Attività Progettuale Biotecnologie Consiglio Nazionale delle Ricerche Silvia Scaglione Attività Progettuale Biotecnologie 26 e 27 Maggio, 2014 Convegno del Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l’Energia e i Trasporti Conferenza del Dipartimento DIITET 26 e 27 maggio 2014

Introduzione alle biotecnologie Silvia Scaglione Introduzione alle biotecnologie Le biotecnologie sono intrinsecamente multidisciplinari, coinvolgendo input da: Biochimica Ingegneria Biologia Informatica Genetica Fisiologia Matematica Processi Biotecnologici Industriali Medicina traslazionale Ricerca biomedica di base L’idea è che si parte dalla ricerca biomedica di base, e dalla raccolta di dati (per lo più omici, ma non solo) e si vuole andare incontro alla medicina traslazionale, alle terapie personalizzate (attraverso kit e strumenti di diagnosi migliori) ed alle applicazioni biotecnologiche quali ottimizazioni di processi biologici (attraverso organismi ). Per fare questo serve un ponte, che raccoglie tutte le competenze di matematica, statistica, ottimizzasione, etc…. Oltre agli strumenti IT e computazionali per l’analisi di Big-data. It focuses on a variety of research areas including: Health/medicine Food science Environmental science Agriscience Modelli matematici, ottimizzazione di processi, statistica per l’analisi di sistemi biologici complessi High-dimensional “omics” data Strumenti di calcolo ed algoritmi ad alte prestazioni Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Il Programma di Ricerca H2020 e le Biotecnologie Silvia Scaglione Il Programma di Ricerca H2020 e le Biotecnologie http://ec.europa.eu/research/horizon2020 Call: Biotech 1 Syntetic biology Call: Biotech 2 e Health PHC32 Nuovi approcci bioinformatici a supporto di esigenze cliniche, mediche e biotecnologie Call: Biotech 3,4 e LCE 15 Processi biotecnologici industriali Call: Health PHC16 Tools e tecnologie per terapie avanzate Call: ICT 26: Photonics KET Biofotonica Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Synthetic biology LEIT Biotech 1 Silvia Scaglione LEIT Biotech 1 Synthetic biology Numerical Simulation Hypothesis Construct Logic Build Math Model Design e costruzione di nuove parti biologiche e reti sintetiche Simulazione qualitativa Full range della dinamica di una rete in una singola simulazione Individuazione di reti che esibiscono il comportamento desiderato Modulo Stocastico Ottimizzazione della probabilità di ottenere il comportamento desiderato Ranking delle strutture di rete plausibili Basically, it’s genetic engineering for practical purposes Try to look at genetics from engineering paradigm Genes and different genetic components = “parts” Groups of components = “devices” Model devices as circuits NUOVO METODO PER ESPERIMENTI IN SILICO: 1) Efficiente e sostanziale miglioramento nel design di reti sintetiche 2) Drastica riduzione dei costi di realizzazione Contact point: Liliana Ironi IMATI Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Silvia Scaglione Biotech 2 - Health PHC32 Nuovi approcci bioinformatici a supporto di esigenze cliniche, mediche e biotecnologie Metodi per l’analisi e l’integrazione di dati omici Metodi e strumenti computazionali per la System biology IMATI Applicazioni della bioinformatica a supporto della ricerca biomedica Metodi e modelli matematici per l'analisi di dati biomedici Sviluppo di tools open source per la bioinformatica ISSIA ISTI IIT IASI IAC ICAR P. Bertolazzi IASI C. Angelini IAC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Silvia Scaglione Biotech 2 - Health PHC32 Nuovi approcci bioinformatici a supporto di esigenze cliniche, mediche e biotecnologie Metodi e strumenti computazionali per la System Biology (individuazione pathway biologici) Esperimenti/raccolta dati Metodi per l’analisi e l’integrazione di dati omici Trascrittomica, epigenomica, in condizioni fisiologiche, patologiche ed in risposta a farmaci. Integrazione con dati clinici P. Bertolazzi IASI C. Angelini IAC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Silvia Scaglione Biotech 2 - Health PHC32 Nuovi approcci bioinformatici a supporto di esigenze cliniche, mediche e biotecnologie Applicazioni della bioinformatica a supporto della ricerca biomedica Identificazione marcatori, studio RNA regolatori, predizione di strutture proteiche e loro interazione Metodi e modelli matematici per l'analisi di dati biomedici Metodi per il supporto della gestione di interventi e delle decisioni cliniche Sviluppo di tools open source per la bioinformatica Database e piattaforme web per analisi dati. Algoritmi e HPC per big-data. Simulazione modelli biologici e patologie. P. Bertolazzi IASI C. Angelini IAC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Processi biotecnologici industriali Silvia Scaglione LEIT Biotech 3,4 Processi biotecnologici industriali Sviluppo biocatalizzatori enzimatici per processi biomimetici CCS di post-combustione Immobilizzazione di anidrasi carbonica ricombinante su solidi granulari Cattura biomimetica della CO2 da fumi di combustione Progettazione e realizzazione di Unità di Assorbimento Biomimetico PON03PE_00157_1 Smart Generation ‘Sistemi e tecnologie sostenibili per la generazione di energia’ Selezione di configurazioni reattoristiche per l’assorbimento promosso da biocatalizzatori enzimatici M. E. Russo IRC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Processi biotecnologici industriali Silvia Scaglione LEIT Biotech 3,4 Processi biotecnologici industriali Prototipizzazione di sistemi hardware per l’ingegneria dei tessuti Silvia Scaglione IEIIT Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Tools e tecnologie per terapie avanzate Silvia Scaglione Health PHC16 Tools e tecnologie per terapie avanzate Bioreattori per l’Ingegneria dei Tessuti bone cartilage Scaffolds biomimetici Silvia Scaglione IEIIT Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Tools e tecnologie per terapie avanzate Silvia Scaglione Health PHC16 Tools e tecnologie per terapie avanzate Tecniche innovative per la modellazione ed analisi di sistemi per il drug design & delivery - Dinamica di rilascio/assorbimento di farmaci nella cornea - Analisi e sviluppo di metodologie geometrico/topologiche per la modellizzazione di superfici molecolari - Drug delivery attraverso la pelle (cerotto medicato) Transdermal patch Local and systemic perfusion: nicotine, insulin, chemioterapic drugs. cheap compared with experimental or in vitro test easy to implement non invasive optimal design of medical devices enhance the performances of delivery systems for therapeutic use - Stent cardiovasculari a rilascio di farmaco (DES) Giuseppe Pontrelli IAC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Tools e tecnologie per terapie avanzate Silvia Scaglione Health PHC16 Tools e tecnologie per terapie avanzate Fabbricazione di protesi personalizzate Richiesta del medico di protesi personalizzate per l’analisi preopeatoria in vitro Protesi personalizzate Componenti patient-specific per l’analisi in vitro Analisi di bioimmagini per la stima di informazioni patient-specific necessarie per costruire manufatti patient-specific Transdermal patch Local and systemic perfusion: nicotine, insulin, chemioterapic drugs. cheap compared with experimental or in vitro test easy to implement non invasive optimal design of medical devices enhance the performances of delivery systems for therapeutic use Metodologie per simulazioni FEM e CFD stocastiche Liliana Ironi IMATI Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Biofotonica: diagnostica Silvia Scaglione ICT26: Photonics KET Biofotonica: diagnostica Progettazione, realizzazione e caratterizzazione di strutture ottiche risonanti (biosensori) per la rivelazione di biomarker di interesse clinico Tecniche di microscopia avanzata per diagnostica biomedicale (SHG) Transdermal patch Local and systemic perfusion: nicotine, insulin, chemioterapic drugs. cheap compared with experimental or in vitro test easy to implement non invasive optimal design of medical devices enhance the performances of delivery systems for therapeutic use Francesco Baldini IFAC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Silvia Scaglione ICT26: Photonics KET Biofotonica: terapia Riparazione laser-indotta di tessuti biologici (oculistica, microvascolare, neuro); Emostasi indotta da blue-LED di alta potenza (dermatologia, vascolare) Dispositivi biopolimerici impiantabili per il rilascio di farmaci con attivazione laser Transdermal patch Local and systemic perfusion: nicotine, insulin, chemioterapic drugs. cheap compared with experimental or in vitro test easy to implement non invasive optimal design of medical devices enhance the performances of delivery systems for therapeutic use Francesco Baldini IFAC Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Low Carbon Technologies Silvia Scaglione Sinergie Nanotecnologie e materiali avanzati Health care and Wellbeing Matematica Applicata CNR Low Carbon Technologies AP: Biotecnologie Dipartimento di Scienze Mediche DIITET Dipartimento di Scienze Bio-agro alimentari Transdermal patch Local and systemic perfusion: nicotine, insulin, chemioterapic drugs. cheap compared with experimental or in vitro test easy to implement non invasive optimal design of medical devices enhance the performances of delivery systems for therapeutic use Università e Centri di ricerca Grandi Infrastrutture ricerca Industrie e PMI Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014

Acknowledgements and contacts Silvia Scaglione Acknowledgements and contacts IMATI Liliana.Ironi@cnr.it IDASC Domenico.Stanzial@cnr.it IEIIT Silvia.Scaglione@cnr.it ISSIA Nicola.Ancona@cnr.it IIT Marco.Pellegrini@cnr.it IRC M.Russo@irc.cnr.it IFAC Francesco.Baldini@cnr.it IASI Paola.bertolazzi@cnr.it Paola.Paci@cnr.it ICAR Mario.Guarracino@cnr.it IAC Claudia.Angelini@cnr.it Conferenza del Dipartimento Roma, 26 e 27 maggio 2014