Le frontiere della scienza della
misura: salute, alimentazione,
ambiente
Maria Paola Sassi
Biosciences Metrology
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) - Italy
[email protected]
La scienza della misura: a che punto siamo?
Torino laboratorio del Xké - 1° ottobre 2014
Mariapaola Sassi
Le necessità nei nuovi campi della
scienza della misura
• assenza di metodi certi,
Surveys scientific literature suggests that up to 20% of published work using human cell
lines are known to be misidentified.
La scienza della misura: a che punto siamo?
Torino laboratorio del Xké - 1° ottobre 2014
Mariapaola Sassi
Le necessità nei nuovi campi della
scienza della misura
• assenza di metodi confrontabili e
condivisi
• Per ottenere lo stesso risultato quando
ripeti un esperimento in tempi e in luoghi
Confrontabilità e
diversi
fiducia, valori condivisi
• Per ottenere risultati che meglio
rappresentino la “realtà”
Accuratezza,
meno errori assoluti
La scienza della misura: a che punto siamo?
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Mariapaola Sassi
Alle frontiere della scienza della misura
… i concetti di base
• Determinare le cause della variabilità sperimentale
Grado di fiducia e stima dell’incertezza della singola misura
• Sviluppare nuovi metodi e saggi sperimentali che
Metodi non invasivi,
meglio imitino la "realtà"
con minore incertezza, permettono di vedere con un velo in meno
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Mariapaola Sassi
Alle frontiere della scienza della misura
… i concetti di base
“each new digit in measurements open a
new word in science”
Steve Chu, Nobel Prize in Physics 1997, Nobel Lecture
Ridurre l’incertezza significa
guardare la realtà con meno veli
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Mariapaola Sassi
Trade, Health and Food Safety
Recent examples of temporary closure of markets due to the
presence of residues
• Antibiotics in pork, Japan
• Antibiotics in meat, Korea
• Antibiotics in salmon, Japan
• Crystal violet in salmon, EU
• Leucomalachite green in salmon, Chinese Taipei
• Amphenicol in salmon, Canada
• Dioxin in pig meat, South Korea
• Melamine in milk
• Carbaryl in wine
• Cd in mussels
• Hg and nitrate in swordfish
• Patulin in apple and azinphos-methyl in pears and grapes
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Mariapaola Sassi
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Mariapaola Sassi
CSI e giustizia sportiva
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Mariapaola Sassi
Farmacopea
Il misurando è definito sulla base
dei suoi effetti sul corpo umano e
non sulla base di cosa sia.
• insulina riferibile al SI assicurerà
migliore caratterizzazione dei
farmaci per la terapia, una
produzione meno costosa e una
quantità consistenti di insulina a
disposizione dei pazienti diabetici a
livello mondiale.
negli USA ~26 milioni di persone
soffrono di diabete e 4 milioni
assumono insulina ogni giorno;
costo stimato nel 2007: 174 milioni
di dollari
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Pallas, Finland
The GAW
World
Calibration
Centres
Arambepe, Brazil
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Mariapaola Sassi
Alert
Ny Ålesund
80
80
Point Barrow
Pallas-Sodankylä
Mace
Head
Zugspitze-Hohenpeissenberg
Jungfraujoch
40
Izana
Assekrem Tamanrasset
Mauna Loa
0
Samoa
40
Mt Waliguan
Minamitorishima
Kenya
0
Bukit Koto
Tabang
Arembepe
Cape Point
40
40
Amsterdam Island
Ushuaia
160
80
0
80
Cape Grim
Lauder
160
Neumayer Station
South Pole
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March 2005
Mariapaola Sassi
Gas Metrology Programme: Climate Change Gases
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Mariapaola Sassi
International Comparison CCQM-P28,
Ozone at ambient level (Pilot study)
CCQM EURAMET VOCs study 2008
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INRIM – O3SRP ozone at
ambient level primary standard
SCHEMA DEL CAMPIONE
PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
Ln (It/I0) = -  C (1
L
I0

L
)
It
Uncertainty
U ( x)  2 0.628 2  (3.42  10 3  x) 2
Publications
1.
M. Zucco, S. Curci, G. Castrofino and M.P. Sassi Meas. Sci. Technol. 14 (2003) 1683–1689
2.
J. Viallon, P. Moussay R.I. Wielgosz, E. Malgeri M. Sassi
BIPM technical report, January 2004
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pV = n
RT
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Calibration service and traceability chain in Italy
INRIM-O3SRP
5 regional standards
INRIM Calibration
Measurement Capabilities
16 regional standards
Gases, Environmental
Italy, INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica)
Complete CMCs in Amount of Substance for Gases for Italy (.pdf file)
Matrix or
material
Analyte or
component
synthetic air
ozone
Dissemination range of measurement capability
Amount-of-substance fraction in
nmol/mol
Absolute expanded uncertainty in
nmol/mol
0 to 100
2
Network analyzers
Mechanism(s) for measurement service delivery: Calibration
Approved on 31 March 2006
Internal NMI service identifier: INRIM/L/08/01a
Gases, Environmental
Italy, INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica)
Over 100 analyzers calibrated
La scienza della misura: a che punto siamo?
in the
Mariapaola Sassi
Torino laboratorio del Xkénational
- 1° ottobremonitoring
2014
network
Complete CMCs in Amount of Substance for Gases for Italy (.pdf file)
Matrix or
material
Analyte or
component
synthetic air
ozone
Dissemination range of measurement capability
Amount-of-substance fraction in
nmol/mol
Relative expanded uncertainty
in %
100 to 1000
2
Mechanism(s) for measurement service delivery: Calibration
Approved on 31 March 2006
Internal NMI service identifier: INRIM/L/08/01b
Organismi geneticamente modificati?
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Mariapaola Sassi
• La Biologia cellulare è la scienza che studia a
livello strutturale e funzionale i meccanismi che
regolano i processi e le attività della cellula e le
interazioni tra le cellule.
• come misurare l'attività della cellula?
Citologia descrizione morfologica della
struttura dei compartimenti cellulari
La scienza della misura: a che punto siamo?
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La scienza della misura: a che punto siamo?
Torino laboratorio del Xké - 1° ottobre 2014
Mariapaola Sassi
BIOLOGIA CELLULARE
Di che metodi di misura stiamo parlando?
La scienza della misura: a che punto siamo?
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BIOLOGIA CELLULARE
Di che metodi di misura stiamo parlando?
La scienza della misura: a che punto siamo?
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BIOLOGIA CELLULARE
Di che metodi di misura stiamo parlando?
La scienza della misura: a che punto siamo?
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Mariapaola Sassi
Come possiamo essere sicuri che misurazioni di
cellule fatte in due diversi laboratori nel mondo
siano le stesse?
•
Identificazione delle cellule – hai le cellule che pensi di avere?
•
Ambiente cellulare – le cellule crescono in un ambiente che mima bene
il loro ambiente nativo in modo da poter interpretare/estrapolare i
risultati?
•
Imaging cellulare- siamo capaci di estrarre informazioni quantitative
dalle cellule ? Quantificare i contenuti molecolari dalle immagini ?
Quantificare altri parametri che danno indicazioni dello stato delle
cellule (area, volume, durezza) ?
•
Saggi cellulari e protocolli – Il saggio interferisce con la risposta che
vuoi misurare? Il saggio è riproducibile ? Il saggio è appropriato per il
tipo di cellule, per l’ambiente in cui stanno crescendo, per la finalità a
cui sono destinate (es. per essere impiantate)
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Nuove tecnologie per un nuovo balzo
nelle indagini mediche e di biologia
cellulare?
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Mariapaola Sassi
Coherent Anti-Stokes Raman
Scattering (CARS) Microscopy
Visualize the Raman active vibrational bands
of the sample’s molecules
La scienza della misura: a che punto siamo?
Torino laboratorio
delperXké
- 1° ottobre
Strumenti e Metodi
la Bioinformatica
Politecnico2014
di
Torino 22/11/2010
Mariapaola Sassi
30
Multiphoton Microscopy
It allows to image with high 3D resolution living samples
It allows the study of biological systems better
mimicking the “reality” and a quantitative approach.
What is the measurand?
An amount of substance [mol] present
in the focal volume [m3] (defined by the optical
lenses) transduced in light intensity
That is:
•
•
•
The number of molecular bonds (CARS)
The number of non-centrosymmetric molecules (SHG)
The number of fluorophores (TPEF)
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Torino laboratorio delEsame
XkéFinale
- 1° ottobre 2014
XXV Ciclo di Dottorato Leonardo Mortati
Mariapaola Sassi
Metrological characterization
The measurement uncertainty needs
to combine:
– The uncertainty related to the amount
of substance measurement
– The uncertainty related to the
dimensional measurement
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Torino laboratorio delEsame
XkéFinale
- 1° ottobre 2014
XXV Ciclo di Dottorato Leonardo Mortati
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Chemical selective, dimensionally resolved
Polystyrene CARS spectroscopy
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Torino laboratorio delEsame
XkéFinale
- 1° ottobre 2014
XXV Ciclo di Dottorato Leonardo Mortati
Mariapaola Sassi
Forward-CARS imaging at 3047 cm-1 of polystyrene beads using a
60x NA=1.35 oil immersion objective
NIST SRM 1692:
nominal diameter of 3 µm
certified diameter of
(2.982 ±0.016) µm
NIST SRM 1690:
nominal diameter of 1 µm
certified diameter of
(0.895 ±0.008) µm
M. Artiglia, L. Mortati, H. Marchelli, and M.P. Sassi App.
La scienza della misura:
a che Microscopy
punto siamo?
CARS/Non-Linear
May 9-11th 2010 Chalmers Univ Göteborg
Mariapaola Sassi
Torino laboratorio delEsame
XkéFinale
- 1° ottobre 2014
L. Mortati,
M.P.Sassi
2010 Oct. 18-20th 2010 -Bad
XXV Ciclo
di Dottorato
LeonardoMicroCARS
Mortati
Honnef
CARS allows observation and measurement of
many interesting molecules in bio experiments
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Mariapaola Sassi
Structure–property relationship of
polyester-urethanes
and their evaluation for the regeneration
of contractile tissues
S. Sartori et al., React. Funct. Polym. (2013)
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Mariapaola Sassi
CARS three-dimensional reconstruction of a
dry fragment of polyester-urethanes scaffolds
ATR-IR spectrum of ABC2000.
region size 1414 x1414 x350 μm3 ; Z-stack of 141 images with resolution 1024 x
1024 pixel , Z step 200 nm correct for artifacts
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Living cells in culture imaging
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CARS imaging @ 2844 cm-1 of 2D
cultured living hMSCs
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Torino laboratorio
Xké
1° ottobre
2014
JRP4 Project del
Meeting
INRIM-Torino
04th May 2010
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39
Collagen scaffold structure and
colonization by adipocytes E/C lipidic
matrix production
Collaboration: INRIM, UNI Torino (IT), Cambridge UNI (UK)
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Polymeric scaffold structure and
colonization by human Mesenchimal
stem cells
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CARS three-dimensional reconstruction of a dry fragment of polyesterurethanes scaffolds
CARS intensity [a.u]
1.2
1
PHBHV‐Gel 90/10
PHBHV‐Gel 80/20
0.8
0.6
0.4
0.2
0
2750
2800
2850
2900
2950
3000
3050
3100
3150
Wavenumber [cm‐1]
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Green (TPEF):
hMSCs stained with Calcein AM
Blue (CARS):
PHBHV-gel scaffold
Living Samples
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Torino laboratorio del Xké - 1° ottobre
2014
46
235.7x235.7x65 µm