Inizio progetto gennaio 2025
SINTESI
La ricerca di soluzioni terapeutiche mirate a favorire la rigenerazione dei tessuti ossei nel settore ortopedico è spesso ostacolata dall a insorgenza delle infezioni batteriche, che rappresentano una sfida cruciale, considerando i dati allarmanti sulla diffusione dell’antibiotico resistenza. Le fratture esposte, in particolare, presentano un alto rischio di contaminazione, frequentemente dovuto a patogeni gram-positivi, in particolare gli stafilococchi. Le complicanze più serie derivano dalle infezioni da biofilm e dalle pseudoartrosi settiche. Il progetto in questione mira allo sviluppo di nuovi materiali compositi funzionalizzati con molecole antimicrobiche di origine naturale e di recente scoperta per il trattamento delle fratture infette, al fine di promuovere la guarigione ossea combattendo contemporaneamente l’infezione ossea.
Due nuove molecole antimicrobiche appartenenti a classi chimiche diverse da quelle degli antibiotici attualmente in uso sono stati recentemente isolate da FIIRV attraverso lo screening mirato di estratti microbici attivi con particolare focus su S. aureus meticillino- resistente (MRSA) e S. epidermidis. Il primo è un aza-hexaphene (policiclico aromatico) denominato FIIRV 103-33 ed ha una eccellente attività contro molti Gram positivi come tutti gli stafilococchi, compresi i ceppi multiresistenti (brevetto internazionale WO2020/126035 esteso EU). FIIRV ha sviluppato un metodo di produzione e sono in corso attività di ottimizzazione della molecola per migliorarne la biodisponibilità e l'efficacia in vivo. La seconda molecola è FIIRV 104-18, un complesso di cinque fattori che presentano uno scheletro di benzonaftacene chinone attivo su patogeni Gram-positivi inclusi MRSA e S. epidermidis (brevetto WO2017/093114, concesso in Australia, Canada, Singapore e in corso di convalida in EU). Lo sviluppo punta a migliorarne le caratteristiche chimico-fisiche, attraverso modifiche strutturali in grado di aumentarne la biodisponibilità, e ottenere un candidato per uso clinico.
L'Università degli Studi dell'Insubria (UNINS) collabora con FIIRV nel processo di ottimizzazione dei due prodotti naturali derivati da processi fermentativi, fornendo supporto nel miglioramento delle linee di microrganismi produttori, nella realizzazione di studi genetici, biosintetici e di processo, oltre a valutazioni di citotossicità e attività microbiologica in vitro su isolati clinici resistenti.
Nel contesto di veicolo locale di antibiotici e stimolazione della rigenerazione ossea, il bioprinting, ovvero la biofabbricazione tramite tecnologie di stampa 3D, emerge come un promettente campo di applicazione della medicina rigenerativa, consentendo la produzione di costrutti tessutali 3D per applicazioni in ortopedia. Questa tecnologia innovativa può generare costrutti di tessuto vitale con geometrie complesse depositando con precisione materiali che supportano molecole attive in modo automatizzato e riproducibile e personalizzabile, cosa difficile da ottenere con i tradizionali metodi di produzione di biomateriali.
OBIETTIVO
RSO 1.1 Sviluppare e rafforzare le capacità di ricerca e di innovazione e introduzione di tecnologie avanzate
L’obiettivo è creare uno scaffold 3D personalizzato e funzionalizzato con nuovi antimicrobici, per curare infezioni ortopediche nei processi di rigenerazione dell’osso. Si combinerà il supporto meccanico con le proprietà antisettiche per contrastare efficacemente le osteomieliti. Il materiale sarà saggiato in vivo in modelli animali di infezione. I risultati potranno essere utilizzati per gli studi clinici con un impatto significativo nel settore ortopedico.
CAPOFILA
Fondazione Istituto Insubrico di Ricerca per la Vita (Varese)
PARTNER
Ente Ospedaliero Cantonale (Cantone Ticino)
IRCCS Ospedale Galeazzi – Sant’Ambrogio (Milano)
Università degli Studi dell’Insubria - Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita (Varese)
Associazione Life Sciences Competence Center (Cantone Ticino)
Swiss Stem Cells Biotech AG, Succursale di Vacallo (Cantone Ticino)
BUDGET
997.498,01 €
250.000,00 CHF (contributo svizzero)
RILEVANZA E CONTESTO
Il progetto rappresenta un'opportunità unica per affrontare sfide sanitarie e demografiche condivise nel territorio italo-svizzero di riferimento, promuovendo al contempo l'innovazione, la cooperazione transfrontaliera e lo sviluppo economico sostenibile. Il partenariato italo-svizzero individuato attiverà la cooperazione transfrontaliera nel campo della medicina personalizzata e di precisione, grazie alla ricerca scientifica applicata alla costruzione di biomateriali da utilizzare in campo ortopedico. Questi temi sono coerenti con l’area di Programma che è caratterizzata da un forte impegno nella ricerca e sviluppo tecnologico con l’obiettivo finale di migliorare la qualità delle cure e la salute della popolazione. Nonostante, infatti, i miglioramenti nelle tecniche chirurgiche e nella prevenzione antinfettiva, le infezioni ossee costituiscono ancora la causa principale di insuccesso degli impianti e degli interventi di revisione, comportando significativi costi clinici ed economici. Il trattamento delle infezioni ossee può costare tra 3 e 4 volte più di un intervento chirurgico primario, con un evidente impatto sui costi di degenza e sulla qualità della vita dei pazienti. Nell’area italo-svizzera, l’incidenza delle infezioni ortopediche è in deciso aumento a causa della diffusione in ambiente ospedaliero dei batteri resistenti ai comuni trattamenti antibiotici. Come infatti riportato nel registro nazionale svizzero delle chirurgie di anca e ginocchio, ben il 20% dei 28’000 interventi di revisione di protesi, eseguiti dal 2012 al 2021 in Svizzera, è dovuto ad infezioni ortopediche. Inoltre, l’utilizzo di protesi ortopediche spesso determina un’incidenza maggiore degli episodi di infezione post-operatoria (rispetto ad altri tipi di interventi chirurgici) per lo sviluppo non controllato di biofilm batterici sugli impianti. I biofilm batterici sono strutture tridimensionali in cui le cellule si organizzano in una sorta di cooperazione strutturale e metabolica che le rende particolarmente resistenti anche ai comuni trattamenti antisettici utilizzati nella preparazione e utilizzo degli impianti. All’incidenza crescente delle infezioni ortopediche nel territorio di riferimento, contribuisce anche l'invecchiamento della popolazione che rappresenta una sfida comune per le politiche di welfare e per la gestione delle spese sanitarie. Bisogna infatti considerare che le malattie correlate all'età (cardiovascolari, immunologiche, autoimmuni ecc.) favoriscono significativamente lo sviluppo di infezioni a seguito di interventi ortopedici, che d'altronde sono sempre più comuni in una popolazione che invecchia come quella presente nel territorio di riferimento di questo progetto. La ricerca proposta in questo progetto per la realizzazione di un biomateriale innovativo combinando le tecnologie avanzate di stampa 3D con nuove molecole antimicrobiche di origine naturale recentemente scoperte e brevettate, permetterà di svilupparne e valutarne l’efficacia ed il possibile uso clinico, attivando una rete cooperativa transfrontaliera atta allo sviluppo delle fasi cliniche di sperimentazione, attirando l’interesse di stakeholder, di possibili finanziatori, stimolando la eventuale creazione di start-up e la collaborazione tra ospedali, istituti di ricerca e piattaforme industriali.
Il progetto si propone di sviluppare e implementare soluzioni innovative nel campo della medicina rigenerativa, con un focus particolare sulla tecnologia di stampa 3D per la creazione di biomateriali avanzati e la produzione di nuove molecole antimicrobiche di origine naturale destinate al trattamento di infezioni ortopediche complesse. La ricerca sui nuovi materiali compositi porterà allo sviluppo tecnologico di un biomateriale innovativo funzionalizzato con molecole antimicrobiche di origine naturale recentemente scoperte e brevettate. La ricerca di processo porterà alla produzione di queste nuove molecole antimicrobiche a partire dai microorganismi produttori individuati, ottimizzando la loro preparazione e formulazione con approcci di tipo genetico e fisiologico.
GRUPPI TARGET
Ospedale e centro medico
Cittadini
Centro di istruzione/formazione e scuola
PIANO DI LAVORO
La preparazione delle molecole FIIRV103-33 e 104-18 in quantità e qualità adeguate e riproducibili, e la loro formulazione in una forma solubile per l’assorbimento sui materiali stampati in 3D sono obiettivi necessari per le successive attività del progetto. Segue la realizzazione di scaffold polimerici su cui verranno poi assorbiti i prodotti antimicrobici FIIRV103-33 e FIIRV 104-18. Tali scaffold saranno generati mediante stampa 3D per poi essere innestati e saranno appositamente disegnati per l’impianto nell’animale. Il terzo obiettivo è valutare l'attività antimicrobica in vitro delle molecole generate da FIIRV in particolare su microrganismi ricorrenti nelle infezioni ortopediche ed in grado di formare biofilm sul materiale utilizzato per le protesi. Segue l'attività di combinazione di prodotti antimicrobici prodotti da FIIRV con gli scaffold prodotti da EOC. Infine si avrà lo studio di efficacia in vivo su modello animale di infezione ortopedica e traslabilità clinica.
RISULTATI
Il risultato è dato dai materiali biopolimerici composti da molecole FIIRV103-33 e 104-18 innestati su scaffold 3d, testato in fase pre clinica. Lo scaffold 3D personalizzato e funzionalizzato con nuovi antimicrobici, avente scopo di curare infezioni ortopediche nei processi di rigenerazione dell’osso.
Alla conclusione del progetto per le caratteristiche dello stesso, i sei partner continueranno a collaborare al fine di poter far avanzare il risultato di progetto (scaffold con molecole antimicrobiche) nella sua naturale evoluzione di sviluppo. I partner si impegnano a trovare un impegno per accordarsi su come tutelare le proprie proprietà intellettuali in riferimento al risultato delle soluzioni sviluppate dal progetto.
Nell'attività di sviluppo sono comprese due organizzazioni che sono definite PMI e che hanno introdotto un’innovazione a livello di prodotto: scaffold su cui si innestano molecole antimicrobiche. Sono in particolare la Fondazione Istituto Insubrico di Ricerca per la VitaFIIRV e Swiss Stem Cells Biotech.