Gli organoidi, cluster cellulari derivati da cellule primarie in grado di replicare e di auto-organizzarsi in 3D, sono il modello più avanzato di coltura cellulare. Il loro utilizzo nelle patologie infettive rappresenta un promettente approccio nello studio delle relazioni simbiotiche e parassitarie tra microrganismi ed ospite, permettendo di analizzare la complessa rete di comunicazioni tra cellule eucariotiche differenziate e correttamente strutturate ed i microrganismi associate ad esse. Pertanto, lo scopo del presente progetto è quello di applicare la tecnologia organoide in vari campi della Microbiologia che spaziano dalla patogenesi alla terapia delle malattie acute e croniche ad eziologia microbica. Il laboratorio Organoidi presso il Dipartimento di Sanità Pubblica e Malattie Infettive (DSPMI) sta sviluppando protocolli per lo studio dell'interazione microrganismo-ospite, includendo ceppi patogeni, opportunisti o probiotici, parassiti o derivati microbici (vescicole, esosomi), in modelli intestinali e polmonari. Tuttavia, al fine di rispecchiare la via naturale di contatto tra i microrganismi e gli epiteli, si rende necessaria l'acquisizione di una strumentazione per il "delivery" dei microrganismi, o derivati, all'interno degli organoidi 3D. Il sistema di micromanipolazione-microiniezione rappresenta, pertanto, un avanzamento strumentale in grado di implementare ed arricchire la capacità sperimentale sia del laboratorio Organoidi ma anche dei laboratori del DSPMI. Infatti, tale sistema si adatta a molteplici scopi che includono anche la microiniezione di farmaci e/o molecole ad attività antimicrobica permettendo lo sviluppo di piattaforme sperimentali per il testing di molecole ed anche la microiniezione di oociti di insetti per studi su organismi geneticamente modificati.
Il DSPMI svolge un ruolo strategico nel campo della Sanità Pubblica affrontando problematiche che includono lo studio e controllo della contaminazione ambientale (acque, alimenti, aria atmosferica, ecc.), la lotta contro agenti infettivi comuni ed emergenti e la diagnostica di laboratorio. Esso è diviso secondo le varie aree di studio nelle Sezioni: Igiene, Microbiologia, Parassitologia, Malattie Infettive, Medicina Interna e Statistica Sanitaria. La sezione di Microbiologia presenta laboratori e personale specializzato per lo studio della interazione microrganismo-ospite nell'ambito del microbiota, delle malattie infettive acute, infiammatorie e cronico-degenerative. Inoltre, in questo ambito, include numerose linee di ricerca per lo sviluppo di nuove molecole ad attività antimicrobica ed antinfiammatoria, al fine di identificare nuove strategie antimicrobiche. La Sezione di Microbiologia ospita il Laboratorio di Microbiologia Computazionale (LMC) che è una infrastruttura in grado di condurre analisi bioinformatiche avanzate tra le quali la caratterizzazione di comunità microbiche complesse e l'analisi meta-trascrittomica. Infine, in questa Sezione, è stato recentemente allestito un nuovo laboratorio interamente dedicato alla cultura degli organoidi. Quindi, il DSPMI rappresenta un hub naturale della ricerca in questo ambito, grazie ai suoi laboratori di microbiologia, virologia e parassitologia che costituiscono una solida piattaforma sperimentale per lo sviluppo di modelli cellulari complessi da applicare nello studio delle interazioni ospite-patogeno.
La sezione di Microbiologia è dotata di rilevanti strumentazioni tra cui: iQ5 Multicolor Real Time PCR (Bio-Rad); sistema di acquisizione di immagini ChemiDoc¿ (Bio-Rad); scanner di acquisizione di immagini nel vicino infrarosso (Odyssey ® CLx Imager, LI-COR); microscopio a fluorescenza Leica DM5000B (Leica); sistema per TTGE (Temporal Temperature Gradient gel Electrophoresis, Bio-rad) e per PFGE (Pulsed Field Gel Electrophoresis, Bio-Rad); analizzatore immunologico (Bio-Plex Multiplex System, Bio-Rad); Sistema BioFlux (Fluxion Biosciences), lettore di micropiastre in assorbanza, fluorescenza, luminescenza (BioTek); fluorometro Qubit 4 (Invitrogen), e cabina per batteri anaerobi in via di acquisizione (Ruskinn, mod. Concept 400). Tale strumentazione permette l¿esecuzione di esperimenti complessi e di analisi multiparametriche necessarie alla caratterizzazione delle relazioni tra microrganismi ed ospite.
Il sistema di micromanipolazione e microiniezione è una strumentazione fondamentale per studi di interazione microrganismo-ospite in quanto consente di iniettare il patogeno all'interno del lume dell'organoide, mimando così la via naturale di infezione. L'acquisizione di questo sistema rappresenta un importante avanzamento strumentale in grado implementare ed arricchire la capacità sperimentale dei laboratori del Dipartimento. La versatilità di questo sistema consentirà anche di microiniettare farmaci e/o molecole ad attività antimicrobica permettendo lo sviluppo di piattaforme sperimentali per il testing di molecole. Infine, l'acquisizione di tale apparato consentirà anche la microiniezione del sistema CRISPR-Cas9 all'interno di oociti di insetti per lo studio dei geni coinvolti in processi chiave della biologia dei vettori e della loro capacità di trasmettere i patogeni.
I diversi gruppi di ricerca, in particolare quelli dedicati alla batteriologia, alla virologia ed alla parassitologia hanno da sempre incentrato i loro studi sia sull'eziopatogenesi di specifiche malattie infettive che sul ruolo dei microrganismi che compongono il microbiota umano. Pertanto, è indispensabile adottare tecnologie sempre più innovative per affrontare importanti sfide nel campo della ricerca di base, nella clinica e nella medicina personalizzata. Quindi, la presente strumentazione incrementerà il livello tecnologico del Dipartimento ampliando le nostre conoscenze nell'ambito dell'interazione microrganismo-ospite negli stati di salute e di malattia.