Medicina di Laboratorio: tecniche di analisi e strumentazioni

Introduzione al Corso di Medicina di Laboratorio

In questo corso si parlerà del link che c'è tra la medicina traslazionale e la medicina di laboratorio, ovvero tutto quello che accade nel laboratorio di ricerca di base e che può essere traslato a livello clinico.

Contenuti del Corso

Scienze Tecniche di Medicina di Laboratorio

Contenuti

1. Medicina di Laboratorio, Medicina Traslazionale, Organizzazione e strumentazione in un laboratorio di ricerca traslazionale, Matrici biologiche da analizzare in laboratorio, Estrazione biomolecole da diverse matrici biologiche (DNA, RNA).
2. Come misurare gli acidi nucleici (I). Spettrofotometria e Fluorimetria degli acidi nucleici, Polymerase Chain Reaction (PCR), Real-Time PCR, Droplet Digital PCR, Applicazioni di Ricerca e Clinica
3. Come misurare gli acidi nucleici (II). Metodologie di ibridazione degli acidi nucleici, Metodologie di imaging degli acidi nucleici in cellule e tessuti patologici, analisi immunoistologiche e di fluorescenza avanzate
4. Come misurare gli acidi nucleici (III). Tecnologie -omiche in biologia molecolare e loro applicazioni: next generation sequencing, gene array, RNA-seq, single cell RNA-seq, small RNA seq, metagenomica.
5. Come modulare gli acidi nucleici. RNA interference ed impatto sulla clinic Tecniche di editing genomico e impatto sulla clinica.

Molte terapie, infatti, oggi sfruttano gli acidi nucleici.

Lezioni di Tirocinio

Verranno fatte lezioni di tirocinio con 5 professori diversi :

Scienze Tecniche di Medicina di Laboratorio

Contenuti Tirocinio/Lezioni Applicative

1. Meccanismi di regolazione delle diverse classi di RNA nei tessuti. Colture cellulari e trasfezione, modulazione di RNA in situ: utilizzo ed importanza nella discovery e validazione di nuovi meccanismi patogenetici in diverse forme di diabete; applicazioni cliniche (Dr.ssa Giuseppina E. Grieco)
2. Emocromo, formula leucocitaria e striscio (lettura microscopio), citofluorimetria in generale. Uso della citofluorimetria nel laboratorio di ematologia e possibili sviluppi futuri. (Dr.ssa Paola Pacelli)
3. Marcatori di diagnosi delle interstiziopatie polmonari, valori di riferimento del lavaggio broncoalveolare, Chemiluminescenza e citofluorimetria nel laboratorio di malattie respiratorie, processazione lavaggio broncoalveolare. (Dr.ssa Miriana D'Alessandro)
4. Modificazioni epigenetiche, metilazione del DNA, studio del microambiente tumorale e meccanismi di resistenza associati a protocolli di immunoterapia. Importanza del rimodellamento epigenetico del profilo immunologico del tumore finalizzato al disegno di nuovi e più efficaci protocolli di immunoterapia combinata. Applicazioni metodologiche con esempi di analisi "multi-omiche" di dati generati su campioni biologici da pazienti arruolati in studi clinici di immunoterapia combinata con farmaci epigenetici. Esempi di studi clinici. (Dr.ssa Maria Fortunata Lofiego)
5. Dalla Ricerca di base alla clinica: tre esempi pratici. 1) DNA circolante, origine e significato. Applicazioni metodologiche dell'analisi del DNA circolante in diversi contesti patologici; vantaggi e svantaggi; strumentazioni necessarie; esempi pratici in clinica. 2) Terapie a base miRNA. Il caso del miR-122; Vaccini ad mRNA: le basi del vaccino ad mRNA anti-SARS-COV-2. (Prof Guido Sebastiani)

Organizzazione dell'Esame

Scienze Tecniche di Medicina di Laboratorio

Esame

L'esame sarà scritto (modalità digitale) con 31 quiz a risposta multipla: +1 risposta esatta; - 0,2 risposta sbagliata. Tempo concesso per la prova: 30 minuti. L'esame si svolgerà in concomitanza con la prova di Tirocinio che prevede anch'essa 31 quiz a risposta multipla (valutati come sopra) e per la quale verranno concessi ulteriori 30 minuti. Il voto finale risulterà dalla media aritmetica delle due parti e peserà per 2CFU I Si svolgerà presso l'aula di informatica del Presidio Didattico San Miniato Anche le lezioni affrontate al tirocinio saranno oggetto d'esame, verranno inseriti tre appelli tra gennaio e febbraio e ulteriori tre appelli tra giugno e luglio.

Inizio Spiegazione: Medicina di Laboratorio

La medicina di laboratorio è una scienza clinica applicata attraverso diverse metodologie che ci permettono di analizzare biomolecole, queste metodologie possono essere chimiche, fisiche oppure biologiche. Inoltre, le biomolecole possono essere classificate come biomarcatori, cioè molecole che ci danno informazioni sullo stato di salute o su processi fisiologici o patologici all'interno del nostro organismo. Insieme alla medicina di laboratorio nasce la figura dello scienziato che lavora nel laboratorio e che deve essere a conoscenze delle applicazioni cliniche, dei meccanismi fiosiologici e fiosiopatologici, ma anche delle tecniche da applicare.

Scienze Tecniche di Medicina di Laboratorio

E' una Scienza Clinica Applicata che studia con metodi chimici, fisici e biologico/molecolari le alterazioni dell'organismo nello stato di malattia, ricavando da campioni biologici provenienti dal paziente dati che consentano al medico di ottenere informazioni utili a scopo diagnostico, terapeutico e riabilitativo, oppure di Ricerca. Medical Laboratory Scientists a Medical Laboratory Scientist (PL.507 Som balon ------------- H ----

Medicina di Laboratorio e Medicina Traslazionale

La medicina di laboratorio è fortemente connessa alla medicina traslazionale che ha lo scopo di connettere la ricerca di base alle applicazioni cliniche. E' molto difficile trasformare un prodotto di ricerca di base in un'applicazione clinica perché sono processi che richiedono anche decenni. Solo una piccola percentuale di questi processi giungerà alla applicazione clinica.

Le scienze tecniche di Medicina di laboratorio sono fortemente connesse alla Medicina Traslazionale

La Medicina/Ricerca traslazionale prevede l'applicazione delle conoscenze acquisite attraverso la ricerca di base a studi che potrebbero supportare lo sviluppo di nuovi prodotti clinici. Ad esempio, la ricerca traslazionale nel campo della medicina può prevedere l'utilizzo di conoscenze sulla biologia di una malattia per identificare e valutare nuove molecole in modelli di malattia, al fine di selezionare potenziali farmaci candidati da avviare alla sperimentazione clinica.

PHASE 2 EUROPEAN MEDICINES AGENCY SCIENCE MEDICINES HEALTH FDA

Processo di Ricerca Traslazionale

Ricerca di base Fase preclinica in modelli animali Trial Clinico Approvazione ed utilizzo nei pazienti Fase preclinica In organoidi, organi 3D e/o sistemi complessi di organi 3D

Il processo è molto articolato: - Ricerca di base, in cui si va a valutare le biomolecole e le varie metodologie che cipermettono di sviluppare un determinato prodotto che deve essere valutato in modelli animali (seconda fase); - Fase preclinica che viene fatta sugli animali e contemporaneamente viene fatta anche una fase preclinica in organoidi, organi 3D e/o sistemi complessi di organi 3D. La fase sugli animali per ora non può essere eliminata, è fondamentale per il passaggio al trial clinico e alle applicazioni cliniche, può essere ridotta ma non eliminata.

Esempio: Vaccini ad mRNA

Viene fatto un esempio su quanto detto per dimostrare la difficolta nella realizzazione clinica. Parliamo dei vaccini a mRNA:

Esempio: Vaccini ad mRNA The discovery of mRNA [1] Realization of in vitro mRNA transcription catalyzed by SP6 RNA polymerase [8] The discovery that humoral immunity is inducible by mRNA [10] The discovery that interferon is inducible by mRNA [5] The discovery of 5' Cap modification of mRNA [6] The discovery that celluar immunity is inducible by mRNA [9] 1961 1963 1975 1978 1984 1989 1990 1993 1995 The application of protamine on RNA delivery [4] The introduction of lipid materials for mRNA delivery [7] Initiation of cationic lipid-mediated mRNA transfection; Concept proposal of mRNA-based drugs [2] Concept proposal of mRNA vaccines [3] The first vaccination with mRNA encoding a modified cancer antigen [10] Analysis of research trends for RNA vaccines against influenza and cancer: LNP & Checkpoints [19] Flu- & RSV-specific mRNAs protective vaccination in preclinical study [16,17] The first utilization of direct injection of mRNA as a human cancer treatment [14] The demonstration that nucleoside-modified RNA is non-immunogenic [12] > 2020 2019 2017 2012 2010 2009 2008 2005 2002 1 The conduction of phase I clinical trial of vaccine mRNA-1723 against COVID-19 (NCT04283461) The first human test of conceptual personalized mRNA cancer vaccines [18] The first preclinical trial delivering DCs-targeted mRNA intranodally [15] The first clinical trial with ex vivo DCs transfected with mRNA against cancer [11] Nucleoside modification improves RNA stability & translation [13]

L'mRNA è stato scoperto nel 1961, nel 1989 viene proposto I'RNA come metodologia di trasferimento di informazioni all'interno delle cellule; la vera svolta avviene però nel 2008 quando l'RNA venne modificato per permettere un trasferimento efficiente di informazioni all'interno delle cellule. Parliamo di applicazione tecnica quando nel 2020 viene sviluppato il vaccino a mRNA contro il Covid19. Nel 1987 Robert Malone, un ricercatore, provò a trasferire informazioni nelle cellule tramite l'RNA. Si trovò però un problema perché quando l'RNA veniva trasferito all'interno delle cellule, si sviluppava un'infiammazione, di conseguenza non era un'applicazione utile. Tra il 2004 e 2008 si capisce che si deve modificare l'RNA per avere una buona risposta senza creare infiammazione, importante fu la scoperta dei TLR (Toll Like Receptors); questi recettori si trovano sulla superficie delle membrane della maggior parte delle nostre cellule del sistema immunitario e sono dei sensori degli acidi nucleici; infatti, riconoscono e ci proteggono da acidi nucleici provenienti da patogeni tramite l'attivazione di una cascata infiammatoria. Dopo la scoperta di questi recettori si è capito anche come risolvere il problema dell'infiammazione, tramite sostituzione dell'uridina con la pseudouridina che rende l'RNA invisibile a questi recettori.

Classificazione Laboratorio e Allestimento