Le attività sono volte:

• alla definizione dei meccanismi ezio-patogenetici delle malattie dell'apparato muscoloscheletrico di grande impatto sociale
• all'identificazione delle modificazioni locali e sistemiche che tali malattie e/o il loro trattamento determinano nell'organismo
• allo studio di molecole in grado di inibire selettivamente alcune funzioni, al fine di favorire il riparo/rigenerazione del tessuto osteocartilagineo danneggiato
• allo sviluppo di metodi e strategie terapeutiche innovative volti alla prevenzione/cura dell'osteoartrite
• all'identificazione di biomarcatori predittivi del decorso delle principali patologie osteoarticolari quali osteoartrite e artrite reumatoide
• alla definizione delle basi biologiche della risposta individuale ai farmaci.  

Attività specifiche

Caratterizzazione dei processi  infiammatori, dell’attività e progressione delle patologie osteoarticolari e della risposta terapeutica

• studi ex vivo su tessuto sinoviale di pazienti affetti da OA e AR per analizzare meccanismi molecolari e popolazioni cellulari coinvolte nello sviluppo dello stato infiammatorio e algico
• studi su modelli cellulari (di derivazione osteoarticolare e/o mesenchimale), allestiti con cellule isolate da pazienti con osteoartrite-OA o artrite reumatoide-AR, per identificare possibili bersagli terapeutici (con particolare riguardo ai meccanismi di signaling che controllano l’infiammazione e la degenerazione del tessuto cartilagineo) o per valutare l’effetto di molecole, nutraceutici o farmaci per OA e/o AR o altre patologie (vitalità, proliferazione, attività citotossica, apoptosi e azione anti-infiammatoria)
• valutazioni di fattori solubili rilasciati nel liquido sinoviale e/o nel plasma, di rilevanza per l’eziopatogenesi di OA, AR e patologie di natura genetica con coinvolgimento cartilagineo
• valutazione delle interazioni tra cellule immunitarie e cellule del tessuto osseo
• studi preclinici avanzati (terapia cellulare) su modelli animali quali terapie cellulari per il trattamento di specifiche patologie (es: malattie reumatiche, osteoartrite) e caratterizzazione del ruolo di specifici geni e proteine coinvolti nel processo patologico mediante l’utilizzo di animali transgenici (in coll.  con SSD Studi Preclinici e Chirurgici).

Analisi istologica avanzata ad indirizzo reumatologico

Dal 2003 viene svolta, in collaborazione con la SSD Medicina e Reumatologia e la SSD Anatomia e Istologia Patologica, l’attività di analisi istologica avanzata a indirizzo reumatologico effettuata su campioni di tessuto sinoviale, provenienti dalle varie Divisioni dello IOR. Tale attività prevede l'esecuzione di analisi istologiche e immunoistochimiche su tessuto sinoviale prelevato in sede chirurgica o artroscopica e con valutazione tramite uno score dei risultati,  effettuata congiuntamente dall'Anatomo Patologo e dal Reumatologo. Questo percorso si pone, come obiettivo primario, di prestare un servizio qualificato di approfondimento istologico  in campo reumatologico.

Le attività sono focalizzate: 

• alle valutazioni morfologiche, struttturali e funzionali delle interazioni tra cellule e biomateriali, con l’utilizzo di popolazioni cellulari di derivazione umana e animale (cellule mononucleate, cellule  mesenchimali da midollo osseo o tessuto adiposo, cellule dell’apparato muscoloscheletrico e/o linee cellulari)
• allo studio di modelli di coltura 2D/3D, in condizioni statiche, dinamiche e di stimolazione meccanica, con concentrazioni  di ossigeno variabili
• alla realizzazione di scaffolds funzionalizzati con cellule per applicazioni di medicina rigenerativa dell’apparato muscoloscheletrico, tramite una piattaforma di 3D bioprinting.

Attività specifiche

Rigenerazione di tessuti

• isolamento, crescita e differenziamento di cellule di derivazione umana e animale (cellule  mononucleate, cellule mesenchimali ottenute da midollo osseo o tessuto adiposo, condrociti, osteoblasti, sinoviociti, tenociti, cellule del legamento) e/o di linee cellulari
• caratterizzazione fenotipica e funzionale di singole popolazioni cellulari o in co-coltura mantenute in 2D, 3D in condizioni statiche
• sistemi dinamici di crescita in bioreattore a diverse tensioni di ossigeno e in condizioni dinamiche mediante stimolazioni meccaniche controllate da computer
• sistemi di crescita in colture 3D in condizioni di stimolo meccanico controllato.

Valutazione e monitoraggio della biosafety di prodotti per terapia cellulare  durante la manipolazione in vitro

• valutazione del potenziale replicativo cellulare e della cinetica di proliferazione cellulare
• studio delle alterazioni genetiche nel corso dell'invecchiamento cellulare e influenza dello stress ossidativo su tali processi
• analisi  del danno al DNA (analisi di instabilità dei microsatelliti, fosforilazione dell’istone H2A) e dell'attivazione dei geni coinvolti nei sistemi di riparo del DNA
• valutazione della lunghezza dei telomeri e quantificazione dell'attività ed espressione dell'enzima telomerasi.

Valutazioni strutturali, morfologiche e funzionali delle interazioni tra cellule e biomateriali (scaffolds)

• analisi delle interazioni fra  condrociti e osteoblasti, cellule mononucleate o mesenchimali con biomateriali diversi, sia in condizioni basali che durante il differenziamento in senso condrogenico o osteogenico
• realizzazione di scaffolds personalizzati e funzionalizzati con cellule per applicazioni di medicina rigenerativa dell’apparato muscoloscheletrico, tramite una piattaforma di bioprinting. Tale piattaforma consente di stampare strutture tridimensionali (3D) mediante polimerizzazione di idrogeli o polimeri naturali e sintetici, utilizzando anche immagini radiologiche acquisite tramite una TAC dual Energy. 

Analisi Morfologiche 

• inclusione, sezione e colorazione di preparati istologici
• allestimento di preparati citologici
• colorazioni immunoistochimiche ed analisi d'immagine.

Biologia cellulare

• colture primarie da tessuti normali e patologici,  colture di linee cellulari normali e trasformate
• separazioni multiple di popolazioni cellulari
• ggi di attività proliferativa e saggi di attività citolitica
• transfezione di acidi nucleici, trasduzione stabile di RNA interferenti
• reazioni immunoenzimatiche 
• dosaggi multipli di fattori solubili 
• colorazioni in immunofluorescenza  
• citometria a flusso
• flow-fish.

Biologia molecolare

• PCR (polymerase chain reaction), RT-PCR (reverse transcription-PCR), real-time PCR
• genomic expression profiling, scanning gene expression
• western blot
• ibridazione in situ 
• NGS.

L’attività di ricerca della struttura semplice “Fisiopatologia e rigenerazione del tessuto osteo-articolare”, di cui è responsabile la biologa dirigente dott.ssa Gina Lisignoli, è finalizzata a studi su tessuti muscoloscheletrici, che, in seguito all’invecchiamento, alla presenza di traumi e/o di malattie degenerative, perdono le loro caratteristiche originali e devono essere rigenerati o trattati con terapie cellulari. L’attività di ricerca è rivolta principalmente a: studi su terapie cellulari innovative, mimando lo sviluppo di patologie degenerative, come l’osteoartrite, e ricercando possibili soluzioni per contrastare il processo infiammatorio; studi di medicina rigenerativa, utilizzando tecnologie che prevedono lo sviluppo di biomateriali innovativi (costrutti 3 dimensionali -3D) che, combinati con cellule, siano in grado di favorire la rigenerazione di tessuti osteoarticolari danneggiati.

L’attività di ricerca riguarda, dunque, in particolare: la valutazione delle potenzialità delle cellule mesenchimali per rigenerare i tessuti articolari danneggiati e per contrastare l’azione di cellule del sistema immunitario (macrofagi, linfociti) coinvolte nel processo infiammatorio; la validazione di modelli preclinici in vitro di patologie degenerative (osteoartrite) utilizzando co-culture cellulari per ricreare il microambiente articolare (sinovia, cartilagine, osso) sia in condizioni statiche sia dinamiche; la valutazione di biomarcatori dei processi anabolici e catabolici dei tessuti articolari; l’individuazione di strategie per la rigenerazione dei tessuti osteoarticolari utilizzando biomateriali innovativi associati a tecnologie di stampa 3D; la valutazione dell’interazioni tra cellule e biomateriali in studi sulla capacità delle cellule mesenchimali di differenziarsi per dare origine a tessuti maturi (osso e cartilagine) utilizzando sistemi dinamici di crescita (bioreattore) e diverse tensioni di ossigeno; la valutazione dell’effetto di terapie innovative, come gli ultrasuoni, sul differenziamento cellulare e nella risposta infiammatoria (modelli 2D e 3D).

Su queste tematiche possono essere accolti studenti e dottorandi per la stesura di tesi di laurea e di dottorato di ricerca.

Ricercatori e collaboratori: Dott.ssa Elena Gabusi Dirigente Biologo, Dott.ssa Cristina Manferdini, Tecnico sanitario di Laboratorio Biomedico, la Dott.ssa Yasmin Saleh Borsista, Dott. Enrico Lenzi Borsista, Ing. Diego Trucco Dottorando.

I progetti di ricerca attivi sono i seguenti:

• 2019-2023, Progetto Europeo H2020 “Advanced nanocomposite MAterials fOr in situ treatment and ultrasound-mediated management of Osteoarthritis” (ADMAIORA) (n.814413). Responsabile IOR e del WP6.  Siti web: https://www.admaiora-project.com/, https://cordis.europa.eu/project/id/814413/it.
• 2021-2025, Progetto AIRC MFAG 2020 ID 24932, “Studio dei meccanismi alla base della progressione da gammopatia monoclonale indolente a mieloma multiplo”, partner del gruppo di ricerca del progetto.

Progetti di ricerca conclusi:

• 2017-2019, Progetto del Ministero degli Esteri, Executive programme for scientific and technological cooperation between the Italian Republic and the Republic of India, “Sviluppo di tessuto osteocondrale mediante tecnologia di stampa 3D” (n.IN17MO03), responsabile italiano;
• 2015-2019, Progetto Europeo H2020 “Clinical trial of autologous adipose-derived mesenchymal stromal cells (ASC) in the treatment of mild to moderate osteoarthritis” ADIPOA2 (n.643809), responsabile IOR e del WP4.
• 2008-2011, Progetto Regione Emilia Romagna-Università di Bologna, Regenerative medicine in osteo-articular diseases, responsabile UO in WP2;
• 2013-2016 Progetto Regione Emilia-Romagna-Università di Bologna, "Regenerative medicine of cartilage and bone", responsabile WP2.
• 2005-2007, progetto di ricerca finalizzata MinSan, Utilizzo di cellule mesenchimali in ingegneria tissutale per la prevenzione di danni cartilaginei, responsabile UO.
• 2001-2003, Progetto di ricerca finalizzata MinSan, Marcatori biologici e genetici di severità dell'osteoartrosi, responsabile UO.

Società scientifiche: International Cartilage Regeneration and Joint Preservation Society (ICRS); Osteoarthritis Research Society International (OARSI); Stem Cell Research Italy (SCR-Italy).

Brevetti:

• 2020 “Materiale e sistema per il trattamento terapeutico di articolazioni” IT201900002697A1, 2020-08-25, Scuola Superiore di Studi Universitari e di Perfezionamento Sant’Anna [IT].
• 2020 “Composizioni farmaceutiche comprendenti derivati ammidici dell'acido ialuronico per uso nel trattamento di traumi ossei, in particolare in pazienti con problemi di osteopenia o osteoporosi” IT201900009933A1, 2020-12-24, Fidia Farmaceutici [IT].
• 2016 “New molecules for bone tissue regeneration” US10016444B2 (A1), 2018-07-10, Istituto Ortopedico Rizzoli [IT].
• 1997 “Dispositivo per il supporto ed il contenimento di culture cellulari biologiche” IT1285959B1 (A1), 1998-06-26, Istituto Ortopedico Rizzoli [IT].