MERIDIAN (Measuring the Effects of Radiation on Immunity and DIfferentiAtioN)

Descrizione sintetica: Il progetto MERIDIAN si propone di studiare l'effetto delle radiazioni ionizzanti (principalmente X e Gamma, ma anche elettroni) attraverso un dispositivo altamente innovativo, costituito da una co-cultura di cellule derivate da carcinoma intestinale (cellule Caco2) e cellule immunitarie. Gli elementi di novità che il progetto introduce sono sia di tipo biologico che di protocollo di irraggiamento, e soprattutto sono volti a rispondere ad una domanda specifica: Quali sono, in un contesto multitissutale, i meccanismi d'azione delle radiazioni ionizzanti alle alte e alle basse dosi in tessuti tumorali e sani e come il danno radioindotto può essere propagato bidirezionalmente alle cellule circostanti tramite molecole secrete dalle cellule stesse ? MERIDIAN2

Un esperimento di questo tipo, che è innovativo e a basso costo, può fornire informazioni utili non solo in un contesto radiobiologico (sia di tipo protezionistico che radioterapico), ma può aiutare la comprensione di un fenomeno strettamente legato all'azione delle radiazioni ionizzanti quale quello della senescenza cellulare e della sua propagazione sistemica tramite l'attivazione della secrezione di sostanze infiammatorie. Inoltre sarà effettuata l'incorporazione delle informazioni ottenute sperimentalmente in modelli specifici di infiammazione radioindotta, e in un modello computazionale che costituirà l'estensione a questo setup multitissutale di un modello numerico esistente. MERIDIAN3

Nell’apparato sperimentale utilizzeremo le cellule Caco2 (carcinoma del colon) anche in co-coltura con cellule del sistema immunitario (in particolare linfociti). Sottolineiamo in particolare che: 1.Le cellule Caco2 hanno la capacità di potere essere indirizzate, con un semplice trattamento biochimico, sia verso un fenotipo tumorale sia verso un fenotipo sano, e possono così formare dei surrogati di tessuto canceroso ed epiteliale che hanno diversa sensibilità alle radiazioni ionizzanti. 2.I linfociti sono cellule ubiquitarie nel corpo umano ed interagiscono praticamente con tutti i tessuti umani anche tramite la secrezione di molecole specifiche. La loro sensibilità alle radiazioni ionizzanti è diversa rispetto a quella delle Caco2. 3.Il contesto multitissutale in vitro, nella sua configurazione minimale, lo si ottiene co-coltivando le cellule Caco2 e i linfociti, in due compartimenti separati da una membrana che consente solo il passaggio delle molecole secrete dalle cellule (citochine, ioni e proteine). MERIDIAN4

Il sistema di coltura in pozzetto transwell: un moderno modello in vitro MERIDIAN5

Il protocollo di irraggiamento è pianificato sulle caratteristiche del dispositivo: 1.Irraggiamento con basse dosi di raggi X o Gamma (< 1Gy) sulle Caco2 nel loro stato epiteliale e valutazione degli effetti diretti e trasmessi ai linfociti. 2.Irraggiamenti con dosi intermedie/alte (5-6 Gy, come le frazioni utilizzate in radioterapia) delle cellule Caco2 e valutazione degli effetti diretti e trasmessi ai linfociti. 3.Irraggiamento del comparto linfocitario con dosi basse (< 1Gy) e valutazione del danno diretto ai linfociti e di quello trasmesso alle cellule Caco2 nelle due configurazioni epiteliale e tumorale. MERIDIAN6

Le misure ci permetteranno inoltre di studiare i seguenti aspetti della biologia dei tumori 1.dinamica di differenziazione cellulare, anche in presenza di radiazioni ionizzanti 2.processi infiammatori legati alla radiazione 3.interazione con cellule del sistema immunitario, con irraggiamento differenziale 4.effetti dell’irraggiamento sui processi di diffusione dei farmaci MERIDIAN7

Durata prevista del progetto: 3 anni Schema di massima delle attività previste Gannt chart delle attività previste. I gruppi di attività sono: A. acquisto del materiale di consumo e setup iniziale del sistema di cellule Caco2 presso il lab. del dr. Chignola, Univ. di Verona; B. acquisto materiale di consumo e attività iniziali presso i lab. del prof. Ottolenghi e del prof. Castellani per la replica del sistema transwell e per lo scambio di materiali tra laboratori; C. modifica della versione attuale del programma di simulazione per la nuova struttura sperimentale, e test iniziali; D. studi iniziali su modelli di infiammazione radioindotti nella struttura transwell, connessione con la modellizzazione precedente; E. colture cellulari e misure a regime; F. colture cellulari e misure (anche di circuiti molecolari specifici e ad alto throughput) a regime; G. runs e setup dei parametri del programma di simulazione; H. test statistici e setup dei modelli di infiammazione radioindotta. MERIDIAN8

9 Ricercatori coinvolti in questa proposta: A. Bologna: Gastone Castellani (PA, Univ. di Bologna, 50%) RL Enrico Giampieri (Ass. ric., Univ. di Bologna, 75%) Isabella Zironi (Tecnico laureato, Univ. di Bologna, 50%) B. Pavia: Daniele Alloni (Tecnico cat. D., Univ. di Pavia, 30%) Gabriele Babini (Dottorando, Univ. di Pavia, 60%) Giorgio Baiocco (Ass. Ric., Univ. di Pavia, 40%) Elena Giulotto (PO, Univ. di Pavia, 100%) Marco Liotta (Fisico medico, Osp. Maugeri Pavia, 50%) Luca Giovanni Battista Mariotti (Ass. ric., Univ. di Pavia, 40%) Jacopo Morini (Dottorando, Univ. di Pavia, 40%) Andrea Ottolenghi (PA, Univ. di Pavia, 40%)RL Paola Tabarelli (Fisico medico, Osp. Maugeri Pavia, 50%) Domenico Scannicchio (Senior, Univ. di Pavia, senior researcher 0%) C. Trieste (+ Verona): Roberto Chignola (Ric., Univ. di Verona, 100%) Federico Dogo(Dottorando, Univ. di Trieste, 100%) Gianrossano Giannini (PO, Univ. di Trieste, 30%) Edoardo Milotti (PO, Univ. di Trieste, 50%) RN e RL Sabrina Stella (Ass. ric., Univ. di Trieste, 100%)

La tabella che segue illustra le richieste per il 2014, e noi ci aspettiamo che queste rispecchino abbastanza fedelmente anche le richieste per il 2015 e per il Missioni interne Missioni estere ConsumoInventarioTotale Bologna4 keuro2 keuro8 keuro-14 keuro Pavia4 keuro2 keuro8 keuro-14 keuro Trieste (+Verona) 4.5 keuro2 keuro18 keuro3.5 keuro28 keuro Totale12.5 keuro6 keuro34 keuro3.5 keuro56 keuro Sezioni partecipanti: Bologna, Pavia, Trieste (comprende Verona) Bologna: 1.75 FTE Pavia: 4.5 FTE Trieste: 3.8 FTE Totale : FTE MERIDIAN10