Il laboratorio di Bioinformatica e Biologia Sintetica (BMS) del Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione nasce nel dicembre 2013 dal laboratorio di Informatica Biomedica “Mario Stefanelli” (BMI), per iniziativa del Prof. Riccardo Bellazzi (direttore di BMI) e del Prof. Paolo Magni (direttore di BMS), con lo scopo di dare maggiore autonomia, impulso e visibilità alle numerose iniziative intraprese e condotte con successo a partire dalla metà degli anni ’90 nel settore della Bioinformatica, della Modellistica Matematica di sistemi biologici (con particolare riguardo ai modelli di farmacocinetica e farmacodinamica) e della Biologia Sintetica, da cui il nome BMS-lab. Queste sono pertanto le tre aree su cui si focalizzano le attività del laboratorio, che è attualmente fortemente impegnato sia nella ricerca sia nella formazione di figure di alto profilo all’interno del dottorato di Bioingegneria e Bioinformatica.

Per maggiori informazioni, consultare il sito del laboratorio: lab-bioinfo.unipv.it

Bioingegneria

L’attività del laboratorio è organizzata attorno a tre filoni principali: 1) sistemi di elaborazione di segnali, 2) ingegneria dei tessuti biologici, 3) controllo motorio e sistemi sensoriali.

Nel primo si studiano sensori e algoritmi di integrazione di segnali per sistemi indossabili (wearable systems) in collaborazione con la Fondazione EUCENTRE, sistemi per la diagnosi prenatale tramite analisi della frequenza cardiaca fetale, algoritmi di controllo di protesi multiarticolari avanzate, algoritmi per l’analisi di segnali elettroencefalografici (EEG) per brain computer interface (BCI) e studio del sistema nervoso centrale. Le collaborazioni a livello nazionale sono con il Politecnico di Milano, con il Centro Piaggio dell’Università di Pisa, con il Policlinico Federico II di Napoli, con l’ospedale S. Eugenio di Roma e con la Scuola Superiore S. Anna a Pisa. A livello internazionale le collaborazioni accademiche sono con l’Università di Ghent (Belgio), la Dublin University (Irlanda), il Politecnico di Lodz (Polonia), l’INSA (Francia).

Nel secondo filone ci si occupa della realizzazione di tessuti biologici in vitro nell’ambito del Centro di Ingegneria Tissutale (C.I.T.) (cit.unipv.it/cit). Il CIT è stato fondato nel 2006 come centro di ricerca interdipartimentale e interdisciplinare unendo competenze e interessi di vari dipartimenti dell’Università di Pavia (Ingegneria Industriale e dell’Informazione, Biologia e Biotecnologie, Chimica, Medicina Interna e Terapia Medica, Medicina Molecolare, Sanità Pubblica, Medicina Sperimentale e Forense, Scienze Clinico Chirurgiche, Diagnostiche e Pediatriche, Scienze del Farmaco). I progetti di ricerca si focalizzano su: Ingegneria dei Tessuti (tessuto osseo, tessuto cardiaco, tessuto ovarico) utilizzando cellule staminali, biomateriali e bioreattori, interazione tra biomateriali e cellule eucariotiche, bioinformatica, data warehouse per l’esplorazione di dati fenotipici, ricerca automatizzata su dati biologici, dissezione genetica di tratti complessi, sviluppo di metodi analitici per l’analisi di dati genomici, big data, genomica, proteomica. Numerosi sono i progetti di ricerca passati e presenti (finanziamenti ministeriali, regionali e da fondazioni bancarie). Le collaborazioni riguardano università italiane (Politecnico di Milano, Sapienza di Roma) ed estere (Ghent University) ed industrie (Lima, Geistlich, Igea).

Lo studio del controllo motorio e dei sistemi sensoriali si occupa dell’approfondimento della conoscenza dei sistemi sensoriali e di quelli preposti al controllo del movimento, nonché dello sviluppo di nuova strumentazione per la misura, la diagnosi e la riabilitazione del sistema sensorimotorio. La ricerca viene svolta in collaborazione con diverse unità di ricerca sul territorio nazionale (IRCCS Istituto Neurologico Fondazione C. Mondino, Dipartimento Patologia Umana e Oncologia Policlinico Le Scotte, Università di Siena e Azienda Ospedaliera Universitaria Integrata di Verona) e a livello internazionale (Johns Hopkins University, Baltimore, MD; Unispital Zurich, Svizzera; Ludwig Maximillian Universitaet, Monaco, Germania). È attualmente in corso un progetto di ricerca di interesse nazionale (PRIN) per “Un approccio quantitativo e multifattoriale per la stima e la prevenzione del rischio di caduta nell’anziano” in collaborazione con gli atenei di Bologna, Roma “Foro Italico”, Sassari, Piemonte orientale, Politecnico di Torino, Politecnico di Milano e Scuola Superiore S. Anna.

Per maggiori informazioni, consultare il sito del laboratorio: bioing.unipv.it

Soggetto con marker per registrazioni di cinematica

Detezione del potenziale premotorio, l’intenzione di movimento

Biomeccanica

Il laboratorio di Biomeccanica è formato da tre laboratori: Beta-Lab, Mate-Lab e Proto-Lab.

Beta-Lab

La missione del laboratorio è quella di aumentare l’efficacia clinica di tecniche chirurgiche vascolari. L’attività di laboratorio si concentra sullo sviluppo degli strumenti necessari per lo studio in-vitro o ex-vivo della fluidodinamica cardiovascolare, avvalendosi di un pulse-duplicator, ovvero di un circuito idraulico capace di riprodurre la gittata cardiaca o la pressione/portata caratteristica nel distretto vascolare specifico.

Il laboratorio Beta-Lab opera nell’ambito del gruppo di Computational Mechanics & Advanced Materials del Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura (DICAr), secondo diversi interessi di ricerca, dallo sviluppo di metodi computazionali per analisi strutturale alle applicazioni biomeccaniche.

Per maggiori informazioni, consultare il sito del laboratorio: www.unipv.it/compmech/beta-lab.html

Fase di preparazione test in-vitro emodinamica (aorta di maiale)

Misura di pressione in un’aorta di maiale durante un esperimento in-vitro

Schema del pulse-duplicator disponibile nel Beta-Lab

Mate-Lab

Il laboratorio è concepito per caratterizzare le proprietà meccaniche di una vasta varietà di materiali (dalla gomma ai bio-materiali, passando per le leghe metalliche). Il laboratorio si avvale di una macchina a trazione uniassiale MTS Insight 10KN equipaggiata anche con videoestensometro digitale e camera termica.

Il laboratorio Mate-Lab opera nell’ambito del gruppo di Computational Mechanics & Advanced Materials del Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura (DICAr), secondo diversi interessi di ricerca, dallo sviluppo di metodi computazionali per analisi strutturale alle applicazioni biomeccaniche.

Per maggiori informazioni, consultare il sito del laboratorio: www.unipv.it/compmech/mate-lab.html

Telaio ed accessori della macchina MTS Insight

Prova di trazione uni-assiale eseguita su campione biologico

Dettaglio della camera termica, accessorio della macchina MTS

Elaborazione dell’output di una prova a trazione

Proto-Lab

Il laboratorio nasce dalla volontà di far ricerca applicativa nel campo della manifattura additiva e di fornire un servizio di prototipazione rapida, capace di realizzare un modello fisico direttamente da un modello CAD virtuale. Il laboratorio è dotato di una stampante Objet 30Pro 3D, in grado di stampare modelli in 7 diversi materiali (4 materiali opachi rigidi, trasparente, ad alta temperatura e materiali simil-polipropilene).

Il laboratorio Proto-Lab opera nell’ambito del gruppo di Computational Mechanics & Advanced Materials del Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura (DICAr), secondo diversi interessi di ricerca, dallo sviluppo di metodi computazionali per analisi strutturale alle applicazioni biomeccaniche.

Per maggiori informazioni, consultare il sito del laboratorio: www.unipv.it/compmech/proto-lab.html

Esempio di stampa 3D_ vertebra

Esempio di stampa 3D_mandibola

Esempio di stampa 3D_modello in silicone di arco aortico

Stampante Objet 30Pro 3D presente nel laboratorio