• Federico Mussano - Professore Associato
• dott.ssa Ilaria Roato - Assegnista di ricerca
• ing. Alessandro Mosca Balma - Assegnista di ricerca
• dott.ssa Clarissa Orrico - borsista (biologa)
• ing. Beatrice Masante - dottorando(dottorato interateneo di bioingegneria e scienze medico chirurgiche)
• dott. Francesco Grande - dottorando(dottorato interateneo di bioingegneria e scienze medico chirurgiche)
• dott. Riccardo Pedraza - dottorando(dottorato interateneo di bioingegneria e scienze medico chirurgiche)

• Prof. Federico Mussano, federico.mussano@unito.it
• Dr.ssa Ilaria Roato, ilaria.roato@unito.it
• Ing. Alessandro Mosca Balma, alessandro.moscabalma@unito.it

Sono in corso molteplici filoni di ricerca: 

• la rigenerazione del legamento parodontale in vitro mediante bioprinting e stimolazione con bioreattore capace di mimare in vitro gli stimoli meccanici tipici del microambiente del legamento parodontale (CRT 2021)
• lo studio della biocompatibilità di impianti dentali ceramici innovativi (PRIN 2020);  
• tipizzazione dei linfociti circolanti in pazienti affetti da osteonecrosi dei mascellari correlata all’assunzione di farmaci antiriassorbitivi
• l’analisi di vitalita’ e capacità osteodifferenziative delle cellule staminali mesenchimali derivate da tessuto adiposo e dal legamento parodontale coltivate in vitro su sostituti ossei di vario tipo prodotti grazie alla stampa 3D 

Università degli Studi di Torino

Studio del cross-talk tra le cellule staminali mesenchimali e gli endoteliociti in modelli bi- e tridimensionali con il Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi (Laboratory of Cellular and Molecular Angiogenesis) 

• prof. Luca Maria Munaron (PO)
• prof. Alessandra Fiorio Pla (PA)
• Prof. Tullio Genova (PA)

e il Dipartimento di Biotecnologie Molecolari e Scienze per la Salute

• prof. Emanuela Tolosano (PO)
• dott.ssa Sara Petrillo (assegnista)

Politecnico di Torino (nell’ambito della convenzione vigente del dottorato interateneo)

Messa a punto di sistemi di coltura tridimensionale (bioreattori per la crescita di colture simulanti il tessuto osseo e parodontale)

DISAT e DIMEAS

• Prof.ssa Diana Massai (PA)

Università degli Studi di Genova (delibera n. 198/2021 del 7/6/2021 del Dipartimento di Scienze Chirurgiche)

DIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIRURGICHE E DIAGNOSTICHE INTEGRATE (DISC)

• Prof. Riccardo Ferracini (PA)

IRCCS Policlinico San Martino di Genova (Delibera n. 2022 del 3/11/2021 del Policlinico San Martino: Accordo di Collaborazione di Ricerca con la Dental School dell’Università di Torino nell’ambito del progetto RF-2018-12366714 dal titolo “Study of the mechanisms regulating NK cell infiltration and function in bone metastases induced by cancer stem cells of non-small cell lung cancer in view of novel effective therapeutic approaches” 

• P.I. Dott. Massimo Vitale.

IBI convenzione per lo studio di materiali/sostituti d’osso.

• Prof. Giuseppe Perale

1. Senescent Markers Expressed by Periodontal Ligament-Derived Stem Cells (PDLSCs) Harvested from Patients with Periodontitis Can Be Rejuvenated by RG108 Roato I, Giacomo Baima G, Orrico C, Mosca Balma A, Aimetti M, Mussano F Biomedicines, 2023 Sep 14;11(9):2535
2. Mechanical and Biological Characterization of PMMA/Al2O3 Composites for Dental Implant Abutments Roato, I., Genova, T., Duraccio, D., Faga, M.G., Mussano, F. Polymers, 2023, 15(15), 3186
3. Immune Dysfunction in Medication-Related Osteonecrosis of the Jaw Roato, I., Mauceri, R., Notaro, V., ...Fusco, V., Mussano, F. International Journal of Molecular Sciences, 2023, 24(9), 7948
4. Challenges of Periodontal Tissue Engineering: Increasing Biomimicry through 3D Printing and Controlled Dynamic EnvironmentRoato, I., Masante, B., Putame, G., Massai, D., Mussano, F.
5. Advances on bone substitutes through 3d bioprinting Genova, T., Roato, I., Carossa, M., ...Cavagnetto, D., Mussano, F. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21(19), pp. 1–28, 7012

CRT Titolo “Nuove prospettive di trattamento delle patologie parodontali mediante cellule mesenchimali staminali del legamento parodontale”

La componente cellulare del legamento consiste soprattutto di fibroblasti di derivazione ectodermica, insieme ad osteoblasti e cementoblasti. Tutti e tre i tipi cellulari derivano da cellule mesenchimali staminali (MSC) del legamento, denominate PDLSC. Pertanto, una terapia basata sull’uso di MSC associate o meno a strutture di supporto (scaffold) potrebbe rappresentare una soluzione per la rigenerazione del legamento parodontale, che è il massimo risultato auspicabile per ottenere una reale guarigione della parodontite, ed evitare la perdita dei denti, condizione che chiaramente riduce la qualità di vita delle persone. 

Questo progetto prevede la collaborazione tra il Dental and Bone Bioengineering Lab della Dental School e il PolitoBIOMed Lab del Politecnico di Torino, e propone l’uso di PDLSC isolate dai denti estratti presso la Dental School in combinazione con uno scaffold (bioink) appositamente progettato per favorire la rigenerazione del legamento parodontale. Il sistema combinato PDLSC + bioink sarà testato in vitro in un ambiente di coltura controllato che mima gli stimoli meccanici del microambiente nativo (bioreattore).

Il Progetto prevede quindi 4 fasi di studio legate a obiettivi specifici: 1) Isolamento e caratterizzazione funzionale delle PDLSC; 2) Progettazione e sviluppo, tramite l’uso di una stampante 3D, di un bioink innovativo atto a promuovere la crescita e la differenziazione delle PDLSC, di cui si valuterà la brevettabilità; 3) Adattamento di un bioreattore per mimare in vitro gli stimoli meccanici tipici del microambiente del legamento parodontale; 4) Test e validazione in vitro del sistema 3D combinato PDLSC + bioink tramite coltura dinamica in bioreattore, con studio degli stimoli fisico-chimici necessari a promuovere il differenziamento delle PDLSC in cellule del legamento parodontale.

L’ottenimento di un tale risultato basato su soluzioni tecnologiche avanzate aprirebbe le porte ad una strategia innovativa per il trattamento della parodontite, che consentirebbe di curare i pazienti utilizzando le PDLSC autologhe isolate da un dente estratto al paziente, espanse e poi reinserite nel paziente per mezzo del bioink sviluppato. 

PRIN 2021

CONCERTO (Multiscale modelling/CharacterisatiON and fabrication of nanocomposite CERamics with improved TOughness)

Descrizione della ricerca (Kick-off meeting 22/04/2022)

La produzione di materiali ceramici resistenti e tenaci è particolarmente rilevante per i settori della ricerca biomedica e dell’aerospazio, per i quali il raggiungimento dell’affidabilità data dai metalli costituisce ancora un obiettivo ambizioso. L'ossido di zirconio stabilizzato con Ceria (Ce-TZP) è stato ampiamente studiato grazie alla sua capacità di subire una maggiore quantità di trasformazione di fase indotta da stress, che porta a una maggiore tenacità alla frattura rispetto all'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio (Y-TZP), soggetto a trasformazione di fase t-m per stress inferiori.

Al contrario, i materiali Ce-TZP sviluppano una resistenza meccanica inferiore rispetto a Y-TZP e, per ovviare a tale inconveniente, sono stati introdotti nanocompositi multifase a base di Ce-TZP. I meccanismi che regolano la nucleazione e la propagazione delle cricche in tali nanocompositi sono ancora poco chiari e necessitano di approfondimento. 

Il progetto di ricerca CONCERTO si concentrerà su una serie di metodi di modellazione e caratterizzazione di materiali multiscala armonizzati, per supportare e accelerare la produzione di nanocompositi e rivestimenti Ce-TZP, con risultati senza precedenti in termini di combinazione tra forza e duttilità.

Nell'ambito di CONCERTO, verranno studiate tre strategie per aumentare la resistenza alla propagazione della cricca utilizzando tecniche integrate di modellazione/caratterizzazione: (i) trasformazioni di fase davanti alla punta della cricca, (ii) tempra di seconda fase e (iii) ingegnerizzazione del bordo del grano.

Per studiare tali meccanismi, saranno sviluppati e validati metodi avanzati di caratterizzazione su micro-nanoscala, in confronto diretto con un nuovo Phase-Field Method (PFM) per la modellazione ad elementi finiti degli effetti microstrutturali sulla nucleazione e propagazione delle cricche.

Verrà eseguita una progettazione multiscala di componenti ceramici selezionati, per dimostrare la capacità di ingegnerizzare i materiali dalle caratteristiche nano/microstrutturali alla macrostruttura e attraverso fasi di lavorazione della ceramica, dall'elaborazione delle polveri composite, alla sagomatura e sinterizzazione dei pezzi finali.

Una tecnologia emergente di stampa 3D per la ceramica tecnica, la stereolitografia, sarà utilizzata per la prima volta per fabbricare dimostratori semplici e di forma complessa, parallelamente allo sfruttamento della tecnologia a spruzzo termico per fabbricare rivestimenti. Infine, saranno selezionati due casi studio di impatto per dimostrare la rilevanza della ricerca condotta, vale a dire l'ottimizzazione e la validazione funzionale di (a) materiali Ce-TZP per l'applicazione in odontoiatria protesi e (b) rivestimenti a barriera termica compositi Ce-TZP per applicazioni ad alta temperatura.

Per raggiungere tali ambiziosi traguardi sarà istituita un'attività di coordinamento multidisciplinare, che metta in collegamento i laboratori di caratterizzazione di riferimento in Italia con capacità di multitecnica avanzata analisi microstrutturale/nanomeccanica (UniRoma3), a gruppi di riferimento sulla modellazione multiscala della frattura (UniUD), fabbricazione di prodotti (PoliTo, UniMore) e sfruttamento industriale della ceramica nanocompositi per applicazioni biomediche e aeronautiche (PoliTo, UniMore, UniTo).

IBI, company high-tech innovativa con sede in Svizzera (Canton Ticino) che produce sostituti ossei di derivazione bovina SmartBone. 

• Saggio di proliferazione cellulare su cellule mesenchimali staminali coltivate in vitro su plastica e su SmartBone. 
• Valutazione della capacità osteodifferenziativa delle cellule mesenchimali staminali coltivate in vitro su plastica e su SmartBone, mediante colorazioni IHC specifiche 
• Valutazione della neo-apposizione di osso tramite microCT 

PRIN 2022

The effect of different antibiotic protocols for dental implant surgery on peri-implant tissue health and on oral microbiome and resistome

Scopo: Lo scopo del presente progetto è valutare l'effetto di diverse strategie antibiotiche (a lungo termine vs. a breve termine) sulla salute dei tessuti peri-implantari, sul microbioma orale (incluso il resistoma) e sulla MiRNomica salivare in pazienti sani. L'effetto sarà valutato sia clinicamente che in vitro, sviluppando un modello osseo 3D.

Materiali e metodi: 80 pazienti saranno inclusi e divisi casualmente in due gruppi:

1. Prescrizione a lungo termine: 1 g di amoxicillina ogni 8 ore a partire da 1 giorno prima dell'intervento chirurgico e per 5 giorni dopo l'intervento chirurgico 2. Prescrizione a breve termine: 2 g di amoxicillina 1 ora prima dell'intervento chirurgico. Prima dell'intervento chirurgico, i pazienti verranno sottoposti a un test di sensibilità agli antibiotici (AST) e saranno prelevati campioni non invasivi per analizzare il microbioma orale compreso il resistoma. Saranno inoltre prelevati campioni di saliva per l'analisi miRNomics. I pazienti saranno riabilitati con impianti singoli o protesi fisse parzialmente supportate da impianti. Il giorno dell'intervento saranno prelevati campioni di sangue periferico e isolate le cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) al fine di implementare un bioreattore microfluidico che replichi il processo di guarigione ossea di ciascun paziente. Saranno sviluppati modelli ossei 3D adatti allo screening farmacologico. A 2 e 6 mesi dal trattamento saranno eseguiti nuovamente il test AST e l'analisi del microbioma orale e del resistoma. A 2 mesi dal trattamento, verrà inoltre prelevato un nuovo campione di saliva dei pazienti, analizzato e confrontato utilizzando la tecnologia MiRnomics con quello preoperatorio con l'ulteriore obiettivo di identificare biomarcatori affidabili di mucosite e perimplantite. Durante i 12 mesi di follow-up saranno valutati il tasso di sopravvivenza dell'impianto, la perdita di osso marginale (MBL), il tasso di complicanze biologiche e tecniche e i parametri di salute peri-implantare (incluso indice di placca, profondità di sondaggio e sanguinamento al sondaggio). Saranno eseguiti test comparativi parametrici o non parametrici, a seconda dei casi, per rilevare differenze tra i gruppi nelle varie variabili di risultato. L'effetto dei fattori predittivi relativi al paziente e all'impianto sui vari risultati sarà valutato utilizzando l'analisi di regressione logistica multilivello. I metadati verranno analizzati anche con Reti Neurali Artificiali (ANN) di quarta generazione (machine learning) utilizzando sistemi non supervisionati e supervisionati.

Risultati attesi: Il presente progetto dovrebbe far luce sulla migliore strategia antibiotica da utilizzare in pazienti sani sottoposti a chirurgia implantare. I risultati contribuiranno allo sviluppo di linee guida cliniche efficaci che aiuteranno ad affrontare il problema della resistenza antimicrobica. Inoltre, si prevede lo sviluppo e la validazione di un modello osseo 3D da utilizzare per lo screening farmacologico, che potrebbe superare i limiti dei modelli ossei 2D attualmente disponibili e degli studi sugli animali. Un ulteriore risultato atteso è l’identificazione di biomarcatori per la diagnosi e la prognosi in implantologia, attraverso la miRNomica salivare che potrebbe portare allo sviluppo di una biopsia liquida non invasiva.