Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013

Il futuro delle biotecnologie

Università di Milano, 4-10-2013Massimo Iacobelli, MD

Il Futuro delle Biotecnologie

Outline

• Key Enabling Technologies

• Futuro, uno primo sguardo…..

• Le biotecnologie

• Biotech in Italia

• Alcuni concetti importanti

• I cambiamenti futuri

• Gli sviluppi futuri

• Il vostro futuro

Il futuro

Incertezza

• In una concezione lineare del tempo,

il futuro è la parte di tempo che ancora

non ha avuto luogo……

• Popper e il futuro:

– …..dobbiamo tracciare una separazione molto netta tra il

passato, che noi possiamo e dobbiamo giudicare ed il futuro.

Sarà la nostra

chiave per predire

il futuro

– Il futuro dipende da noi; da tutti noi...

da quello che facciamo e faremo,

oggi e domani e dopodomani.

– il futuro, è decisamente aperto

e può venir da noi influenzato.

Tempo che intercorre tra scoperta iniziale

e lancio del prodotto nel mercato

L’esempio di alcuni farmaci

In altri settori,

con minori

complessità di

sviluppo

(es diagnostici,

biotech industriale),

il ritardo può essere

inferiore

Time to Market per le

biotecnologie industriali

• La tipica Ricerca nel campo della biotecnologia industriale può

richiedere da 2 a 4 anni prima di ottenere un nuovo processo

che poi potrà essere perfezionato e commercializzato.

• Sviluppare il processo fino a scala commerciale richiede spesso

altri 2 anni, e la costruzione di un nuovo impianto di

produzione richiede ulteriori 2 anni.

• Infine, le aziende devono sviluppare applicazioni specifiche

prima che il nuovo prodotto possa entrare nel mercato.

• Quindi in generale ci vogliono fino a 6 a 8 anni prima che un

prodotto possa essere commercializzato.

KET – INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY -Working Group Report, June 2011

La biotecnologia è una delle

«tecnologie fondamentali per il futuro»

• Una cospicua parte dei

beni e dei servizi che

saranno disponibili sul

mercato nel 2020 oggi

è ancora sconosciuta,

• ma il motore principale

del loro sviluppo sarà

l'applicazione delletecnologie abilitanti fondamentali

(Key Enabling Technologies, KET)

COM (2009) 512

La biotecnologia è una delle

«tecnologie fondamentali per il futuro»

• Basandosi sulle attuali tendenze della ricerca e del

mercato a livello mondiale, le seguenti tecnologie si

possono ritenere le KET più rilevanti dal punto di

vista strategico, considerato

COM (2009) 512

– biotecnologia

– nanotecnologia

– micro e

nanoelettronica,

– fotonica

– materiali avanzati

• il loro contributo

alla soluzione dei

problemi della società,

• la loro intensità di

conoscenza,

• il loro potenziale

economico.

Key Enabling Technologies

I prodotti più avanzati sono una

combinazione di KETsUn esempio:

Un recente strumento per la diagnosi in tempo reale di influenza aviaria, che incorpora:

– un metodo biotech,

– microelettronica (chips),

– rilevamento fotonico basato su laser,

– superfici nanotecnologiche ottimizzate per procedimenti fluidici

High Level Expert Group on KET – Report June 2011

Globalizzazione e trasferimento di tecnologie

• Negli ultimi decenni sono cadute quasi tutte le barriere al

trasferimento di conoscenze e tecnologie in un pianeta

ormai globalizzato.

• Tuttavia, sono proprio i Paesi dove più alto è l’investimento in

ricerca ad avvantaggiarsi dell’assorbimento di tecnologie

provenienti dall’estero: il «free riding», quindi, non paga.

• Senza un elevato accumulo di conoscenze non si riesce ad

assorbire efficacemente l’innovazione tecnologica

proveniente da altri Paesi; e per beneficiare pienamente

dell’apertura internazionale (nel commercio, nell’acquisto di

brevetti, come negli investimenti diretti) è essenziale avere

una elevata capacità di relazione in entrambe le direzioni.

Banca d’Italia. Ignazio Visco. Perché non si può crescere senza ricerca

Futuro, uno primo sguardo…..

Il nostro viaggio nel futuro

attraverso il presente

Futuro, un primo sguardo…..

L’analisi di alcuni progetti su cui sono

state recentemente investite risorse

pubbliche (Europee) a supporto della

ricerca ci permette già oggi di

identificare alcune delle «tecnologie»

che avranno un maggiore sviluppo nei

prossimi anni.

• L’evoluzione della ricerca e gli sviluppi futuri

dipendono anche dall’ammontare degli

investimenti pubblici e privati dedicati.

Il cervello da un miliardo di euro

Sembra fantascienza, ma

ricercatori europei hanno

iniziato il lavoro di

costruzione di un modello

di un cervello umano

pienamente funzionante,

dopo aver vinto uno dei

più grandi finanziamenti

per la ricerca mai

assegnati in Europa

- e sperano che il dispositivo

potrà aiutare ad affrontare

malattie come l'Alzheimer e il

Parkinson.

Rete neuronale simulata, mostra immagini 3D di cellule individuali

(ricostruita da dati di laboratorio). L© EPFL / Blue Brain Progetto

Con un miliardo di euro, l’Human Brain Project (HBP) è

uno dei progetti di ricerca di punta dell'UE per i

prossimi 10 anni. Impiegherà supercomputers per

ricostruire un cervello umano e quindi utilizzarlo per

controllare robot e testare trattamenti farmacologici.

Complessità dei sistemi biologici

Signal

transduction

pathways

Polmone “on chip”

• Un'altra tendenza emergente nel

campo della biologia sintetica è

simulare le funzioni e le attività di

organi viventi in micro-dispositivi

che sono fabbricati come un

microchip e rivestiti da cellule

umane vive.

• Recentemente, è stato sviluppato un

"polmone-on-chip", che contiene condotti

separati da una membrana porosa flessibile,

rivestita su un lato da cellule epiteliali airsac, e

dall'altro con cellule dei vasi sanguigni.

• Applicando deformazioni cicliche all'interfaccia

tessuto-tessuto, il sistema mima i movimenti

della respirazione.

Lung on a Chip, by Donald Ingber, Wyss Institute for

Biologically Inspired Engineering at Harvard University

Questo semplice "organo in un chip" può

simula la risposta del polmone umano

alle infezioni, infiammazioni, e tossine

ambientali. Tali dispositivi offrono un

nuovo approccio per testare farmaci e

valutare la tossicità di inquinanti.

Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University

La memorizzazione dei dati

si trasforma in DNA

• Quante volte amici o parenti vi hanno detto che il

vostro aspetto e carattere dipendono dai vostri

genitori, …. cioè dal codice genetico conservato nel

vostro DNA

• Memorizzazione dei dati in molecole di DNA

• nel futuro, una tazza di DNA potrebbe

• memorizzare 100 milioni di ore di video.

• La ricerca è stata finanziata dalla UE e i fondi saranno utilizzati per affinare la

tecnica in modo che potesse essere scalata fino a memorizzare tutti i dati che

esistono sulla terra - stimata in tre zettabytes, o 3.000 miliardi di miliardi di byte

- che, per coloro che non pensano in 'byte', è più o meno equivalente a una pila

di 750 miliardi di DVD.

• Memorizzare le informazioni in una forma minuscola che riduce lo spazio ed elimina il

bisogno di energia per dischi rigidi ad alto consumo e costosi.

DNA

Le biotecnologie

Con l’utilizzo di cellule viventi e

la scoperta di nuove molecole,

l’innovazione biotech fornisce

alla società metodi innovativi per:

Le biotecnologie sono l’industria del futuro

Aiutano la società a risolvere vecchi problemi con nuovi metodi.

2013 Policy Principles to Promote Biotechnology

Migliorare l’ambiente

• sviluppando processi

di fabbricazione che

prevengano

l’inquinamento

• riducano gli scarti,

• riducano il consumo

di acqua

Combattere le malattie

• rivelando l’origine

genetica delle

malattie,

• per trovare nuovi

metodi e prodotti per

la diagnosi e la cura

Produrre alimenti a

sufficienza per tutti

• aumentando la resa

dei raccolti e

• riducendo l’impatto

ambientale

dell’agricoltura

Cosa sono le biotecnologie?

Il mondo delle biotecnologie

Il termine "biotecnologia" è una parola nuova che descrive

però una disciplina antica. In effetti già migliaia di anni fa

l'uomo ha iniziato a produrre birra, vino, pane e a

trasformare il latte in yogurt e formaggio.

Louis Pasteur (1861), per primo comprende questi eventi,

individuando i microrganismi responsabili delle trasformazioni.

Il passo successivo è rappresentato dalla tecnologia del DNA

ricombinante (ingegneria genetica), nata negli anni Ottanta.

L’ulteriore sviluppo è legato alla messa a punto di tecnologie per

la loro coltivazione e l'ottimizzazione dei processi produttivi.

Possono essere definite come:

• ogni tecnologia che utilizza organismi

viventi (quali batteri, lieviti, cellule

vegetali, cellule animali di organismi

semplici o complessi) o loro componenti

Cosa sono le biotecnologie?


Per European Medicines Agency - Biotecnologia: l'uso di organismi viventi

per creare o modificare prodotti, compresi i medicinali.

sub-cellulari purificati (ad es enzimi)

• al fine di ottenere notevoli quantità di prodotti utili,

• o per sviluppare microrganismi utili per usi specifici,

• oppure per migliorare le caratteristiche di piante e

animali

Campi di applicazione delle biotecnologie


Per la salute

(“red biotechnologies”)

• Farmaci

• Diagostici

• Vaccini

Per l’ambiente

(“grey biotechnologies”)

• Ceppi naturali o ingegnerizzati di

microrganismi in grado di

degradare le sostanze inquinanti

• Fitorisanamento: la capacità di

alcune piante di assorbire metalli

pesanti e altri composti presenti

nel terreno

• Diagnostica ambientale

Per l’agroalimentare

(“green biotechnologies”)

• Metodi per migliorare I processi di

produzione e i prodotti

• Metodi per controllo di qualità,

conservazione, contaminanti

Per l’industria

(“white biotechnologies”)

• Biomateriali, es bioplastica

• Enzimi , ad es utilizzati

nell'industria alimentare

• Processi di bioconversione

(produzione di antibiotici,

vitamine, aromi, carta ed altri

derivati della cellulosa, ecc.).

• Bioenergie: biomasse,

combustibili liquidi, biogas

The Human Genome Project

• Iniziato nel 1990, finanziato dal

National Institute of Health (NIH),

USA, il Progetto Genoma Umano

(HGP) è stato una delle più grandi

imprese di ricerca della storia;

• uno sforzo di ricerca internazionale per la

sequenza e la mappa di tutti i geni - insieme

conosciuto come il genoma - dei membri

della nostra specie, Homo sapiens.

• Il progetto, costato ∼∼∼∼10 miliardi $, è stato completato nel 2003

• ci ha dato la possibilità, per la prima volta, di leggere completamente il modello

genetico della natura per la costruzione di un essere umano.

Circa 800 basi di sequenza di DNA

(pari a 1/3.800.000 del genoma

umano), contenenti il primo di

quattro tratti di codice del gene Ras

umano. Solo una parte della

sequenza contiene il codice genetico

20

02

20

04

20

05

20

05

20

07

20

08

Perché sono così importanti gli

studi sul genoma?

• Il cancro è una malattia del genoma

• Prima del Progetto Genoma Umano, si conosceva la base

genetica di circa 60 malattie.

• Oggi, si conosce la base di più di 5.000 condizioni.

• Per più di 100 farmaci approvati sono ora disponibili informazioni

genomiche (varianti genetiche che influenzano efficacia, dosaggi

o effetti collaterali rischiosi).

• Ma il lavoro per i ricercatori non è affatto finito. Vi sono ancora

regioni del genoma umano di cui non conosciamo la funzione.

Drammatica riduzione dei costi dell’analisi

completa del DNA

• Dopo 13 anni del Progetto Genoma Umano, oggi il

sequenziamento completo di un genoma umano costa meno di

5.000 $ e prendere solo un giorno o due. E si sta cercando di

ridurne il costo (1000 $).

Altri risultati sinora ottenuti

con i 10,4 miliardi di $ investiti in

ricerca scientifica nel progetto:

• Lancio della “rivoluzione

genomica”

• 796 miliardi di $ come

impatto economico

• 3,8 milioni di anni-lavoro

creati nel corso del progetto

Applicazioni della genomica

Rapporto 2013 sulle biotecnologie in Italia

• I campi di applicazione e gli sviluppi della

genomica sono ampi, oltre alla salute umana,

in molti settori diversi nell’ambito delle

biotecnologie.

• Biotecnologie Veterinarie

• Biotecnologie Vegetali, Alimentari e

Agroambientali

• Biotecnologie Industriali ed Ambientali

• altri

Diagnostica genetica

http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Risk/BRCA

Un esempio: cancro della mammella

• Il cancro al seno delle donne nella

popolazione generale si sviluppa in

circa il 12% dei casi.

• Invece, dal 55 al 65% delle donne che

presentano (ereditano) una mutazione

del gene BRCA1, e circa il 45 % delle

donne che ereditano una mutazione di

BRCA2 svilupperanno il cancro al seno

dopo 70 anni di età.

14 maggio 2013. Angelina

Jolie ha annunciato oggi di

aver subito "una doppia

mastectomia preventiva".

L'attrice ha spiegato la sua

decisione …..

Le biotecnologie guidano l’innovazione

Bridging the market gap . NATURE | VOL 501 | 26 SEPTEMBER 2013.

L’innovazione biomedica domina nel numero di

brevetti presentati

Le biotecnologie guidano l’innovazione

OECD, Biotechnology Statistics Database, December 2012.

L'indice di avanzamento tecnologico rilevato è calcolato come la quota in brevetti biotecnologici

sui brevetti totali, per Paese.

Avanzamento tecnologico rilevato nel campo delle biotecnologie,

confronto 1998-2000 e 2008-10

DJIA (.INDU)

Uno dei settori industriali più attraenti, e in

crescita continua (anche per gli investitori)

NASDAQ Composite (COMP)

NASDAQ Biotechnology

(NBI)

S&P 500 (SPX)

I rendimenti dell'indice

non rappresentano la

performance effettiva del

Biotechnology Index Fund

NASDAQ e hanno scopo

puramente descrittivo. La

performance passata non è

garanzia di risultati futuri

Anche Google nel biotech

• Google ha recentemente

presentato Calico, una nuova

azienda che tenterà di risolvere

alcuni dei maggiori problemi

dell’assistenza sanitaria.

• Una delle principali iniziative

della joint venture indipendente

sarà di cercare di estendere

significativamente la durata

della vita umana.

• Arthur Levinson, l'ex capo di

Genentech, una delle prime e più

importanti aziende biotech, sarà

l’amministratore delegato.

http://business.time.com/2013/09/18/google-extend-human-life/

Percentuale di aziende specializzate

in biotecnologie, per applicazione


ultimo anno disponibile

Health Agriculture FoodNatural

resourcesEnvironment

Industrial

processingBioinformatics Other Year

Australia (2006) 47,8 13,3 5,0 3,3 8,8 7,7 8,7 5,5 2006

Austria (2010*) 67,5 2,6 0,0 0,0 0,0 7,8 0,0 22,1 2010

Belgium (2010) 64,3 8,9 6,3 0,5 6,7 11,2 1,3 0,9 2010

Canada (2005) 58,3 20,1 7,3 3,9 7,3 0,0 0,9 2,1 2005

Estonia (2011) 61,0 0,0 6,0 6,0 3,0 3,0 21,0 0,0 2011

Germany (2011) 47,8 4,2 0,0 1,2 3,4 5,9 4,3 33,2 2011

Israel (2010*) 60,2 13,5 0,0 1,5 6,7 5,6 .. 12,5 2010

Italy (2010*) 63,7 4,8 5,5 0,0 4,8 8,2 2,1 11,0 2010

Korea (2010*) 33,9 1,5 22,7 0,0 7,3 6,0 6,2 22,4 2010

New Zealand (2011) 29,9 18,4 19,5 .. 5,7 17,2 5,7 3,4 2011

Poland (2011*) 54,8 19,4 - 0,0 6,5 12,9 0,0 6,4 2011

Portugal (2010*) 38,1 2,4 .. 2,4 9,5 19,0 .. 28,6 2010

Slovenia (2011*) 44,2 .. .. .. 15,6 40,2 .. .. 2011

South Africa (2006) 39,0 37,0 4,0 4,0 6,0 0,0 1,0 9,0 2006

Spain (2010*) 39,3 15,6 52,8 .. 14,2 11,5 .. .. 2010

United Kingdom (2012*) 74,0 1,0 1,0 N/A 0,0 17,0 7,0 0,0 2012

Per l'Italia i risultati sono per applicazione principale.

Sviluppo delle biotecnologie industriali

in Europa

BIOTIC Draft Roadmap to overcome hurdles for innovation in industrial biotechnology in Europe

L’industria biotech in Italia


Dettaglio imprese

OCSE e pure biotech

Multi-coreGenomica, Proteomica

Industriale

Agro-alimentare

Salute

L’industria biotech in Italia


Analisi per localizzazione geografica, imprese biotech

Terapie Avanzate


• Utilizzando specifici geni, ottenuti in

laboratorio, è possibile trattare (spesso in modo

risolutivo) molte malattie di origine genetica.

• Ricorrendo all’uso di cellule manipolate, per adattare le

loro caratteristiche biologiche a quelle dei pazienti, è

possibile rigenerare o sostituire i tessuti danneggiati.

• Interessanti prospettive

emergono anche dall’ uso

delle cellule staminali, che

si sono dimostrate in grado

di indurre l’organismo a

rigenerare i tessuti

danneggiati.

Aziende specializzate in Italia

Alcune concetti importanti

Ince

rte

zza

Co

mp

less

ità

Ric

erc

a

Bre

ve

tti

Va

lue

Pro

po

siti

on

Ris

ors

e

Incertezza

• Con l'espressione "incertezza", in campo scientifico, si

intende uno stato di conoscenza limitata, incompleta,

talora indeterminata, per cui non è possibile

descrivere esattamente lo stato esistente.

• Di fatto, non conosciamo ancora completamente i

complessi meccanismi biologici che determinano la

fisiologia umana, animale e anche vegetale

• Necessario continuare la ricerca di base (fondamentale) per comprendere questi meccanismi

Complessità dei sistemi biologici

Signal

transduction

pathways

La ricerca

Ricerca di base

• ha come obiettivo primario l'avanzamento

della conoscenza e la comprensione teorica

delle relazioni tra le diverse variabili in gioco

in un determinato processo.

• I suoi risultati possono avere ricadute

applicative inaspettate.

Ricerca applicata

• Il suo obiettivo primario è lo sfruttamento

della conoscenza teorica già acquisita, per lo

sviluppo della relativa tecnologia.

• Solitamente viene eseguita in ambiente

industriale oppure in università con

finanziamenti da industrie interessate.

Spesso il confine tra

ricerca di base e

ricerca applicata

non è così netto, e

il criterio è definito

dalla relazione

temporale, in

quanto

la ricerca di base,

normalmente,

precede quella

applicata

Ricadute della ricerca

• Scientifica

– Divulgazione risultati:

• Presentazioni a congressi

• Pubblicazioni

• Brevetti

• Avanzamenti carriera

• Finanziamenti per

ulteriore ricerca

• Sviluppi industriali

• Economica in generale:

– Posti di lavoro

– Crescita locale

Differenti a seconda

del punto di vista:

• Per singole persone

• Per la società

• Per l’università

• Per i datori di

lavoro

• Per l’industria

• Eventuali altri

Brevetti

• Il brevetto è un formidabile strumento commerciale per le imprese,

perchè consente loro:

– di proteggere i propri investimenti in ricerca e innovazione,

– di acquisire risorse economiche supplementari attraverso la

gestione economica dei suoi diritti di uso.

• Un brevetto tutela e valorizza un’innovazione tecnica, ovvero un

prodotto o un processo che fornisce una nuova soluzione a un

determinato problema tecnico.

• E’ un titolo in forza del quale viene conferito un monopolio

temporaneo di sfruttamento sull’oggetto del brevetto stesso, per

un periodo di 20 anni a partire dalla data di deposito, consistente

nel diritto esclusivo di realizzarlo, di disporne e di farne un uso

commerciale, vietando tali attività ad altri soggetti non autorizzati.

Non tutto ciò

che è brevettato

ha una “value

proposition”!

Value Proposition

Risorse finanziarie disponibili

per lo sviluppo delle biotecnologie

1. Risorse rese disponibili dai governi ed istituzioni sovranazionali.

2. Risorse rese disponibili dalla Comunità Europea.

3. Risorse apportate da società di investimento (Capital Ventures)

4. Investimenti aggressivi nella ricerca biotecnologica in alcuni

Paesi (es Singapore, Cina e India)

5. Sovvenzioni governative sul bioetanolo e altri biocarburanti

in sostituzione dei combustibili a base di petrolio.

6. Le grandi aziende farmaceutiche pagano prezzi elevati per

acquisire le aziende biotech.

Source: Plunkett Research, Ltd.

Spese del settore pubblico

nella ricerca sulle biotecnologie


2011 or latest available year

(*) = % public biotech R&D in total government expenditures on R&D

Spese dei fondi di investimento in aziende private anni 2000-2013.

Brady Huggett. Biotech’s wellspring: the health of private biotech in 2012.Nature Biotechnology 31, 396–403 (2013)

Investimenti per modalità terapeutica

2008 2009 2010 2011 2012

Deals $ Deals $ Deals $ Deals $ Deals $

Biomaterials 22 108 13 78 15 75 15 91 7 29

Cell therapy 44 472 35 372 41 259 28 352 29 356

Gene therapy 16 235 15 180 10 70 24 241 13 162

Immunotherapy 70 1,056 44 630 57 626 42 627 33 367

Protein therapeutics 48 566 47 637 41 530 33 430 33 798

Small molecule 50 788 45 598 48 585 46 610 42 622

Specialty pharma 16 294 17 283 18 220 15 457 15 143

Other 74 730 84 794 72 812 66 841 63 674

Deals = Number of deals$ = Amount invested ($ millions)

Brady Huggett. Biotech’s wellspring: the health of private biotech in 2012.Nature Biotechnology 31, 396–403 (2013)

Futuro: alcuni cambiamenti importanti

10 Paesi più popolosi (milioni abitanti)

China 1.387 Pachistan 182

India 1.255 Nigeria 174

USA 320 Bangladesh 156

Indonesia 250 Russia 142

Brazil 200 Giappone 127

Attualmente, la popolazione

mondiale è di 7,1 miliardi …….e

sta crescendo drammaticamente!

Previsto che raggiungerà:

• 8 miliardi nel 2024

• 9 miliardi per il 2040

. / 1 - 1804: da 0.2 a 1 miliardo /------1804 - 2011 (207 years): da 1 miliardo a 7 miliardi ------/

Anno 1 1000 1500 1650 1750 1804 1850 1900 1927 1950 1960 1975 1980 1987 1999 2011 2020 2024 2030 2040 2050

Pop. (miliardi) 0.2 0.27 0.45 0.5 0.7 1 1.2 1.6 2 2.55 3 4 4.5 5 6 7 7.7 8 8.4 9 9.5

Aumento della popolazione mondiale

The Lancet, Volume 349, Issue 9064, Pages 1498 - 1504, 24 May 1997

L’età media della

popolazione mondiale

aumenterà a causa dell’

aumento della durata della

vita e del declino nelle

nascite nei Paesi sviluppati.

Cambiamenti previsti nella distribuzione per fascie di

età della popolazione mondiale, 1990-2020

Nei Paesi sviluppati:

15-44 anni = si ridurrà

45-64 anni = +26%

>65 anni = +71%

Nei paesi in via di

sviluppo:

<15 anni = +15%

45-59 anni = +140%.

Il cambiamento demografico della popolazione è una delle cause

0

2

4

6

8

10

12

14

16

20 40 60 80

% d

ell

a p

op

ola

zio

ne

aff

ett

a d

a c

an

cro

Età (anni)

Rischio di cancro* per età

Aumento della domanda di cure

Con l’aumentare dell’età media della

popolazione nei Paesi sviluppati, un

numero maggiore di persone soffrirà di:

• Cancro,

• Malattie cardiovascolari,

• Fratture,

• Demenza,

• altre condizioni.

• Inoltre, la spesa sanitaria per

la popolazione anziana potrà

diventare insostenibile.

• Saranno necessari più

oncologi, infermieri,

ricercatori per:

- prevenzione

- diagnosi precoce

- nuovi trattamenti

• Sarà, anche, necessario

sviluppare soluzioni

economicamente

sostenibili

Mortalità per cancro

Mortalità per inquinamento

La NASA fornisce

informazioni su

dove c’è una

maggiore

probabilità

di morire

a causa dell’

inquinamento

atmosferico.

Aumento del fabbisogno alimentare

Si stima che per il 2050, il consumo di carne crescerà di circa il

73%, mentre il consumo di prodotti caseari salirà del 58%

rispetto ai livelli odierni.

Questo potrà essere soddisfatto dall'uso di

sistemi d'allevamento intensivo su larga scala(allo stato attuale, alternative alla produzione

intensiva, non sembrano tecnicamente o

economicamente fattibili)

• Ciò è fonte di preoccupazione:

• per l’impatto ambientale, come l'inquinamento delle falde

acquifere e l'emissione di gas serra,

• in quanto potenziali incubatori di malattie

• Saranno, quindi, necessarie nuove conoscenze e tecnologie…


Le arti magiche servono a poco…..


Un’analisi delle aree tematiche su cui, nel

prossimo futuro, saranno investite risorse

pubbliche (Europee) a supporto della ricerca

ci permette già oggi di identificare le

«tecnologie» che avranno un maggiore

sviluppo nei prossimi anni.

• L’evoluzione della ricerca e gli sviluppi futuri

dipendono anche dall’ammontare degli

investimenti pubblici e privati dedicati.

Horizon 2020, Programma Quadro per la Ricerca

ed Innovazione (2014-2020)

• Horizon 2020 è lo strumento finanziario a supporto

dell’innovazione nell’Unione Europea.

• Il programma dell'UE per la ricerca e l'innovazione è

una delle iniziative volte a creare nuova crescita e

posti di lavoro in Europa.

• Sarà sviluppato tra il 2014 e il 2020 con un bilancio

di € 80 miliardi.



1) Incrementare le biotecnologie d'avanguardia

come driver di innovazione futura

- Biotecnologie -

2) Processi industriali basati sulle biotecnologie

3) Piattaforme tecnologiche innovative e competitive

4) Bioeconomia



1) Incrementare le biotecnologie d'avanguardia

come driver di innovazione futura

• L'obiettivo è quello di gettare le basi per l'industria europea per

rimanere in prima linea nell’innovazione, anche nel medio e lungo

termine.

• Comprende lo sviluppo di metodi emergenti come la biologia

sintetica (synthetic biology), la bioinformatica, la biologia dei

sistemi (system biology) e la valorizzazione della convergenza con

altre tecnologie abilitanti, come le nanotecnologie (ad es bio-

nanotecnologie) e ICT (es. bioelettronica).

• Per la realizzazione di nuove applicazioni (sistemi di somministrazione

di farmaci, biosensori, biochip, ecc.)

COM(2011) 811 final

- Biotecnologia -

Synthetic Biology

OECD, Biotechnology Policies

• Synthetic biology è un insieme di strumenti

e tecniche che fondono ingegneria e biologia

che si propone di costruire nuove entità

biologiche e ridisegnare quelle esistenti.

• Applicazioni possono essere trovate in medicina,

energia, ambiente e materiali. strumenti e tecniche.

• Si tratta di un nuovo campo, che ha già

stimolato la discussione per quanto

riguarda le sue possibilità tecniche, gli

aspetti etici, il suo ruolo nell'affrontare le

sfide globali e per aumentare la nostra

comprensione della biologia.

Synthetic Biology

OECD, Biotechnology Policies

Deve essere colmato il divario tra le possibili

applicazioni e gli strumenti e le tecniche

disponibili. Investimenti in tecnologie come

sintetizzatori di DNA e le tecnologie

combinatorie sono importanti per rafforzare

la ricerca e ottimizzare la durata degli studi.

Questo richiede investimenti per sviluppare

strumenti e tecniche.

Le grandi aziende farmaceutiche non sono ancora coinvolte nella

Synthetic Biology, anche se già considerano il campo vicino della "

system biology " come fondamentale per affrontare malattie

complesse.

System Biology

• La Biologia post-genomica è focalizzata

sullo studio di proteine isolate e linee

cellulari;

• Per capire perché una sistema biologico

evolve in patologia richiede di

comprendere una serie dinamica e

complessa di interazioni nel sistema,

ma questo non può essere compreso

studiando le diverse entità

separatamente .

• Un approccio di biologia dei sistemi è necessarie per razionalizzare

e modellare un sistema biologico specifico per estrarre ipotesi forti

che porteranno a progredire nel trattamento di pazienti.

System Biology

"L'approccio riduzionista ha

identificato con successo la

maggior parte dei componenti e

molte delle interazioni, ma,

purtroppo, non offre concetti o

metodi convincenti per capire

come le proprietà del sistema

emergono ... il pluralismo delle

cause e degli effetti di sistemi

biologici è meglio affrontato

osservando, attraverso misure

quantitative, più componenti

contemporaneamente e con una

rigorosa integrazione di dati con

modelli matematici.

Il riduzionismo sostiene che un sistema

complesso non è altro che la somma delle sue

parti, e che un risultato può essere ridotto ai

risultati dei singoli costituenti

Bioinformatica

• L’analisi statistica di grandi quantità

di dati biologici.

• Le informazioni possono provenire

da molte fonti, tra cui campioni di

tessuto, ricerca genetica, statistiche

dei pazienti e studi clinici.

• Miglioramenti della capacità di analisi dei dati genetici sono

indispensabili per lo sviluppo della genomica, in quanto:

• Attualmente, costa di più analizzare un genoma che

sequenziarlo.

• I risultati del sequenziamento possono essere ormai ottenuti in

un paio di giorni, l’analisi può impiegare anche 2 settimane.


• L'obiettivo è duplice:

• da un lato, consentire all'industria europea (ad esempio chimica,

sanità, industria mineraria, energia, cellulosa e carta, tessile,

trasformazione dei prodotti alimentari)

– di sviluppare nuovi prodotti e processi che soddisfino le

esigenze industriali e della società;

– e prodotti alternativi per sostituire prodotti esistenti,

migliorati e competitivi, basati sulle biotecnologie;

• d'altra parte, sfruttare il potenziale delle biotecnologie per

individuare, monitorare, prevenire e eliminare l'inquinamento.

COM(2011) 811 final


ed Innovazione (2014-2020)- Biotecnologia -


• Comprende:

– attività di ricerca sulle vie enzimatiche e metaboliche,

– progettazione di bio-processi,

– fermentazione avanzata,

– processi up- e down-stream,

– una migliore conoscenza della dinamica delle famiglie

microbiche.

• Comprenderà anche lo sviluppo di prototipi per valutare la

fattibilità tecnica ed economica dei prodotti e dei processi

sviluppati.

COM(2011) 811 final



• Down-stream

COM(2011) 811 final

Up-stream e down-stream process

• Up-stream

3) Piattaforme tecnologiche innovative e competitive

• L'obiettivo è sviluppare piattaforme tecnologiche (per esempio

genomica, meta-genomica, proteomica, metodi molecolari),

che inneschino la leadership e vantaggi competitivi in un

ampio numero di settori economici.

• Include il sostegno allo sviluppo di bio-risorse con proprietà e

applicazioni ottimizzate rispetto alle alternative

convenzionali;

• Che consentano l'esplorazione, la comprensione e lo sfruttamento

in modo sostenibile della biodiversità terrestre e marina per nuove

applicazioni e per sostenere lo sviluppo di soluzioni sanitarie basate

sulla biotecnologia (ad esempio diagnostici, prodotti biologici,

dispositivi biomedici)

COM(2011) 811 final



2030

• Una sistema sanitario basato

completamente sulla genomica sarà la

norma

– Medicina preventiva individualizzata

– Fattori ambientali e loro interazioni con il

genotipo identificati per molte malattie

– Malattie individuate precocemente

attraverso sorveglianza molecolare

– Terapia genetica e farmacologica per

target genici disponibile per molte

malattie

• Modelli computerizzati di cellule umane

rimpiazzeranno molti esperimenti di

laboratorio

• La vita media raggiungerà i 90 anni,

stressando gli assetti sociali precedenti

2020

• La terapia farmacologica sarà

precisamente indirizzata al

profilo molecolare del tumore

• La diagnosi e prescrizione di

molti farmaci sulla base di

informazioni farmacogenomiche

entrerà nella pratica medica

• La diagnosi delle malattie

mentali sarà trasformata,

nuove terapie saranno in studio,

ci sarà un cambiamento nella

visione della società

• Tecnologie ricombinanti

omologhe suggeriranno che la

terapia genica su cellule

germinali è sicura

Sviluppi futuri conseguenti alle

acquisizioni sul genoma umano

COM(2011) 811 final

Proteomica

• Le proteine sono essenziali

per l’attività cellulare, dal

metabolismo all’espressione

dei geni, alla divisione

cellulare e alla morte

cellulare.

• L'obiettivo della proteomica

è di comprendere la

funzione e la struttura delle

proteine

COM(2011) 811 final

Metagenomica

• La metagenomica è un

approccio basato sull'utilizzo di

tecniche genomiche moderne

per lo studio di comunità

microbiche direttamente nel

loro ambiente naturale,

evitando così il problema della

coltivazione in laboratorio.

• La maggior parte di questi organismi sono di difficile coltivazione a causa delle

loro particolari esigenze (temperature elevatissime, pressioni pari a quella

dei fondali oceanici, concentrazioni saline alte, ecc.) Non potendo coltivare

queste forme di vita, occorre un prelievo nei siti in cui crescono attivamente.

Bioeconomy: la nuova rivoluzione EU

Una nuova rivoluzione verde

• Nel 2012, la Commissione europea ha

adottato una strategia di spostare la

nostra economia verso una maggiore

e più sostenibile uso delle risorse

rinnovabili.

• La Commissione europea (CE), gli

Stati membri dell'UE e l'industria

europea hanno annunciato che

investiranno più di € 22 miliardi di

euro nei prossimi sette anni in ricerca

ed innovazione nella bioeconomia, in

settori che offrano posti di lavoro di

alta qualità.

I settori saranno:

• farmaci innovativi,

• aeronautica,

• industrie bio-based,

• celle a combustibile e

idrogeno,

• elettronica.

• ridurre le emissioni di

carbonio in atmosfera,

• fornire la prossima

generazione di antibiotici

• prodotti di uso quotidiano

«più verdi» ottenuti

utilizzando risorse naturali

rinnovabili e tecnologie

innovative.

Trends futuri per la bioeconomia

L'Ocse vede le seguenti applicazioni delle biotecnologie industriali con un'alta probabilità di raggiungere il mercato entro il 2030:

• Miglioramento enzimi per una crescente gamma di applicazioni nel settore chimico.

• Migliori microrganismi che possono produrre un numero sempre maggiore di prodotti chimici in un unico passaggio, alcuni dei quali si basano su geni identificati attraverso bioprospecting.

• Biosensori per il monitoraggio in tempo reale degli inquinanti ambientali ed elementi biometrici per l'identificazione di persone.

• Biocarburanti ad alta capacità energetica, prodotti dalla canna da zucchero e biomasse da cellulosia.

• Quota di mercato maggiore per i biomateriali come bioplastiche, soprattutto in settori di nicchia, dove garantiscono vantaggi.

The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy Agenda

Barriere al trasferimento dei risultati della

ricerca al mercato, per la bioeconomia

Ci sono almeno 5 barriere che limitano il trasferimento della ricerca al mercato:

• Comprendere precocemente il potenziale tecnologico e di business

dei risultati della ricerca dell’università.

• Per il prossimo futuro deve essere prevista una forte competitività.

– Le nuove tecnologie devono garantire la competitività anche in scenari di alti costi di energia

e delle materie prime. Prodotti provenienti da fonti rinnovabili hanno spesso maggiori costi

di produzione e catene del valore più complesse.

• Modelli di bio-raffineria in grado di produrre prodotti diversi,

– che necessitano di un efficace flessibilità nella gestione dei processi per essere in grado di

adattarsi alle diverse situazioni di mercato. Questi processi flessibili non sono ancora disponibili.

• Periodo di tempo ridotto per esercitare i ricavi derivanti dalla

Proprietà Intellettuale , dopo il lancio del prodotto sul mercato

• La disponibilità di ricercatori adeguatamente istruiti (biologi, chimici,

botanici) e di ingegneri (di impianto, di processo)

KET – INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY -Working Group Report, June 2011

Il vostro futuro

Trend occupazionale nelle biotecnologie

Capacità richieste dall’industria

Current & Projected Workforce Trends in the Life Science Industry, 2013

• Conoscenza delle vie biologiche delle malattie

• Conoscenza delle banche dati/ biblioteche di campioni

Conoscenze tecniche richieste

Biomarkers

Discovery

Identificazione

Biomarcatori

Misurazione

Biomarcatori

Sviluppo metodi

e strumenti

Validazione

Analitica

Validazione

Clinica

• Metodi high throughput per l’identificazione dei biomarcatori

• Analisi per identificare le caratteristiche dei biomarcatori

• Metodi di determinazione diagnostica

• Algoritmi per la valutazione di segnali multiparametrici

• Tecniche per determinare le specifiche dei metodi

• Tecniche e processi per l’ottimizzazione del metodi

• Sviluppo protocolli per la valutazione dei parametri

• Sviluppo procedure per la raccolta e gestione dei campioni

• Conoscenza dello sviluppo clinico mediante piccoli studi pilota

• Gestione dei dati : creazione di database per l’analisi dei dati

ST

UD

IAC

RE

A I

L T

UO

CU

RR

ICU

LUM

WIN

A J

OB

an

d …

Ma

ke

a d

iffe

ren

ce

2013

La realtà può essere migliore delle aspettative

Oppure……

Collaborazione

Da non dimenticare che …….

Competizione

Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013

Technology

Transcript of Il futuro delle biotecnologie iacobelli 4-10-2013