 12 (2011) 1318-23.

7)     Gabbiani C, Messori L. Protein Targets for Anticancer Gold Compounds: Mechanistic Inferences. Anticancer Agents Med Chem. 2011; 11(10):929-39.

8)     Ratto F, Matteini P, Centi S, Rossi F, Pini R. ‘Gold nanorods as new nanochromophores for photothermal therapies’ J Biophotonics 2010, 4 64-73

9)     Matteini P, Ratto F, Rossi F, Centi S, Dei L, Pini R. ‘Chitosan films doped with gold nanorods as laser-activatable hybrid bioadhesives’. Adv Mater 2010, 22 4313-4316

10)  Ratto F, Matteini P, Cini A, Centi S, Rossi F, Fusi F, Pini R ‘CW-laser induced photothermal conversion and shape transformation of gold nano-dogbones in hydrated chitosan films’ J Nanopart Res 2011, 13 4337-4348

11)  Mercatelli R, Romano G, Ratto F, Matteini P, Centi S, Cialdai F, Monici M, Pini R, Fusi F ‘Quantitative measurement of scattering and extinction spectra of nanoparticles by darkfield microscopy’ Appl Phys Lett 2011, 99 131113

12)  Matteini P, Ratto F, Rossi F, Pini R ‘Emerging concepts of laser-activated nanoparticles for tissue bonding’ J Biomed Opt 2012,17 010701

13)  Matteini P, Ratto F, Rossi F, de Angelis M, Cavigli L, Pini R ‘Hybrid nanocomposite films for laser-activated tissue bonding’ J Biophotonics 2012, 5 868-877

 

Articoli scientifici - periodo 2013-2015


1)  Centi et al. Journal of Nanobiotechnology 2014, 12:55

2)  F Tatini et al., Size dependent biological profiles of PEGylated gold nanorods J. Mater. Chem. B, 2014, 2, 6072

3)  F Tatini, F Ratto, S Centi, I Landini, S Nobili, E Witort, F Fusi, S Capaccioli, E Mini, R Pini, Specific markers, micro-environmental anomalies and tropism: opportunities for gold nanorods targeting of tumors in laser-induced hyperthermia, SPIE BiOS (2014), 895519-895519-8, Ed. International Society for Optics and Photonics

4)  F. Scaletti, et al., Tuning the interactions of PEG-coated gold nanorodswith BSA and model proteins through insertion of amino or carboxylate groups, J. Inorg. Biochem. (2015)

5)  F Ratto, E Witort, F Tatini, S Centi, L Lazzeri, F Carta, M Lulli, D Vullo, F Fusi, C T Supuran, A Scozzafava, S Capaccioli, R Pini...Plasmonic particles that hit hypoxic cells, Advanced Functional Materials 25 (2), 316-323

 

Comunicazioni a congressi nazionali ed internazionali


  1. Ravalli, G. Marrazza “Gold nanostructures for affinity biosensing applications”, 63rd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry (Praga, 19 – 24 Agosto 2012)
  2. Ravalli, G. P. dos Santos, H. Yamanaka, G. Marrazza. “Gold nanostructures for affinity biosensing applications”, International Conference on Electroanalysis (ESEAC) (Portorož, Slovenia, 3 – 7 Giugno 2012)
  3. Ravalli, Z. Taleat, G. Marrazza, “Electrochemical immunoassay for CA125 detection based on silver-enhanced gold nanoparticle label”, XXIII Congresso della divisione di Chimica Analitica della SCI (Isola d’Elba, 16 – 20 Settembre 2012)
  4. Ravalli, Z. Taleat, G. Marrazza, “Electrochemical immunoassay for CA125 detection based on silver-enhanced gold nanoparticle label”, XVII Congresso AISEM 2013, (Brescia, 5 – 7 Febbraio)
  5. Ravalli, G. P. dos Santos, H. Yamanaka, G. Marrazza, “Gold Nanostructures for Affinity Biosensing Applications” Congresso Nazionale SCI 2011, (Lecce, 11-16 Settembre 2011)
  6. S. Centi, F. Ratto, A. Ravalli, F. Tatini, Z. Taleat, F. Fusi, G. Marrazza, R. Pini, “Colorimetric dot assay for cancer biomarkers using gold nanorods”, Convegno Nazionale Sensori (Roma, 15 – 17 Febbraio 2012).
  7. F. Berti, A. Ravalli, M. Revenga Parra, M. Encarnación Lorenzo Abad, M. Mascini, G. Marrazza “Realization and characterization of gold nanostructures for affinity biosensor development” GS2010 - III Workshop (Università degli Studi di Firenze 26 - 28 Ottobre 2010)
  8. Federica Scaletti, Lara Massai, Fulvio Ratto,Sonia Centi,Chiara Gabbiani,Luigi Messori, “Gold nanorods for biomedical applications”  Presentazione poster 40th International Conference of Coordination Chemistry (40 ICCC) Valencia 9-13 settembre 2012, Best poster award of session D (bio-inorganic chemistry);
  9. F.Scaletti, L. Massai, C. Gabbiani, F. Tatini, F. Ratto, S. Centi, I. Landini, L. Messori.Gold nanorods for biomedical applications” Presentazione orale 12th Workshop on PharmacoBioMetallics-BIOMET12 . Padova 26- 28 ottobre 2012;
  10. Lara Massai, Federica Scaletti, Chiara Gabbiani, Luigi Messori, “Gold Compounds: New Anticancer Drug Candidates” Presentazione poster 40th International Conference of Coordination Chemistry (40 ICCC) Valencia 9-13 settembre 2012;
  11. Lara Massai “Studies of Cytotoxic Gold Compounds: Interactions with Model Proteins and with the Copper Chaperone Atox-1”. Presentazione orale 12th Workshop on PharmacoBioMetallics-BIOMET12 . Padova 26- 28 ottobre 2012;
  12. Pratesi A., Gabbiani C., Ginanneschi M., Papini A. M., Messori L.. “ Reaction of cytotoxic gold(III) complexes with the active site of thioredoxin reductase-P15”  Presentazione poster 12th Workshop on PharmacoBioMetallics-BIOMET12 . Padova 26- 28 ottobre 2012,Best poster award;
  13. Gabbiani, A. Casini, L. Maiore, M.A. Cinellu, L. Messori. “D39 Whole Action Meeting within Eurobic10”, Thessaloniky 22-25/6/10 (Poster: [Au2(phen2Me)2(μ-O)2](PF6)2, a novel dinuclear gold(III) complex showing excellent antiproliferative properties);
  14. M. Lulli, A. Lupia, R. Loffredo, E. Witort, M. Dal Monte, S. Capaccioli, Downregulation of uPAR Expression and Inhibition of Retinal Neoangiogenesis by an Antisense Oligonucleotide Targeting uPAR mRNA in a Mouse Model of Proliferative Retinopathy, American Society for Investigative Pathology - 2011 Annual Meeting at Experimental Biology, April 9-13, 2011 Washington, DC (USA)
  15. Gabbiani, A. Casini, L. Maiore, M.A. Cinellu, L. Messori. “Biomet10”, 10th Workshop on Pharmaco-Bio-Metallics, Pozzuoli, 29-31/10/2010 (Poster: [Au2(phen2Me)2(μ-O)2](PF6)2, a novel dinuclear gold(III) complex showing excellent antiproliferative properties);
  16. Gabbiani, C., Cinellu, M.A, Modesti, A., Messori, L. 3rd International Symposium on Metallomics (METALLOMICS 2011), Münster (Germany), 15-18/6/2011 (Poster: Exploring the biochemical mechanisms of cytotoxic gold compounds: a proteomic study);
  17. Gabbiani, C., Cinellu, M.A, Modesti, A., Messori, L Cost D39 Final Whole Action Meeting Metallo-Drug Design and Action, 5-6/7/2011, Dublin (Poster:. Exploring the biochemical mechanisms of cytotoxic gold compounds: a proteomic study);
  18. Gabbiani, L. Messori, A. Bindoli, M.P. Rigobello, “Biomet 11”, 11th Workshop on PharmacoBioMetallics, San Benedetto del Tronto, 28-30/10/2011 (Comunicazione orale: Thioredoxin reductase: An emerging protein target for anticancer gold compounds);
  19. Chiara Gabbiani, Alessandra Modesti, Enrico Mini, Luigi Messori, “Biomet 12”, 12th Workshop on PharmacoBioMetallics, Padova, 26-28/10/2012 (Poster: The Molecular Mechanisms of Antimetastatic Ruthenium Compounds explored through DIGE Proteomics);
  20. Federica Scaletti. “Synthesis and characterisation of gold nanorods for biomedical applications: a study of the interaction with proteins”  Presentazione poster PhD-Day3 16 maggio 2012 Polo scientifico di Sesto Fiorentino;
  21. “Lara Massai, Reaction of cytotoxic gold compounds with model proteins: insights into protein  metalation mechanisms” Presentazione poster PhD-Day3 16 maggio 2012 Polo scientifico di Sesto Fiorentino;
  22. Tatini F., Landini I., Centi S., Ratto F., Romano G., Valenti A., Mini E., Fusi F., Pini R.SOCIETÀ ITALIANA DI FOTOBIOLOGIA - CONGRESSO ANNUALE 2012, June 14-16, 2012, Padova, Italy, Toxicity and efficiency of gold nanorods for laser mediated hyperthermia of cancer,
  23. Tatini F., Landini I., Centi S., Ratto F., Romano G., Valenti A., Mini E., Fusi F., Pini R. 2012 PHOTOBIOLOGY SCHOOL - EUROPEAN SOCIETY FOR PHOTOBIOLOGY, June 18-23, 2012, Bressanone, Italy, Toxicity and efficiency of gold nanorods for laser mediated cancer hyperthermia,
  24. Ratto, S. Centi, R. Mercatelli, F. Tatini, P. Matteini, F. Rossi, G. Romano, F. Fusi, R. Pini, “Fabrication and optical stability of silanized gold nanorods as multifunctional transducers of near infrared light”, SPIE Photonics Europe 2012, Brussels, Belgium, 16-19/4/2012.
  25. Ratto, P. Matteini, F. Rossi, R. Pini, S. Centi, F. Fusi, “Fabrication, optical stability and photothermal conversion from silanized gold nanorods as multifunctional transducers of near infrared light”, Biophotonics 2011, Parma, Italia, 8-10/6/2011.
  26. Ratto, P. Matteini, F. Rossi, R. Pini, S. Centi, F. Fusi, “Near-Infrared Laser-Activable Gold Nanorods: Issues and Perspectives for Biomedical Applications”, Fotonica 2011, Genova, Italia, 9-11/5/2011.
  27. F. Ratto, P. Matteini, S. Centi, F. Rossi, F. Fusi, R. Pini, “Fabrication, bioconjugation and optical stability of silanized gold nanorods as multifunctional transducers of near-infrared light”, SPIE Photonics West, San Francisco, CA (USA) 22-27/1/2011.
  28. F. Ratto, P. Matteini, S. Centi, F. Rossi, F. Fusi, R. Pini, ‘Engineering of multi-layered nanoparticles with a NIR-sensitive core for mini-invasive imaging and therapies’, Primo workshop del gruppo biosensori ottici e biofotonica, Sesto Fiorentino, Italia, 25-26/10/2010.
  29. F. Ratto, P. Matteini, S. Centi, F. Rossi, F. Fusi, R. Pini, ‘Fabrication, bio-conjugation and photothermal conversion from porous silica-modified gold nanorods’, LALS 2010, Oulu, Finlandia 9-11/6/2010.
  30. F. Ratto, P. Matteini, S. Centi, F. Rossi, F. Fusi, R. Pini, ‘Novel NIR activatable nanoparticles with drug delivery capabilities: synthesis, bio-conjugation and stability’, Fotonica 2010, Pisa, Italia, 25-27/5/2010.
  31. S. Centi, F. Ratto, A. Ravalli, F. Tatini, R. Mercatelli, G. Romano, F. Fusi, G. Marrazza, R. Pini.Convegno Nazionale sensori. Innovazione, attualità e prospettive, Roma, 15-17 Febbraio2012. “Colorimetric dot assays for cancer biomarkers using gold nanorods”,
  32. L Cavigli, M de Angelis, F Ratto, P Matteini, F Rossi, S Centi, R Pini Optimization of the photoacoustic conversion of gold nanorods embedded in biopolymeric scaffolds, , BiOS SPIE Photonics West 2-7 February 2013, San Francisco (USA).
 
ultimo aggiornamento: 06-Ago-2015
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