Abstract
I progressi della medicina personalizzata e di precisione consentono di adattare l’approccio clinico, a seconda della composizione del DNA dei pazienti e dei problemi di espressione genetica. La biopsia liquida e la possibilità di utilizzare biomarcatori scelti da fluidi biologici potrebbero contribuire fortemente al miglioramento di metodi sempre più specifici al paziente, evitando di ricorrere a test invasivi e biopsie su tessuti. Tra le specie più importanti coinvolte nell’interazione cellulare ci sono le vescicole extracellulari (EVs) che risultano di particolare interesse in quanto potenziali biomarcatori, sebbene la loro completa conoscenza ed utilizzo siano ostacolati dalla mancanza di procedure standard. In effetti, le tecniche disponibili per il loro isolamento, arricchimento e separazione spesso risultano dispendiose sia a livello di strumentazione utilizzata che a livello di tempo richiesto e in più necessitano di grandi quantità di campione. Inoltre, la caratterizzazione delle EVs richiede numerosi step di pretrattamento del campione, come la centrifugazione, che può influenzare la stabilità, la dimensione e il rilascio del loro contenuto. La mancanza di tecnologie per l’analisi di questo tipo di campione, nella sua complessità ed eterogeneità, non permette di ottenere tutte le informazioni possibili, sia in applicazioni diagnostiche che di ricerca medica. RESOLVE mira a risolvere l’eterogeneità delle EVs superando le limitazioni imposte dai metodi di analisi standard. In particolare, usando il frazionamento in campo flusso (4F) e una rivelazione “on-chip” per la completa caratterizzazione, il nostro scopo è costruire un dispositivo da banco in grado di identificare una serie di biomarker associati alla dimensione e alle differenti funzioni delle sottoclassi di EVs, personalizzabile in base alle esigenze cliniche. Un punto chiave sarà l’impegno nell’eliminare tutte le procedure di trattamento del campione ad alto impatto per operare nelle condizioni più native possibili, riducendo il tempo e i costi, preservando la morfologia e le proprietà delle vescicole.
Risultati raggiunti
Il progetto RESOLVE ha raggiunto gli obiettivi previsti sviluppando una piattaforma integrata per l'analisi nativa delle vescicole extracellulari (EVs), in grado di ridurre drasticamente le fasi di pretrattamento del campione e preservarne l'integrità strutturale e funzionale. L'approccio ha combinato il frazionamento in campo flusso (Flow Field-Flow Fractionation, FFF) con sistemi di rivelazione multiparametrica e sensori microfluidici "lab-on-chip", realizzando una strategia innovativa per l'isolamento, la caratterizzazione e la profilazione delle sottopopolazioni di EVs. Sono stati sviluppati workflow privi di centrifugazione per l'analisi di terreni di coltura condizionati e di campioni biologici complessi, dimostrando la possibilità di ottenere informazioni affidabili anche da ridotti volumi di plasma e da matrici ad elevato valore clinico quali il liquido cerebrospinale. La piattaforma multidetection basata su AF4/HF5 ha consentito la separazione nativa delle sottopopolazioni di EVs, la determinazione dei parametri dimensionali e morfologici e la validazione biochimica dei principali biomarcatori, preservando l'integrità delle vescicole e riducendo gli artefatti introdotti dai metodi convenzionali di isolamento. Inoltre, è stata sviluppata una configurazione innovativa ad alta capacità di iniezione che permette l'analisi diretta di campioni non processati, aumentando la scalabilità della piattaforma e riducendo ulteriormente tempi e manipolazioni. Parallelamente è stato progettato e validato un dispositivo microfluidico integrato con sensori elettrochimici e ottici in grado di rilevare pannelli di biomarcatori di superficie e intravescicolari delle EVs con elevata sensibilità, consentendo l'analisi diretta di campioni biologici con preparazione minima. La piattaforma ha dimostrato la fattibilità dell'identificazione di differenti sottopopolazioni di EVs e del controllo dell'integrità del campione, ponendo le basi per future applicazioni di biopsia liquida, medicina personalizzata e dispositivi point-of-care. Il progetto ha inoltre consolidato un'infrastruttura analitica multidisciplinare attraverso la stretta integrazione tra caratterizzazione fisico-chimica, biosensing e validazione biologica, favorendo lo sviluppo di metodologie trasferibili alla pratica clinica. I risultati sono stati diffusi mediante pubblicazioni scientifiche, articoli di revisione, contributi a congressi internazionali e collaborazioni con partner industriali, contribuendo all'avanzamento delle tecnologie per la biopsia liquida e la caratterizzazione delle vescicole extracellulari.Project details
Unibo Team Leader: Valentina Marassi
Unibo involved Department/s:
Dipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician"
Coordinator:
CNR - Consiglio Nazionale delle Ricerche(Italy)
Total Unibo Contribution: Euro (EUR) 72.000,00
Project Duration in months: 24
Start Date:
28/09/2023
End Date:
28/02/2026
