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L’INDUSTRIA TECNOLOGICA:
IMAGING, BIOTECNOLOGIE,
ROBOTICA, ITC
Marco Salvatore
Adelaide Greco
Dipartimento di Scienze Biomorfologiche e Funzionali
Università degli Studi di Napoli Federico II.
XXXIV Seminario dei Laghi della Fondazione Smith Kline, 4 e 5 ottobre 2012.
1. IL SISTEMA BIOTECH IN ITALIA.
2. LA ROBOTICA.
3. IL WEB: TELEDIAGNOSTICA E TELEASSISTENZA.
4. LE NANOBIOTECNOLOGIE.
5. L’IMAGING MOLECOLARE.
IL SISTEMA BIOTECH
Fonte: Dati Osservatorio Nazionale per la Biosicurezza, le Biotecnologie e le Scienze della Vita 2007
Pure biotech: Imprese che hanno come core business
attività legate esclusivamente alle biotecnologie.
Altre biotech: Imprese che utilizzano almeno una tecnica
biotecnologica per produrre beni e servizi per fare ricerca in
campo biotech, senza che questa risulti essere il core
business dell’impresa stessa
Rapporto sulle biotecnologie in Italia - 2012
Imprese biotech: definizione dei settori di applicazione
Imprese biotech: definizione dei settori di applicazione
 Red biotech: Biotecnologie applicate alla salute dell’uomo: uso di moderni
metodi biotecnologici per lo sviluppo di prodotti terapeutici, vaccini, tecnologie
di drug delivery, metodiche di diagnostica molecolare, attività di drug discovery
e cosmetici.
 Green biotech: Biotecnologie agroalimentari.
 GPTA: Genomica, Proteomica e Tecnologie Abilitanti.
 White biotech: Biotecnologie industriali (prodotti chimici, materiali e
carburanti).
 Multi core: Imprese che operano in almeno due dei settori di applicazione
sopra citati.
Rapporto sulle biotecnologie in Italia - 2012
Rapporto sulle biotecnologie in Italia - 2012
Analisi per settore di applicazione, imprese pure biotech
L’Italia terza in Europa, dopo la Germania e il
Regno Unito per numero di imprese pure
biotech.
In italia si osserva un aumento del numero delle imprese pure
biotech, passato da 242 nel 2010 a 248 nel 2011
il settore delle biotecnologie della salute esprime il 96% del
fatturato.
Più della metà delle imprese considerate sono purebiotech di
micro o piccola dimensione, che originano da start-up e spin-off
accademici o industriali, con una percentuale di addetti in R&S
nell’ordine del 30%.
 Immissione in commercio di 319 prodotti.
Report 2012 BioiIn Italy, rapporto sulle Biotecnologie in Italia
Distribuzione italiana delle imprese censite per
area geografica
Netta prevalenza di società di capitali (92%) delle quali più del 60% è
costituito da società a responsabilità limitata, forma giuridica
particolarmente adeguata ad imprese di minori dimensioni.
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rischio destinati alla crescita e allo sviluppo delle nuove imprese.
Classi dimensionali di appartenenza delle imprese biotech
Rapporto delle Biotecnologie in Italia 2012
2012 10-04af
Robotica
La robotica è una scienza che, in base ai
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CHIRURGIA GUIDATA
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ROBOTIC NURSE
Assistente robotico che fornisce gli strumenti
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RADIOTERAPIA GUIDATA
• Miglior definizione del tessuto bersaglio consentito dalle
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IGRT (Image-Guided Radiotherapy)
Attraverso la IGRT è possibile infatti depositare dosi elevate di
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circostanti. In alcuni contesti clinici è possibile somministrare dosi
efficaci per la cura del tumore in poche frazioni (ipofrazionamento)
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di qualità epocale nel trattamento delle neoplasie.
UFFICIO STAMPA AOUP
GIUGNO 2012
NANOFOTONICA E TECNOLOGIE ICT PER
TELEDIAGNOSTICA E TELEASSISTENZA
PROGETTO NADIA (Smart Cities Health 2012)
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per il rilevamento diretto, continuo ed in tempo reale di parametri
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teleassistenza mediante ago-catetere.
Biosensore sulla
punta di una fibra ottica
Biosensori in fibra ottica
Le proprietà ottiche del biosensore vengono rilevate dai trasduttori in
fibra ottica e convertite in un segnale, prima ottico e poi elettronico, al
fine di ottenere un segnale interpretabile e quantificabile correlato alla
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Utilizzo dell’Informatica in Sanità
20
Amministrazione
della
Conoscenza
Ausilio
Decisionale
Amministrazione
della
Informazione
Clinica
Comunicazione
Utilizzo dell’Informatica in Sanità
 Comunicazione
 Telemedicina
 Tele-radiologia
 E-mail del paziente
 Presentazioni
 Amministrazione della Conoscenza
 Pubblicazioni
 informazioni di salute del
consumatore
 le informazioni mediche basate-su-
Prove
 Supporto alla Decisione
 Sistemi di archiviazione
 Diagnosi di Sistemi Esperti
 Interazione tra farmaci
 Amministrazione di
Informazione
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Elettroniche
 Transazioni di fatturazione
 Sistemi di Ordinazione
21
 Sistema remoto per memorizzare dati accessibili via
web services
 Indipendente dalla piattaforma
 Luogo sicuro per archiviare informazioni mediche
 Condivisione di informazioni mediche tra le applicazioni
e le altre parti controllata dall UTENTE
Microsoft HealthVault
FASCICOLO SANITARIO ELETTRONICO:
Infrastruttura
ASL
Medico
B
Medico
A
1. Creazione
documento
2. Condivisione
documento
Fascicolo
Sanitario
Elettronico
3. Richiesta
documento
4.
Consegna
documento
•consentire la localizzazione e la disponibilità delle
informazioni sanitarie ovunque memorizzate
•consentire una facile integrazione con sistemi e
infrastrutture preesistenti in maniera tale da renderli
interoperabili
•fornire adeguate caratteristiche prestazionali in termini
di accessibilità ai documenti e dati sanitari
•garantire un elevato livello di sicurezza
•essere basata su standard aperti
•fornire meccanismi per supportare adeguatamente i
processi sanitari
Sensori per
monitoraggio
multi-parametrico
Ospedale
Health / call
Centre
Comunicazione Dati e feedback
Data processing & analysisData acquisition
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
500
1000
1500
t [sec]
RR[msec]
Tilt
Sympthoms
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
50
100
150
t [sec]
SBP[mmHg]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0
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100
SCMI[%]
t [sec]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
-0.5
0
0.5
Risk[--]
t [sec]
Positive VVS Risk
altri dati:
clinici,immagini,
lab, genomici
Analisi
Intelligente
Supporto alla diagnosi
ed alla cura
Cura,
Riabilitazione
Expertise
Medico
I Personal Health Systems (PHS) contribuiscono alla erogazione di servizi sanitari personalizzati in
modo continuo e controllato per rendere più autonomi e sicuri i pazienti indipendentemente dalla
loro ubicazione
NANOBIOTECNOLOGIE
PRESENTE….
-Cosmesi, display e chip di memoria, bici ultraleggere, Industria
alimentare, Medicina con i liposomi.
FUTURO…
-Nuovi strumenti diagnostici: diagnosi semPre più precoce di
malattie.
-Endoscopi: permettono il passaggio attraverso i tessuti senza
creare danni.
-Somministrazione intelligente di farmaci.
-Fabbricazione di tessuti artificiali: supporti per la crescita di
cellule staminali.
Nanobiotecnologie e Imaging
molecolare
 Formulazione di nuovi nano vettori da impiegare nella
diagnostica per immagini (ecografia, Risonanza
Magnetica, Imaging Ottico).
 studio di nanocluster innovativi per la realizzazione di
traccianti supermagnetici per la Risonanza Magnetica.
 Integrazione di informazioni derivanti dalle più avanzate
tecniche di diagnostica per immagini con dati
biomolecolari.
In vivo MRI Visualization of different Cell Population
Labeled with PARACEST Agent, Ferrauto et Al. Magn
Reson Med. 2012
Immagini pesate T2 di
fantoccio. non si evidenzia una
distinzione tra cellule controllo
e marcate(a).
CEST Image: possiamo invece
notare una differenza di
colorazione delle differenti
popolazioni cellulari: Eu- e Yb-
(a+b = c).
PARACEST permette la
visualizzazione di differenti
tipi cellulari nella stessa
regione anatomica utilizzando
uno scannerr clinico 1H-MRI
(c).
Agenti CEST
c
 Agenti di Contrasto per Ultrasuoni, anche conosciuti come Microbolle (MB), sono un
potente strumento per la ricerca di diagnosi e terapie di modelli animali per malattie
umane.
 Le MB , permettono l’analisi quantitativa di Biomarker molecolari, studi di perfusione,
targeting microvascolare, rilascio di geni e farmaci.
MB diametro da 2.3 a 2.9 µm Target MB
US Agenti di Contrasto
Gas filled
Microbubble
Endothelial cell
Biotin
Antibody
Streptavidin
Gas
Oil
Lipids
Greco A..M. Salvatore. Ultrasound Biomicroscopy in small animal research: applications in molecular and pre-clinical imaging. Journal of Biomedicine and Biotechnology,
Journal of Biomedicine and Biotechnology 2012.
VEGF-R2 Binding in Realtime
M. Mancini, IBB-CNR
Gli Ultrasuoni interagiscono con le microbolle causando la loro oscillazione
e la loro distruzione portando al rilascio di materiale genetico. Inoltre gli
ultrasuoni producono un effetto locale “shockwave” che incrementa la
permeabilità cellulare permettendo il passaggio transcapillare di
macromolecole, attraverso piccole perforazioni endoteliali che vengono a
crearsi tramite la cavitazione.
Gene therapy mediata da US
RICERCA INNOVAZIONE SOSTENIBILITA’
RISORSE
PROBLEMI DI FONDO: (1)
Rispetto ad altri Paesi avanzati, il nostro sistema produttivo soffre di una limitata disponibilità
di capitali di credito e di rischio per investimenti in progetti di ricerca e innovazione e per la
crescita di nuove imprese biotech.
PROBLEMI DI FONDO: (2)
EQUILIBRIO TRA COMPETENZE SCIENTIFICHE E MANAGERIALI
RICERCA
APPLICATIVA
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COMPETENZE MANAGERIALI Sciarelli S.
CONCLUSIONI
• IL NUOVO CONCETTO DI MEDICINA SI BASA SU UNA
VISONE SEMPRE MENO SPECIE SPECIFICA E SEMPRE PIU’
INDIVIDUO SPECIFICA.
• QUESTO PUO’ ESSERE RESO POSSIBILE GRAZIE
ALL’INTEGRAZIONE DELL’INGEGNERIA, DELLA BIOLOGIA
E DELLA MATEMATICA DI FENOMENI CHIMICO-FISICI.
IL FUTURO
1.Formazione di nuove figure professionali addestrate a
comprendere le esigenze di carattere economico tipiche
dell’impresa ed esigenze di ricerca, nuove figure professionali
“scienziati-imprenditori”.
2.Introdurre le tematiche della gestione aziendale nel percorso
formativo dei Corsi di Laurea?
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4.Promuovere progetti su un’avanzata frontiera della ricerca e
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2012 10-04af

  • 1. L’INDUSTRIA TECNOLOGICA: IMAGING, BIOTECNOLOGIE, ROBOTICA, ITC Marco Salvatore Adelaide Greco Dipartimento di Scienze Biomorfologiche e Funzionali Università degli Studi di Napoli Federico II. XXXIV Seminario dei Laghi della Fondazione Smith Kline, 4 e 5 ottobre 2012.
  • 2. 1. IL SISTEMA BIOTECH IN ITALIA. 2. LA ROBOTICA. 3. IL WEB: TELEDIAGNOSTICA E TELEASSISTENZA. 4. LE NANOBIOTECNOLOGIE. 5. L’IMAGING MOLECOLARE.
  • 3. IL SISTEMA BIOTECH Fonte: Dati Osservatorio Nazionale per la Biosicurezza, le Biotecnologie e le Scienze della Vita 2007
  • 4. Pure biotech: Imprese che hanno come core business attività legate esclusivamente alle biotecnologie. Altre biotech: Imprese che utilizzano almeno una tecnica biotecnologica per produrre beni e servizi per fare ricerca in campo biotech, senza che questa risulti essere il core business dell’impresa stessa Rapporto sulle biotecnologie in Italia - 2012 Imprese biotech: definizione dei settori di applicazione
  • 5. Imprese biotech: definizione dei settori di applicazione  Red biotech: Biotecnologie applicate alla salute dell’uomo: uso di moderni metodi biotecnologici per lo sviluppo di prodotti terapeutici, vaccini, tecnologie di drug delivery, metodiche di diagnostica molecolare, attività di drug discovery e cosmetici.  Green biotech: Biotecnologie agroalimentari.  GPTA: Genomica, Proteomica e Tecnologie Abilitanti.  White biotech: Biotecnologie industriali (prodotti chimici, materiali e carburanti).  Multi core: Imprese che operano in almeno due dei settori di applicazione sopra citati. Rapporto sulle biotecnologie in Italia - 2012
  • 6. Rapporto sulle biotecnologie in Italia - 2012 Analisi per settore di applicazione, imprese pure biotech
  • 7. L’Italia terza in Europa, dopo la Germania e il Regno Unito per numero di imprese pure biotech. In italia si osserva un aumento del numero delle imprese pure biotech, passato da 242 nel 2010 a 248 nel 2011 il settore delle biotecnologie della salute esprime il 96% del fatturato. Più della metà delle imprese considerate sono purebiotech di micro o piccola dimensione, che originano da start-up e spin-off accademici o industriali, con una percentuale di addetti in R&S nell’ordine del 30%.  Immissione in commercio di 319 prodotti. Report 2012 BioiIn Italy, rapporto sulle Biotecnologie in Italia
  • 8. Distribuzione italiana delle imprese censite per area geografica
  • 9. Netta prevalenza di società di capitali (92%) delle quali più del 60% è costituito da società a responsabilità limitata, forma giuridica particolarmente adeguata ad imprese di minori dimensioni. FORME GIURIDICHE PREVALENTI
  • 10. Il sistema evidenzia alcune criticità connesse alla parcellizzazione delle competenze, alla limitata dimensione delle imprese (l’88% è di micro o piccola dimensione e realizza meno del 3% del fatturato complessivo), e alla mancanza di un vero mercato per i capitali di rischio destinati alla crescita e allo sviluppo delle nuove imprese. Classi dimensionali di appartenenza delle imprese biotech Rapporto delle Biotecnologie in Italia 2012
  • 12. Robotica La robotica è una scienza che, in base ai comportamenti degli esseri intelligenti, cerca di sviluppare macchine in grado di sostituire l’uomo in compiti ritenuti rischiosi, faticosi, ripetitivi, che richiedono precisione e velocità di esecuzione (biorobotica e la robotica biomedicale).
  • 14. Chirurgia Ortopedica Assistita dal Calcolatore, CAOS (Computer Assisted Orthopaedic Surgery) Applicazioni che prevedono l'utilizzo del calcolatore allo scopo di rendere meno invasive, più efficaci, sicure ed affidabili le procedure chirurgiche in ambito ortopedico.
  • 15. ROBOTIC NURSE Assistente robotico che fornisce gli strumenti richiesti dal chirurgo. PURDUE UNIVERSITY PHOTO/MARK SIMONS
  • 16. RADIOTERAPIA GUIDATA • Miglior definizione del tessuto bersaglio consentito dalle tecniche di imaging. • Possibilità di un controllo real time (durante la seduta della radioterapia, IGRT). Questo vantaggio si concretizza nella riduzione dei margini del campo irradiato che sono direttamente proporzionali all'incertezza che si può avere sulla definizione del bersaglio della terapia.
  • 17. RADIOTERAPIA GUIDATA IGRT (Image-Guided Radiotherapy) Attraverso la IGRT è possibile infatti depositare dosi elevate di radiazioni e al contempo risparmiare l'esposizione dei tessuti sani circostanti. In alcuni contesti clinici è possibile somministrare dosi efficaci per la cura del tumore in poche frazioni (ipofrazionamento) o, addirittura, in un'unica sessione di terapia (Single-Dose IGRT). Questi nuovi schemi di trattamento stanno permettendo un salto di qualità epocale nel trattamento delle neoplasie. UFFICIO STAMPA AOUP GIUGNO 2012
  • 18. NANOFOTONICA E TECNOLOGIE ICT PER TELEDIAGNOSTICA E TELEASSISTENZA PROGETTO NADIA (Smart Cities Health 2012) Obiettivo: realizzazione di una piattaforma tecnologica integrata per il rilevamento diretto, continuo ed in tempo reale di parametri biologici clinicamente rilevanti finalizzato alla telediagnostica e teleassistenza mediante ago-catetere.
  • 19. Biosensore sulla punta di una fibra ottica Biosensori in fibra ottica Le proprietà ottiche del biosensore vengono rilevate dai trasduttori in fibra ottica e convertite in un segnale, prima ottico e poi elettronico, al fine di ottenere un segnale interpretabile e quantificabile correlato alla presenza e alla concentrazione degli analiti di interesse.
  • 20. Utilizzo dell’Informatica in Sanità 20 Amministrazione della Conoscenza Ausilio Decisionale Amministrazione della Informazione Clinica Comunicazione
  • 21. Utilizzo dell’Informatica in Sanità  Comunicazione  Telemedicina  Tele-radiologia  E-mail del paziente  Presentazioni  Amministrazione della Conoscenza  Pubblicazioni  informazioni di salute del consumatore  le informazioni mediche basate-su- Prove  Supporto alla Decisione  Sistemi di archiviazione  Diagnosi di Sistemi Esperti  Interazione tra farmaci  Amministrazione di Informazione  Annotazioni Mediche Elettroniche  Transazioni di fatturazione  Sistemi di Ordinazione 21
  • 22.  Sistema remoto per memorizzare dati accessibili via web services  Indipendente dalla piattaforma  Luogo sicuro per archiviare informazioni mediche  Condivisione di informazioni mediche tra le applicazioni e le altre parti controllata dall UTENTE Microsoft HealthVault
  • 23. FASCICOLO SANITARIO ELETTRONICO: Infrastruttura ASL Medico B Medico A 1. Creazione documento 2. Condivisione documento Fascicolo Sanitario Elettronico 3. Richiesta documento 4. Consegna documento •consentire la localizzazione e la disponibilità delle informazioni sanitarie ovunque memorizzate •consentire una facile integrazione con sistemi e infrastrutture preesistenti in maniera tale da renderli interoperabili •fornire adeguate caratteristiche prestazionali in termini di accessibilità ai documenti e dati sanitari •garantire un elevato livello di sicurezza •essere basata su standard aperti •fornire meccanismi per supportare adeguatamente i processi sanitari
  • 24. Sensori per monitoraggio multi-parametrico Ospedale Health / call Centre Comunicazione Dati e feedback Data processing & analysisData acquisition 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 500 1000 1500 t [sec] RR[msec] Tilt Sympthoms 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 50 100 150 t [sec] SBP[mmHg] 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 0 50 100 SCMI[%] t [sec] 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 -0.5 0 0.5 Risk[--] t [sec] Positive VVS Risk altri dati: clinici,immagini, lab, genomici Analisi Intelligente Supporto alla diagnosi ed alla cura Cura, Riabilitazione Expertise Medico I Personal Health Systems (PHS) contribuiscono alla erogazione di servizi sanitari personalizzati in modo continuo e controllato per rendere più autonomi e sicuri i pazienti indipendentemente dalla loro ubicazione
  • 25. NANOBIOTECNOLOGIE PRESENTE…. -Cosmesi, display e chip di memoria, bici ultraleggere, Industria alimentare, Medicina con i liposomi. FUTURO… -Nuovi strumenti diagnostici: diagnosi semPre più precoce di malattie. -Endoscopi: permettono il passaggio attraverso i tessuti senza creare danni. -Somministrazione intelligente di farmaci. -Fabbricazione di tessuti artificiali: supporti per la crescita di cellule staminali.
  • 26. Nanobiotecnologie e Imaging molecolare  Formulazione di nuovi nano vettori da impiegare nella diagnostica per immagini (ecografia, Risonanza Magnetica, Imaging Ottico).  studio di nanocluster innovativi per la realizzazione di traccianti supermagnetici per la Risonanza Magnetica.  Integrazione di informazioni derivanti dalle più avanzate tecniche di diagnostica per immagini con dati biomolecolari.
  • 27. In vivo MRI Visualization of different Cell Population Labeled with PARACEST Agent, Ferrauto et Al. Magn Reson Med. 2012 Immagini pesate T2 di fantoccio. non si evidenzia una distinzione tra cellule controllo e marcate(a). CEST Image: possiamo invece notare una differenza di colorazione delle differenti popolazioni cellulari: Eu- e Yb- (a+b = c). PARACEST permette la visualizzazione di differenti tipi cellulari nella stessa regione anatomica utilizzando uno scannerr clinico 1H-MRI (c). Agenti CEST c
  • 28.  Agenti di Contrasto per Ultrasuoni, anche conosciuti come Microbolle (MB), sono un potente strumento per la ricerca di diagnosi e terapie di modelli animali per malattie umane.  Le MB , permettono l’analisi quantitativa di Biomarker molecolari, studi di perfusione, targeting microvascolare, rilascio di geni e farmaci. MB diametro da 2.3 a 2.9 µm Target MB US Agenti di Contrasto Gas filled Microbubble Endothelial cell Biotin Antibody Streptavidin Gas Oil Lipids Greco A..M. Salvatore. Ultrasound Biomicroscopy in small animal research: applications in molecular and pre-clinical imaging. Journal of Biomedicine and Biotechnology, Journal of Biomedicine and Biotechnology 2012.
  • 29. VEGF-R2 Binding in Realtime M. Mancini, IBB-CNR
  • 30. Gli Ultrasuoni interagiscono con le microbolle causando la loro oscillazione e la loro distruzione portando al rilascio di materiale genetico. Inoltre gli ultrasuoni producono un effetto locale “shockwave” che incrementa la permeabilità cellulare permettendo il passaggio transcapillare di macromolecole, attraverso piccole perforazioni endoteliali che vengono a crearsi tramite la cavitazione. Gene therapy mediata da US
  • 31. RICERCA INNOVAZIONE SOSTENIBILITA’ RISORSE PROBLEMI DI FONDO: (1) Rispetto ad altri Paesi avanzati, il nostro sistema produttivo soffre di una limitata disponibilità di capitali di credito e di rischio per investimenti in progetti di ricerca e innovazione e per la crescita di nuove imprese biotech.
  • 32. PROBLEMI DI FONDO: (2) EQUILIBRIO TRA COMPETENZE SCIENTIFICHE E MANAGERIALI RICERCA APPLICATIVA SVILUPPO RICERCA DI BASE COMPETENZE MANAGERIALI Sciarelli S.
  • 33. CONCLUSIONI • IL NUOVO CONCETTO DI MEDICINA SI BASA SU UNA VISONE SEMPRE MENO SPECIE SPECIFICA E SEMPRE PIU’ INDIVIDUO SPECIFICA. • QUESTO PUO’ ESSERE RESO POSSIBILE GRAZIE ALL’INTEGRAZIONE DELL’INGEGNERIA, DELLA BIOLOGIA E DELLA MATEMATICA DI FENOMENI CHIMICO-FISICI.
  • 34. IL FUTURO 1.Formazione di nuove figure professionali addestrate a comprendere le esigenze di carattere economico tipiche dell’impresa ed esigenze di ricerca, nuove figure professionali “scienziati-imprenditori”. 2.Introdurre le tematiche della gestione aziendale nel percorso formativo dei Corsi di Laurea? 3.Trovare nuovi finanziamenti anche privati 4.Promuovere progetti su un’avanzata frontiera della ricerca e puntare sull’efficienza per garantire il miglior uso delle scarse risorse.