Rilevamento miniaturizzato e monitoraggio biochimico
La capacità di rilevare molecole specifiche e segnali biochimici – in modo accurato, rapido e tramite dispositivi compatti – sta rivoluzionando il panorama della diagnostica medica, del monitoraggio sanitario personalizzato e della terapia mirata. Il Laboratorio di Rilevamento Miniaturizzato e Monitoraggio Biochimico si dedica alla validazione e all’applicazione di tecnologie miniaturizzate innovative per il rilevamento di analiti clinicamente e biologicamente rilevanti, con l’obiettivo di colmare il divario tra le piattaforme emergenti e la loro implementazione nel mondo reale.
Una linea di ricerca centrale studia i sistemi di rilevamento miniaturizzati per il rilevamento biochimico. L'esperienza del laboratorio risiede nella definizione dei requisiti prestazionali, nella selezione di modelli biologici appropriati e nella rigorosa validazione di nuovi sensori compatti sviluppati da partner nel campo dell'ingegneria e della fotonica. Nell'ambito del progetto BRIGHTIR, ad esempio, siamo responsabili della validazione biochimica di un sensore IR miniaturizzato per il rilevamento del lattato, un biomarcatore metabolico chiave nelle scienze motorie, con ulteriori applicazioni nel rilevamento dell'idratazione. Un'iniziativa complementare, condotta nell'ambito del progetto europeo OMICSENS, in cui Silvia Holler ricopre il ruolo di coordinatrice scientifica, applica un approccio simile basato sulla validazione a piattaforme di sensori nano-fotonici miniaturizzati per il rilevamento di biomarcatori associati al cancro ai polmoni, compresa l'analisi IR delle vescicole extracellulari (EV) e dei profili cellulari.
Una seconda linea di ricerca si concentra sulla progettazione e la caratterizzazione di nanoparticelle funzionalizzate per l'imaging sito-specifico e la teranostica. Attraverso l'ingegnerizzazione di nanoparticelle in grado di colpire selettivamente tessuti specifici o marcatori molecolari, studiamo piattaforme che integrano l'imaging diagnostico con un'azione terapeutica localizzata, con particolare rilevanza per l'oncologia.
In entrambe le direzioni, il laboratorio opera all'interfaccia tra chimica analitica, biochimica e applicazioni biomediche, lavorando in stretta collaborazione con partner clinici e industriali per garantire che le tecnologie che studiamo siano valutate in base a criteri di prestazione significativi e realistici.
Linee di ricerca
- Validazione di Sensori Miniaturizzati per il Rilevamento Biochimico: Testiamo e validiamo piattaforme di rilevamento compatte per l'individuazione di specifiche molecole biochimiche in campioni complessi. Mentre l'ingegnerizzazione dei dispositivi e i componenti fotonici vengono sviluppati da partner specializzati, il nostro contributo si focalizza sulla validazione biochimica e analitica. Questo include la definizione dei requisiti di prestazione, la selezione dei sistemi di test biologici e la dimostrazione dell'applicabilità in matrici reali. Attualmente, l'attenzione è rivolta al rilevamento del lattato tramite un chip a infrarossi (IR) miniaturizzato, sviluppato all'interno del progetto BRIGHTIR; l'attività comprende la caratterizzazione di sensibilità e selettività, studi sulle interferenze e dimostrazioni di fattibilità (proof-of-concept) in campioni biologicamente rilevanti.
- Sensori Miniaturizzati per la Diagnosi Oncologica: Innestata all'interno del progetto europeo OMICSENS, questa linea di ricerca indaga l'utilizzo di piattaforme di sensori compatti per il rilevamento di biomarcatori associati al cancro nei fluidi biologici e nei tessuti. Il focus specifico è sulla diagnosi del tumore al polmone attraverso l'uso di sensori nano-fotonici integrati, includendo la caratterizzazione a infrarossi (IR) di vescicole extracellulari e profili cellulari come firme diagnostiche.
- Nanoparticelle Funzionalizzate per Imaging Sito-Specifico e Teranostica: Esploriamo la progettazione e la caratterizzazione di nanoparticelle ingegnerizzate per colpire selettivamente tessuti, tipi cellulari o marcatori molecolari specifici. Oltre al contrasto passivo nell'imaging, queste piattaforme vengono studiate per il loro potenziale teranostico, combinando in un unico sistema integrato la diagnostica per immagini e il rilascio mirato di farmaci (o l'azione terapeutica). Tra le applicazioni di maggiore interesse figurano il targeting tumorale e l'imaging intraoperatorio, contesti in cui la precisione spaziale e la versatilità funzionale sono fondamentali.
- Benchmarking Tecnologico e Validazione Orientata alle Applicazioni: Filo conduttore trasversale del laboratorio è la valutazione sistematica delle nuove tecnologie di rilevamento rispetto alle reali esigenze analitiche del settore. Definiamo i protocolli di validazione (validation frameworks), selezioniamo i sistemi di modelli biologici appropriati e coinvolgiamo gli stakeholder clinici e industriali. L'obiettivo è garantire che le tecnologie da noi studiate siano valutate sulla base di criteri di prestazione significativi e concretamente rilevanti per il mercato.
P.Knoll and S.Holler, Surface-Driven Protocell Formation in Geologically Relevant Early Earth Environment. ChemSystemsChem8, no. 2 (2026): e00062. https://doi.org/10.1002/syst.202500062
Sowinski, D. R., Holler, S., Wong, M., Segal, G., Parkinson, D., Vidal, C., Cleaves, H. J., Sinhad, P., Prabhu, A. & Bartlett, S. Causal Leverage Density: A Universal Framework for Semantic Information. Artificial Life Conference Proceedings 37 (Vol. 2025, No. 1, p. 43). MIT Press. https://doi.org/10.1162/ISAL.a.871 (2025)
Holler, S., Casiraghi, F. and Hanczyc, M.M. Internal state of vesicles affects higher order state of vesicle assembly and interaction. ACS Omega 2024, 9, 49316–49322. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c06037 (2024)
Holler, S.*, Bartlett, S., Löffler, R.J.G., Casiraghi, F., Sainz Diaz, C.I., Cartwright, J.H.E. and Hanczyc, M.M. Hybrid organic–inorganic structures trigger the formation of primitive cell-like compartments. PNAS 120, 33, e2300491120. https://doi.org/10.1073/pnas.2300491120 (2023) *corresponding author
Silvia Holler, PI
Per ulteriori informazioni, contattare Silvia Holler.
- BRIGHTIR — Chip emettitore a infrarossi a banda larga per il rilevamento biochimico scalabile - Transizione EIC | ID convenzione di sovvenzione: 101290530 Tecnologia di emettitori a infrarossi termici miniaturizzati per il benessere, la diagnostica medica e il monitoraggio ambientale. Il laboratorio guida la validazione biochimica della piattaforma di sensori IR, concentrandosi attualmente sul rilevamento del lattato come caso d'uso di alto valore in ambito clinico e delle scienze motorie. Silvia Holler, Responsabile del progetto
- OMICSENS — Progetto europeo “Bio-SENSor nano-fotonico integrato per l'OMIC nel cancro al polmone” | ID dell'accordo di sovvenzione: 101129734 Sviluppo di piattaforme di rilevamento nano-fotoniche miniaturizzate per l'individuazione dei biomarcatori del cancro al polmone. Silvia Holler, coordinatrice scientifica
- OMICSENS+ — FVRT 2026: Convalida dell'analisi a infrarossi delle vescicole extracellulari (EV) e dei profili cellulari per la diagnostica oncologica. Silvia Holler, responsabile del progetto.
- Asclepio — FVRT 2022 Donne innovatrici. Sviluppo di nanosonde teranostiche per l'imaging sito-specifico e la terapia mirata. Silvia Holler, ricercatrice principale. Responsabile: Flavia Ravelli.