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DIPARTIMENTI

Oncologia e Medicina molecolare

Biotecnologie Innovative nell’Immunologia Dei Tumori

Citometria ad alta dimensionalità

La citometria ad alta dimensionalità è una categoria di tecniche citometriche avanzate di analisi cellulare che permette la caratterizzazione molto dettagliata di ogni singola cellula immunitaria grazie alla capacità di analizzare decine marcatori contemporaneamente. Questi parametri possono includere proteine di superficie, proteine intracellulari e loro isoforme. Le cellule vengono marcate con anticorpi specifici, ognuno legato a un segnale rilevabile, quali fluorocromi o isotopi metallici, che permettono di analizzare, a livello di singola cellula, la presenza e la quantità di molteplici marcatori fenotipici e funzionali, offrendo una visione dettagliata del sistema immunitario e delle sue interazioni con il microambiente tumorale.

Grazie a queste tecnologie, è possibile identificare sottopopolazioni immunitarie rare, studiare stati di attivazione o esaurimento delle cellule T, caratterizzare cellule mieloidi soppressive e monitorare la risposta ai trattamenti immunoterapici.

Tuttavia, l’elevata complessità tecnica e analitica richiede standard rigorosi di qualità, dalla preparazione dei campioni all'acquisizione e analisi dei dati.

Per questo motivo, il nostro gruppo non si occupa solo dell'applicazione di queste tecnologie, ma anche della validazione e armonizzazione dei protocolli sperimentali e analitici, per garantire riproducibilità, affidabilità e confronto tra studi diversi. Ciò è essenziale per ottenere risultati significativi e trasferibili, soprattutto in ambito traslazionale e clinico.

 

Organoidi Tumorali 3D

Gli organoidi tumorali 3D rappresentano un modello sperimentale avanzato per lo studio dell’interazione tra sistema immunitario e tumore, offrendo un’alternativa più fisiologicamente rilevante rispetto alle colture bidimensionali tradizionali. Si tratta di strutture tridimensionali auto-organizzate, derivate da cellule tumorali di pazienti, che ricapitolano in vitro molte delle caratteristiche istologiche e funzionali del tumore originario, inclusa l’eterogeneità cellulare, l’architettura tissutale e la presenza di componenti del microambiente tumorale.

Grazie a questi modelli, è possibile analizzare la risposta immunitaria antitumorale in modo più realistico, studiando, ad esempio, l’infiltrazione e l’attivazione delle cellule immunitarie, nonché i meccanismi di immunoevasione. Gli organoidi possono essere co-coltivati con cellule immunitarie autologhe (provenienti dallo stesso paziente), permettendo di osservare interazioni specifiche e personalizzate tra le cellule del tumore e il sistema immunitario.

Questa tecnologia è particolarmente utile per testare l’efficacia e la specificità di immunoterapie, come gli inibitori dei checkpoint immunologici, in un contesto che riflette più fedelmente le condizioni fisiologiche del tumore umano. Inoltre, gli organoidi 3D permettono lo studio della modulazione dell’immunità da parte di cellule stromali, fibroblasti, e citochine presenti nel microambiente tumorale.

 

Tumor-Immune System-on Chip

La tecnologia Immune System_Tumor- -on-Chip è una piattaforma innovativa che consente di ricostruire in vitro il microambiente tumorale in 3D, simulando in modo realistico le interazioni dinamiche tra tumore esistema immunitario. Questa tecnologia riproduce fedelmente le condizioni fisiologiche tridimensionali dei tessuti umani, permettendo lo studio dei meccanismi immunitari e tumorali in un contesto altamente controllato.. Si basa su dispositivi microfluidici in cui cellule tumorali e immunitarie vengono co-coltivate in strutture 3D, con la possibilità di modulare parametri chiave come il flusso di fluidi, l’ossigenazione e la distribuzione di nutrienti e i segnali chimici.

Gli Immune System_Tumor-on-Chip, migliorando la patofisiologia dei modelli rispetto alle colture 2D tradizionali,, permette di osservare in tempo reale processi dinamici fondamentali, come l’infiltrazione delle cellule immunitarie nel tumore, la loro attivazione, l’interazione con cellule stromali e tumorali, e i meccanismi di evasione immunitaria. Questi processi vengono analizzati e quantificati mediante tecniche di imaging avanzato integrate con algoritmi matematici e modelli computazionali. È così possibile misurare parametri chiave come la velocità di migrazione cellulare, i percorsi di movimento, nonché la durata e frequenza delle interazioni tra cellule immunitarie e tumorali. La tecnologia Immune System_Tumor-on-Chip si configura pertanto come un potente strumento per indagare la risposta immunitaria antitumorale e valutare l’efficacia di nuove strategie terapeutiche, con un’attenzione particolare alle immunoterapie e al loro impiego nell’ambito della medicina personalizzata.

 

Modelli Preclinici Murini Xenograft

I modelli preclinici murini xenograft rappresentano uno strumento fondamentale per lo studio in vivo della risposta immunitaria antitumorale, in un contesto biologicamente complesso e fisiologicamente rilevante. Questi modelli si basano sull’impianto di cellule tumorali umane, spesso derivate da pazienti (PDX, patient-derived xenografts), in topi immunodeficienti, che possono essere successivamente ingegnerizzati con cellule immunitarie umane, ricreando così un sistema immuno-oncologico umano in un organismo vivente.

Questa tecnologia consente di osservare l'interazione tra tumore e sistema immunitario in condizioni dinamiche e sistemiche, inclusi la migrazione delle cellule immunitarie verso il tumore, la loro attivazione, l'efficacia delle terapie immunomodulanti e i meccanismi di resistenza. L’uso di cellule immunitarie autologhe o compatibili con il tumore impiantato permette di modellare risposte immunitarie personalizzate, fornendo una piattaforma altamente informativa per la valutazione preclinica di nuove terapie.

I modelli xenograft rappresentano inoltre una piattaforma indispensabile per testare l’efficacia, la sicurezza e la farmacocinetica delle immunoterapie emergenti, in una fase avanzata di validazione preclinica, prima dell’ingresso in studi clinici.

 



Validazione e Armonizzazione dei saggi di citofluorimetria multiparametrica applicata allo studio dell’assetto immunitario periferico

Il progetto “Armonizzazione dei saggi di citofluorimetria multiparametrica applicata allo studio dell’assetto immunitario periferico” ha preso il via diversi anni fa sulla spinta di un finanziamento della Regione Lazio e mira a sviluppare una metodologia standardizzata per l’analisi del sistema immunitario attraverso la citofluorimetria a flusso. L’obiettivo è ottimizzare e uniformare i protocolli per migliorare la comparabilità dei risultati tra laboratori, consentendo un’interpretazione accurata delle variazioni nelle popolazioni cellulari immunitarie nei pazienti affetti da malattie infiammatorie, autoimmuni e oncologiche. Attraverso un confronto tra il tradizionale gating manuale e l’analisi basata su algoritmi di intelligenza artificiale, il progetto si propone di definire parametri affidabili per valutare l’assetto immunitario, identificando biomarcatori periferici che riflettano lo stato di progressione della malattia e la risposta alle terapie, contribuendo così all’innovazione nel monitoraggio clinico e nella ricerca traslazionale.

Finanziamento:

Regione Lazio - Lazio Innova

Resposnsabili scientifici:

  • Iole Macchia - Primo Ricercatore (OMM)
  • Francesca Urbani - Ricercatore (OMM)

Collaboratori ISS:

  • Valentina La Sorsa - Primo Ricercatore (CORI)
  • Valentina Tirelli - Ricercatore (FAST)
  • Luca Pasquini - Ricercatore (FAST)

Pubblicazioni

  1. Macchia I, La Sorsa V, Ruspantini I, Sanchez M, Tirelli V, Carollo M, et al. Multicentre Harmonisation of a Six-Colour Flow Cytometry Panel for Naïve/Memory T Cell Immunomonitoring. J Immunol Res. 2020;2020:1–15. 
  2. Macchia I, Iacobone F, Urbani F. Optimization and intra-assay validation of a multiparametric flow cytometric test for monitoring circulating TREGs. Methods Cell Biol. 2024;1–20.


Building solutions for healthcare: Deep-Immune-Host-analysis model

Il progetto si propone di sviluppare un modello multidisciplinare di Deep Immune-Host Analysis (DIHA), finalizzato all’identificazione di biomarcatori immunitari associati al cancro e ad altre patologie. L’approccio integra dati su più livelli: dalla macroanalisi delle cellule immunitarie periferiche, agli studi di immunologia cellulare e funzionale in vitro, fino all’esplorazione dei meccanismi immunitari a livello molecolare. A tal fine, vengono utilizzate tecnologie avanzate quali CyTOF (Cytometry by Time-of-Flight), CLSM (Confocal Laser Scanning Microscopy), microscopia elettronica a scansione (SEM), microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e RNA-sequencing.

Responsabile scientifico

Lucia Gabriele, OMM

Collaboratori ISS:

  • Parlato Stefania, Mattei Fabrizio, Schiavoni Giovanna, Donati Simona, OMM
  • Pasquini Luca, Carella Cintia, Pietrantoni Agostina, Spadaro Francesca, FAST

Finanziamento

PNRR - MISSION 4 – COMPONENT 2 - INVESTMENT 1.5 - CODE ECS00000024 - CUP: I83C22001000005 - “ROME TECHNOPOLE - Creation and strengthening of “Innovation Ecosystems” - construction of territorial R&D leaders – Sub-project: Building solutions for healthcare: Deep-Immune-Host-Analysis model (DIHA) model. Responsabile Scientifico: Marco Crescenzi e Franco Cardone.

Collaboratori esterni

  • Antonio Cosma, National Cytometry Platform, Translational Medicine Operation Hub, Luxembourg Institute of Health, Esch-sur-Alzette, Luxembourg


IPerGlio-Improving personalised glioblastoma care by intertwined immunomics and artificial intelligence approaches

Il progetto IPerGlio mira a identificare marcatori immunologici utili a definire strategie terapeutiche personalizzate per i pazienti con glioblastoma multiforme (GBM), attraverso un approccio integrato che unisce immunomica e intelligenza artificiale.

Gli obiettivi principali del progetto sono:

  • Integrare dati clinici e immunologici complessi provenienti da 260 pazienti con GBM, reclutati in due centri clinici europei. I dati raccolti comprendono profili fenotipici, molecolari, funzionali e di imaging;
  • Correlare questi dati con fattori ambientali e di stile di vita per comprendere i meccanismi della malattia e la risposta ai trattamenti;
  • Applicare strumenti avanzati di Business Intelligence (BI) e modelli predittivi basati su Intelligenza Artificiale (AI) e machine learning per integrare i dati e definirne il valore predittivo;
  • Migliorare la qualità di vita dei pazienti tramite un approccio di medicina di precisione che includa fattori biologici, sociali e ambientali.

Attraverso l'integrazione di immunomica e AI, IPerGlio rappresenta un modello innovativo per affrontare la complessità biologica e clinica del glioblastoma, contribuendo alla trasformazione digitale della medicina personalizzata in oncologia.

Responsabile scientifico

Lucia Gabriele, OMM

Collaboratori ISS:

  • Giulia Romagnoli, Sara Gualdi, Irene Canini, Caterina Lapenta, Simona Donati, Alessandra Fragale, Laura Lattanzi (OMM)
  • Valentina Tirelli, Francesca Spadaro, Agostina Pietrantoni, Mario Picozza (FAST)

Finanziamento

ERAPERMED2022-245-IPerGlio-Improving personalised glioblastoma care by intertwined immunomics and artificial intelligence approaches.

Collaboratori esterni

  • Else Marit Inderberg, Translational Research Unit, Section for Cellular Therapy, Department of Oncology, Oslo University Hospital, Oslo, Norway
  • Pallini Roberto, Giorgio D'Alessandris, Dipartimento di Neuroscienze, Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS, Roma
  • Antonio Cosma, National Cytometry Platform, Translational Medicine Operation Hub, Luxembourg Institute of Health, Esch-sur-Alzette, Luxembourg
  • Marcos J Araúzo-Bravo, BioDonostia Health Research Institute, San Sebastian, Spain
  • Ruben Andreas Sakowsky, Brandenburg Medical School Theodor Fontane, University of Potsdam, Potsdam, Germany
  • Carlo Presutti, Dipartimento di Biologia e Biotecnologie "Charles Darwin", Sapienza Università di Roma


Precision Prevention Strategies: Identifying Risk Determinants for High-Impact Diseases through Phenotype, Genotype, and Exposome Analysis

È un progetto pianificato per prevedere con maggiore precisione quali strategie/interventi di prevenzione funzioneranno per una particolare malattia e contribuirà a stabilire raccomandazioni di salute pubblica per sottogruppi specifici in base al fenotipo, al genotipo e all’esposoma. Obiettivo è quello dell’identificazione dei determinanti del rischio individuale di sviluppare malattie ad alto impatto sullo stato di salute di una popolazione, come le malattie cardiovascolari, tumorali o endocrino-metaboliche.

Responsabile scientifico

Fabrizio Mattei, OMM

Collaboratori ISS:

  • Giovanna Schiavoni, Adriana Rosa Gambardella, Francesco Noto, Iole Macchia, OMM

Finanziamento

PNRR - MISSION 4 – COMPONENT 2 - INVESTMENT 1.3 - CODE PE0000019 - CUP: I83C22001830006 - “HEAL ITALIA - Health Extended Alliance for Innovative Therapies, Advanced Lab-research, and Integrated Approaches of Precision Medicine”– Sub-project: Spoke 7. Responsabile Scientifico: Mauro Biffoni.

Collaboratori esterni

Menzionati nel sito ufficiale del progetto: HEAL ITALIA https://www.healitalia.eu/


Multidisciplinary approach helps deciphering the host-pathogen relationship in vaccinated and recovered from mild COVID-19 subjects

Il progetto studia l’interconnessione tra risposta immunitaria, stress ossidativo, stato metabolico e caratteristiche individuali nei soggetti vaccinati e guariti dal COVID-19. L’obiettivo è analizzare come il sistema immunitario si attivi e si modifichi in seguito all’infezione e alla vaccinazione, in rapporto agli stress metabolico e ossidativo, elementi noti per influenzare la salute cellulare e la longevità. Utilizzando tecniche avanzate di citofluorimetria, biochimica e analisi molecolare, il progetto esamina i PBMC (cellule mononucleate del sangue periferico) e il plasma dei partecipanti per identificare biomarcatori immunologici, ossidativi e alterazioni metaboliche. Questa ricerca aiuta a comprendere la risposta immunitaria adattativa e a esplorare le basi biologiche della variabilità nella risposta al virus e alle vaccinazioni.

Responsabile scientifico

Francesca Urbani, OMM

Collaboratori ISS:

  • Iole Macchia, OMM
  • Valentina La Sorsa, CORI
  • Alessandro Giuliani, DAMSA
  • Donatella Pietraforte, Egidio Iorio, Maria Elena Pisanu, Mattea Chirico, FAST

Collaboratori esterni

  • Maria Concetta Altavista, Valentina Durastanti, Unità di Neurologia, IRCCS San Filippo Neri – ASL RM1, Roma, Italia


Accelerating the development of innovative therapies for solid tumors by advanced preclinical evidence and 3D system

Il progetto ha l’obiettivo principale di approfondire la comprensione dei segnali cellulari coinvolti nello sviluppo e nella progressione del melanoma metastatico, con particolare attenzione a quelli che potrebbero rappresentare potenziali bersagli terapeutici. In particolare, si intende individuare e caratterizzare i segnali cellulari che possono essere modulati attraverso terapie combinate, che associano farmaci immunomodulatori a composti epigenetici, con l’intento di migliorare l’efficacia del trattamento e superare le resistenze tumorali.

Per raggiungere questo scopo, verranno studiati in dettaglio i vari componenti del sistema immunitario che giocano un ruolo cruciale nella risposta del paziente alle terapie. L’analisi comprenderà l’identificazione e la valutazione delle cellule immunitarie, delle molecole segnale e di altri fattori del microambiente tumorale che possono influenzare positivamente o negativamente l’azione terapeutica. 

L'interazione tra melanoma e cellule immunitarie sarà analizzata tramite sistemi microfluidici 3D tumor-on-chip, ricreando l'ambiente tumorale con cellule primaria di melanoma da lesioni metastatiche e simulando l'interazione con diverse popolazioni immunitarie. Questo metodo consentirà di valutare la risposta immunitaria antitumorale e di osservare in tempo reale le interazioni nel microambiente tumorale.

Questo approccio integrato permetterà di ottenere una visione completa e dettagliata dei meccanismi alla base della risposta terapeutica, favorendo lo sviluppo di strategie innovative e personalizzate per il trattamento del melanoma, con l’obiettivo finale di migliorare la prognosi e la qualità di vita dei pazienti.

Responsabile scientifico

Lucia Gabriele, OMM

Collaboratori ISS:

  • Alessandra Fragale, Laura Lattanzi, Stefania Parlato, Giulia Romagnoli, Irene Canini, Gabriella Rainaldi, Maria Rosaria Venturino, OMM
  • Giuseppina D'Agostino, Felicia Grasso, FAST

Finanziamento

PNRR - MISSION 4 – COMPONENT 2 - INVESTMENT 1.3 - CODE PE0000019 - CUP: I83C22001830006 - “HEAL ITALIA - Health Extended Alliance for Innovative Therapies, Advanced Lab-research, and Integrated Approaches of Precision Medicine”– Sub-project: Spoke 7- WP1 – Task 1.3 Accelerating the development of innovative therapies for solid tumors by advanced preclinical evidence and 3D system. Responsabile Scientifico Mauro Biffoni.

Collaboratori esterni:

  • Carlo Presutti, Dipartimento di Biologia e Biotecnologie "Charles Darwin", Sapienza Università di Roma


Building solutions for healthcare: Organs-on-chip for onco-immunology. Immune_System-on-chip Laboratory

Le tecnologie Organ-on-Chip rappresentano un approccio all’avanguardia per migliorare la ricerca preclinica e la valutazione di terapie farmacologiche i, grazie alla capacità di replicare con precisione la fisiopatologia umana. In particolare, i modelli Immune_System-on-Chip costituiscono uno strumento potente per simulare le risposte immunitarie in condizioni patologiche.

In questo contesto è stato creato il Laboratorio Immune_System-on-Chip (ISy-on-Chip Lab), dedicato allo sviluppo di modelli 3D innovativi e biomimetici in grado di riprodurre i principali processi immunitari coinvolti in tumori, infezioni e altre patologie. Queste piattaforme permettono la ricostruzione in vitro delle interazioni tra sistema immunitario e tessuti in condizioni fisiopatologiche rilevanti, supportando la valutazione di terapie sia convenzionali che sperimentali, come la chemioterapia e l’immunoterapia.

All’interno del Rome Technopole, l’ISy-on-Chip Lab mette a disposizione competenze, tecnologie e infrastrutture per accelerare lo sviluppo e la sperimentazione di farmaci, contribuendo alla crescita della medicina personalizzata nei settori accademico, della ricerca e dell’industria.

Il laboratorio riunisce tre partner strategici:

  • ISS, che fornisce competenze scientifiche avanzate sulla risposta immunitaria e infrastrutture biologiche all’avanguardia, tra cui laboratori BSL2/BSL3, sistemi di imaging (confocale, fluorescenza, time-lapse) e strumenti per l’allestimento e l’analisi di esperimenti con modelli Immune_System-on-Chip.
  • CNR, che offre competenze tecnologiche avanzate per la fabbricazione di chip e lo sviluppo di sistemi microfluidici, elementi essenziali per la riproduzione on-Chip della complessità fisiopatologica umana.
  • Sapienza Università di Roma, che contribuisce con conoscenze specialistiche nella dinamica dei fluidi e nella modellazione computazionale delle interazioni tra componenti biologiche, fisiche e meccaniche.

 

Responsabile scientifico

Lucia Gabriele, OMM

Collaboratori ISS:

Parlato Stefania, Mattei Fabrizio, Schiavoni Giovanna, Donati Simona, OMM

Finanziamento

PNRR - MISSION 4 – COMPONENT 2 - INVESTMENT 1.5 - CODE ECS00000024 - CUP: I83C22001000005 - “ROME TECHNOPOLE - Creation and strengthening of “Innovation Ecosystems” - construction of territorial R&D leaders – Sub-project: Building solutions for healthcare:Organs-on-chip for onco-immunology. 

Collaboratori esterni

  • Luca Businaro, Annamaria Gerardino e Adele De Ninno, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Roma 
  • Carlomassimo Casciola Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, Sapienza Università di Roma

Pubblicazioni

Parlato S, Grisanti G, Sinibaldi G, Peruzzi G, Casciola CM, Gabriele L. Tumor-on-a-chip platforms to study cancer-immune system crosstalk in the era of immunotherapy. Lab Chip. 2021 Jan 21;21(2):234-253. 

OMM

Immunologia dei Tumori

Anno

2025
Dipartimento Oncologia e Medicina molecolare