COVID-19: scoperta la “tempesta perfetta” che aumenta il rischio di trombosi
Due studi italiani, condotti da un gruppo di ricercatori della Sapienza Università di Roma su pazienti con infezione da Sars Cov-2, identificano un mix di fattori per riconoscere i soggetti a maggior rischio di trombosi e le indicazioni per ottimizzare la terapia anti-coagulante.
Nei pazienti COVID-19 una delle principali cause di mortalità è l’elevato rischio di trombosi, che può presentarsi sia nel distretto venoso in forma di trombosi venosa profonda o embolia polmonare, sia in quello arterioso in forma di infarto del miocardio o ictus. Circa il 20% dei pazienti COVID-19 può andare incontro a queste gravi complicanze durante il ricovero.
Purtroppo fino a ora le evidenze disponibili non hanno consentito di identificare con chiarezza i pazienti COVID-19 a rischio di trombosi né le indicazioni alla terapia anticoagulante per la prevenzione del rischio tromboembolico.
Il gruppo di ricerca coordinato da Francesco Violi del Dipartimento di Medicina interna e specialità mediche della Sapienza Università di Roma, in collaborazione con Lorenzo Loffredo, Pasquale Pignatelli e Annarita Vestri dello stesso Ateneo, ha realizzato due studi nei quali vengono identificati quali sono i pazienti con maggiore rischio di trombosi e quali le dosi ideali di terapia anticoagulante per la prevenzione di eventi trombotici. Uno dei due lavori è pubblicato sulla rivista Thrombosis and Haemostasis e l’altro è in pubblicazione su Haematologica.
In particolare, il primo lavoro è consistito in uno studio multicentrico che ha incluso 674 pazienti COVID-19, nel quale la combinazione di 3 semplici variabili quali età, albumina serica e livelli di D-dimero, uno dei frammenti proteici della fibrina, responsabile della formazione di coaguli (trombi) nei vasi sanguigni, ha permesso di identificare i pazienti con maggior rischio di trombosi.
È stato visto che coloro che avevano una combinazione di età elevata (più di 70anni) bassa albumina (<35 g/L) e D-dimero elevato (>2000ng/ml) avevano una maggiore probabilità di trombosi, rispetto a pazienti di età inferiore e con valori normali di albumina e D-dimero.
“Avendo a disposizione questo semplice punteggio, chiamato ADA score – spiega Francesco Violi – è adesso possibile stabilire chi è a maggiore rischio di trombosi e che ha necessità di un trattamento anticoagulante”.
Il secondo lavoro, in pubblicazione su Haematologica, rivista ufficiale della Società Europea di Ematologia, risponde a una problematica ancora dibattuta dopo due anni dall’inizio della pandemia, ovvero se la prevenzione di questi eventi trombotici vada fatta con una terapia anticoagulante standard o con dosi profilattiche, cioè basse dosi di anticoagulanti. Questo aspetto è rilevante in quanto le basse dosi di anticoagulante, che tutt’oggi sono la terapia più usata, potrebbero essere insufficienti a ridurre il rischio di trombosi.
Il team di ricercatori ha effettuato una meta-analisi degli studi che hanno confrontato i due tipi di trattamento, dimostrando che le dosi standard di anticoagulanti sono superiori alle dosi profilattiche nel ridurre gli eventi trombotici senza aumentare il rischio di emorragie serie.
“La meta-analisi, che ha incluso circa 4500 pazienti COVID-19 – conclude Violi – dimostra come questa terapia rappresenterebbe un utile supporto non solo per ridurre gli eventi trombotici, ma anche della mortalità, che, purtroppo, rimane ancora elevata fra questi soggetti”.
Riferimenti:
The ADA (Age-D-Dimer-Albumin) score to predict thrombosis in SARS-CoV-2 – Francesco Violi, Pasquale Pignatelli, Annarita Vestri, Alessandra Spagnoli, Francesco Cipollone, Giancarlo Ceccarelli, Alessandra Oliva, Maria Amitrano, Matteo Pirro, Gloria Taliani, Roberto Cangemi, Miriam Lichtner, Francesco Pugliese, Marco Falcone, Mario Venditti, Claudio Maria Mastroianni, Lorenzo Loffredo – Thromb Haemost DOI: 10.1055/a-1788-7592
Full versus prophylactic-intermediate doses of anticoagulants in COVID-19: a meta-analysis – Lorenzo Loffredo, Augusto Di Castelnuovo, Giovanni Aldo Chiariello, Pasquale Pignatelli and Francesco Violi – Haematologica
Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma
Una ricerca dell’Istituto di fisiologia clinica del Cnr, dell’Università di Padova e della Flinders University ha rivelato come fattori socioeconomici possano influenzare il rischio di gaming problematico negli adolescenti europei. Lo studio riporta che il 20% dei giovani è ad alto rischio e che i ragazzi sono tre volte più esposti rispetto alle coetanee. Danimarca e Romania presentano rispettivamente la percentuale più bassa (12%) e più alta (30%) del fenomeno. L’Italia è al di sopra della media europea con circa il 24%. Positivo il ruolo della famiglia e delle politiche sociali. La ricerca è stata pubblicata su Addiction.
Una ricerca – condotta dall’Istituto di fisiologia clinica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifc), dal Dipartimento di psicologia dello sviluppo e della socializzazione dell’Università di Padova (Unipd) e dall’australiana Flinders University – ha indagato in quale modo fattori individuali, sociali e contestuali siano associati a un maggiore rischio per gli adolescenti europei di gaming (uso dei videogiochi) problematico, cioè un utilizzo eccessivo dei videogame che possa mettere a repentaglio la salute e favorire l’allontanamento dalla scuola e dagli affetti. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Addiction. La ricerca ha analizzato i dati dello studio European School Survey Project on Alcohol and Other Drugs (ESPAD) del 2019, relativi ai comportamenti di gaming di 89000 adolescenti tra i 15 e i 16 anni residenti in 30 Paesi europei.
“Abbiamo rilevato che in Europa un ragazzo su cinque è ad alto rischio di gaming problematico (circa il 20%). L’esposizione al fenomeno dei ragazzi (30.8%) risulta tre volte più alto di quello delle ragazze (9.4%). È emerso anche che gli adolescenti residenti in Danimarca riportano i livelli più bassi di gaming problematico (12%), mentre quelli in Romania riferiscono una maggiore percezione di problemi associati all’uso di videogiochi (30.2%)”, spiega Sabrina Molinaro, ricercatrice del Cnr-Ifc e coordinatrice dello studio. “La percentuale di studenti italiani con un alto rischio di gaming problematico (23.9%) è superiore alla media europea, con un numero maggiore di ragazzi (34%) che percepisce conseguenze negative legate al gaming rispetto alle ragazze (12.8%)”.
Il contesto familiare e le politiche nazionali possono diminuire la probabilità che gli adolescenti sperimentino un uso problematico dei videogiochi.
“La ricerca indica come la presenza di regole genitoriali e di supporto emotivo familiare proteggano in adolescenza da un utilizzo eccessivo e distorto dei videogiochi”, conclude Alessio Vieno, professore Unipd. “Il rischio di gaming problematico è infine maggiore negli Stati dove sono più marcate le disuguaglianze economiche, mentre risulta minore nei Paesi dove vengono effettuati investimenti nelle politiche di salute pubblica, come i benefici fiscali per le famiglie”.
Alessio Vieno
La ricerca sembra confermare la centralità del supporto emotivo della famiglia nel prevenire il fenomeno e l’importanza delle politiche di protezione sociale, grazie alle quali un maggiore sostegno economico può migliorare la qualità della relazione genitori-figli e fornire risorse per attività ricreative alternative per un sano sviluppo degli adolescenti.
Che cosa: Problematic gaming risk among European adolescents: A cross-national evaluation of individual and socio-economic factors, https://doi.org/10.1111/add.15843. Laboratorio di epidemiologia e ricerca sui servizi Sanitari (Sabrina Molinaro, Emanuela Colasante ed Elisa Benedetti), dal Laboratorio internet e dipendenza della scuola di psicologia dell’Università degli Studi di Padova (Alessio Vieno, Natale Canale, Erika Pivetta, Claudia Marino e Michela Lenzi) ed il professore australiano Daniel King.
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova sull’uso problematico di videogiochi in adolescenza.
Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord: il consorzio BioRescue fa un passo avanti verso le cellule uovo artificiali
Il consorzio BioRescue sta sviluppando metodi avanzati di riproduzione assistita per salvare il rinoceronte bianco del nord dall’estinzione. In questa missione gli ovociti delle ultime femmine rimaste giocano un ruolo chiave poiché da essi, tramite la fecondazione in vitro con lo sperma di maschi ormai deceduti, vengono creati embrioni. Il Max Delbrück Center for Molecular Medicine (MDC) di Berlino, che fa parte del consorzio BioRescue, sta lavorando con i partner di Monaco e di Kyushu (Giappone) su una seconda strategia: ottenere ovociti a partire da cellule staminali. Il team è riuscito a creare cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) da Nabire, un rinoceronte bianco del Nord. Questo rappresenta un significativo avanzamento nel processo di creazione di iPSC e della loro differenziazione in cellule staminali allo stadio di pluripotenza di tipo primed e naïve. Questo importante avanzamento verso la creazione di ovociti artificiali da cellule staminali è stato pubblicato nella rivista “Scientific Reports”.
Nabiré presso il Safari Park Dvur Kralove. Foto di Hynek Glos
Gli scienziati del MDC Technology Platform “Pluripotent Stem Cells” e dell’Helmholtz Zentrum München sono stati in grado di produrre cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) a partire da cellule cutanee conservate di Nabire, un rinoceronte bianco del Nord che viveva nel Safari Park Dvůr Králové (Repubblica Ceca) dove è morta, nel 2015, all’età di 31 anni. Il giorno stesso della sua morte, gli scienziati hanno prelevato dei campioni di pelle e altri tessuti e li hanno crioconservati per un successivo utilizzo. Il Dr. Micha Drukker, scienziato che si occupa di cellule staminali, e il suo team dell’Helmholtz Zentrum München e del Leiden Academic Centre for Drug Research dell’Università di Leiden sono riusciti a produrre cellule iPSC da questi tessuti utilizzando il metodo della riprogrammazione con vettori episomali. A tale scopo il Dr. Drukker e il suo team hanno introdotto nel genoma delle cellule della pelle del rinoceronte delle molecole di DNA esogeno, i cosiddetti plasmidi. Questi plasmidi contengono dei geni che riprogrammano le cellule della pelle in cellule iPS. È la prima volta che la creazione di cellule iPS a partire da campioni ottenuti da un rinoceronte di questa età ha avuto successo. Questo migliora significativamente le possibilità di creare ovociti artificiali, da usare per la riproduzione assistita avanzata, a partire da cellule staminali dato che i rinoceronti bianchi del nord donatori di tessuto sono o erano soggetti di età piuttosto avanzata.
Nabiré presso il Safari Park Dvur Kralove. Foto di Khalil Baalbaki
Un secondo, ma non meno importante, progresso nel processo e nei protocolli di produzione di cellule staminali di rinoceronte si è avuto grazie alle intuizioni del team sui diversi stadi di differenziazione delle cellule staminali. Le cellule iPS, infatti, hanno diversi stati di differenziazione: possono essere allo stadio di pluripotenza di tipo naïve – lo “stato base” della pluripotenza – o primed. Si pensa che cellule in quest’ultimo stadio abbiano raggiunto una fase dello sviluppo embrionale leggermente più avanzata. Gli esperimenti su cellule staminali di topo mostrano che queste sono particolarmente efficienti a produrre cellule germinali quando passano dallo stato primed a quello naïve. Quando, però, gli scienziati hanno tentato per la prima volta di convertire le cellule di rinoceronte in uno stadio di tipo naïve le cellule sono morte. Il team ha quindi introdotto un gene nelle cellule di rinoceronte che impedisce la morte cellulare e con questo hanno avuto successo nella produzione di cellule iPS naïve.
La dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling
“Abbiamo caratterizzato le cellule in dettaglio anche analizzando i dati del trascrittoma”, spiega il primo autore Dr.ssa Vera Zywitza che fa parte del team guidato dal Dr. Sebastian Diecke della Technology Platform “Pluripotent Stem Cells”del MDC. “Il successo della conversione a uno stato di pluripotenza simile a quello naïve è un punto di partenza promettente per la generazione di cellule germinali”.
Lo scienziato Norman Krüger presso il MDC lab- Foto di Jan Zwilling
Tuttavia, la Dr.ssa Vera Zywitza e i suoi colleghi non possono ancora passare alla fase successiva.
“Le cellule iPS che abbiamo coltivato contengono ancora del materiale genetico esogeno rappresentato dai fattori di riprogrammazione e dal gene che impedisce la morte cellulare”, spiega la Dr.ssa Zywitza. “Questo significa che non possiamo usarle per creare cellule germinali, perché c’è il rischio che queste vengano alterate patologicamente”.
La dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling
Nel frattempo, il team di Diecke ha creato altre cellule iPS usando un virus a RNA per introdurre i fattori di riprogrammazione invece dei plasmidi. Queste nuove cellule iPS non contengono nulla di estraneo e, ora, gli scienziati stanno cercando di produrre da esse cellule germinali primordiali.
“Questo lavoro contribuisce significativamente alla comprensione della pluripotenza, ossia della capacità delle cellule staminali di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo”, dice la Dr.ssa Zywitza. “Questo segna un inizio promettente per la coltivazione di cellule germinali e, quindi, rappresenta una importante pietra miliare sulla via verso gli ovociti di rinoceronte generati artificialmente”.
Cellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord. Il dott. Sebastian Diecke e la dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan ZwillingCellule staminali pluripotenti di rinoceronte bianco del nord. Il dott. Sebastian Diecke e la dott.ssa Vera Zywitza presso il MDC lab. Foto di Jan Zwilling
Per il rinoceronte bianco del nord la riproduzione naturale non è più possibile dato che la popolazione rimanente è di soli due animali e sono entrambe femmine. Tuttavia, il consorzio BioRescue guidato dal Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (Leibniz-IZW) sta sviluppando metodi che potrebbero rendere possibile la riproduzione nonostante queste circostanze avverse. Gli scienziati del team stanno prelevando ovociti (cellule uovo immature) dalle femmine, li fecondano in laboratorio con sperma scongelato da maschi ormai deceduti per creare degli embrioni, di cui 14 sono stati già crioconservati in azoto liquido. Usando una tecnologia ed un metodo completamente nuovi per i rinoceronti, attualmente in fase di ottimizzazione da parte del team di BioRescue, gli embrioni possono essere impiantati in femmine di rinoceronte bianco del sud che fungono da madri surrogate per dare alla luce la tanto desiderata prole dei rinoceronti più rari del mondo, quelli del nord.
“Ogni passo di questa missione è un territorio scientifico inesplorato. La disponibilità di un numero limitato di ovociti e la bassa variabilità genetica della popolazione rappresentata sono aspetti particolarmente impegnativi da risolvere”, dice il leader del progetto BioRescue, il Prof Thomas Hildebrandt, capo del Dipartimento di Gestione della Riproduzione al Leibniz-IZW. Gli ovociti possono essere prelevati e fecondati con successo solo da un individuo, ed è per questo che si stanno cercando strategie per ottenere un maggior numero di ovociti da soggetti diversi non imparentati tra loro.
Colture di cellule staminali al microscopio presso il MDC lab, Foto di Jan Zwilling
Come parte del consorzio BioRescue, l’MDC e l’Università di Kyushu, insieme ad altri partner come l’Helmholtz Zentrum München, stanno sviluppando metodi per produrre gameti (uova e sperma) da cellule della pelle. Nel 2016, il Prof Katsuhiko Hayashi (Kyushu University) è riuscito a generare ovociti dalla pelle dei topi, fecondarli artificialmente ed impiantarli in femmine di topo e i topi nati con questo metodo erano sani e fertili. “Se riuscissimo a fare lo stesso per il rinoceronte bianco del nord, potremmo smettere il difficoltoso prelievo di cellule uova da animali vivi e produrre, comunque, embrioni e anche in un numero maggiore”, afferma il Dr. Hildebrandt. “Questa strategia aumenterebbe anche significativamente il numero di animali che potremmo usare per produrre gli embrioni”. Finora, questo è limitato alle due femmine viventi, utilizzabili come donatrici di ovociti e ai quattro maschi di cui è stato crioconservato lo sperma. Sono, però, disponibili colture cellulari non solo di questi sei individui, ma anche di altri sei rinoceronti bianchi settentrionali, come ad esempio quello di Nabire.
Cellule staminali di rinoceronte, foto di Sebastian Diecke MDC
Tutte le procedure del Consorzio BioRescue sono sottoposte a un’approfondita valutazione etica al fine di valutare sistematicamente l’equilibrio tra il benessere degli animali ed il valore conservazionistico delle procedure. Poiché questo è particolarmente importante quando si sviluppano nuove tecnologie innovative per la conservazione, fa parte del team di BioRescue anche un team di specialisti di etica della fauna selvatica guidato dalla Prof.ssa Barbara de Mori dell’Università di Padova. Questo team sta valutando anche la dimensione etica delle procedure legate alle cellule staminali all’interno del BioRescue e continuerà ad accompagnare da vicino ogni ulteriore passo di questa missione.
Fatu e Najin presso l’Ol Pejeta Conservancy. Foto di Jan Zwilling
Nei prossimi mesi e anni gli scienziati del BioRescue affronteranno la sfida di riprogrammare le cellule iPS in modo tale che da esse sia effettivamente possibile produrre ovociti e spermatozoi. Se questo riuscisse, la procedura successiva sarebbe la stessa dell’approccio effettuato finora dal BioRescue. Gli ovociti artificiali verrebbero maturati e fecondati in laboratorio tramite iniezione intracitoplasmatica di sperma (ICSI) per dare origine ad embrioni di rinoceronte bianco del nord. Questi embrioni sarebbero crioconservati in azoto liquido per poi essere scongelati e trasferiti in una madre surrogata della specie affine del rinoceronte bianco del Sud.
“L’approccio delle cellule staminali è un pezzo fondamentale del puzzle della nostra missione, ma non ci esime dal dover affrontare anche altri passi impegnativi come il trasferimento degli embrioni in una madre recipiente per dare inizio alla gravidanza”, conclude Hildebrandt.
Fatu e Najin presso l’Ol Pejeta Conservancy. Foto di Jan Zwilling
Il progetto BioRescue può essere sostenuto finanziariamente su www.biorescue.org.
Lo scienziato Norman Krüger presso il MDC lab- Foto di Jan Zwilling
Pubblicazione
Zywitza V, Rusha E, Shaposhnikov D, Ruiz‑Orera J, Telugu N, Rishko V, Hayashi M, Michel G, Wittler L, Stejskal J, Holtze S, Göritz F, Hermes R, Wang J, Izsvak Z, Colleoni S, Lazzari G, Galli C, Hildebrandt TB, Hayashi K, Diecke S & Drukker M (2022): Naïve-like pluripotency to pave the way for saving the northern white rhinoceros from extinction. Sci Rep 12, 3100 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-07059-w
Comunicato Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research (Leibniz-IZW), Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association (MDC), Avantea, Safari Park Dvůr Králové, Università di Padova.
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova.
Le nanoparticelle diventano invisibili per essere più efficaci contro i tumori
Un team di ricerca internazionale coordinato dalla Sapienza ha messo a punto un nuovo tipo di nanoparticella per la veicolazione e il trasporto dei farmaci che, grazie a un rivestimento di proteine plasmatiche umane, è in grado di ingannare il sistema immunitario, permanendo a lungo nell’organismo. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista ACS Nano.
Le nanoparticelle diventano invisibili per essere più efficaci contro i tumori. Lo schema di un liposoma. Immagine di Emmanuel Boutet, CC BY-SA 3.0
In campo biomedico i liposomi rappresentano lo strumento ideale per veicolare il trasporto di farmaci nelle terapie antitumorali. Queste nanoparticelle, formate da uno o più doppi strati lipidici, offrono numerosi vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali, come la possibilità di ridurre le dosi dei farmaci, aumentando la selettività verso gli organi bersaglio e la riduzione degli effetti collaterali potenzialmente dannosi. Tuttavia, solo un numero esiguo di formulazioni liposomiali è stato approvato dagli enti regolatori ed è entrato stabilmente nella pratica clinica.
Decenni di ricerche hanno stabilito infatti che il limitato successo clinico dei liposomi è dovuto principalmente ai cambiamenti a cui essi vanno incontro non appena entrano in contatto con il sangue: una volta introdotti nel liquido organico, questi si ricoprono di una “corona proteica” e vengono riconosciuti dal sistema immunitario come un corpo estraneo da eliminare. Quello che il sistema immunitario combatte quindi non è il liposoma in sé stesso, ma proprio l’abito proteico che indossa nel sangue.
Da qui nasce l’idea di un team di ricerca internazionale, coordinato da Giulio Caracciolo e Saula Checquolo della Sapienza, di realizzare un rivestimento proteico invisibile al sistema immunitario, per “ingannarlo” e “fargli accettare” le nanoparticelle che contengono la terapia farmacologica.
La particella biomimetica messa a punto dai ricercatori in uno studio pubblicato sulla rivista ACS Nano, con la collaborazione della University of Technology di Graz in Austria e della Utrecht University in Olanda, è detta proteoDNAsoma ed è costituita da tre comparti distinti: lipidi, DNA e proteine.
Lo strato più interno è formato da un core lipidico, in cui è incapsulato il farmaco da veicolare, il quale è ricoperto da un rivestimento di DNA con una duplice finalità: funzionale e strutturale. Funzionalmente iI DNA serve a far esprimere una proteina terapeuticamente utile nella cellula bersaglio, mentre la sua carica elettrica negativa permette di far adsorbire un terzo e ultimo strato fatto di specifiche proteine plasmatiche. E’ proprio questo strato proteico a rendere il proteoDNAsoma invisibile al sistema immunitario.
“Rivestire le nanoparticelle con una corona proteica artificiale fatta di proteine plasmatiche umane – spiega Giulio Caracciolo del Dipartimento di Medicina molecolare della Sapienza – permette di ridurre drasticamente la captazione da parte dei leucociti e di prolungare la circolazione delle vescicole lipidiche nell’organismo, aumentando così l’efficacia terapeutica del trattamento farmacologico”.
Numerose sono le applicazioni di questa scoperta, prima fra tutte l’immunoterapia dei tumori, ma anche altri campi di natura biomedica.
Riferimenti:
Opsonin-deficient nucleoproteic corona endows unPEGylated liposomes with stealth properties in vivo – Francesca Giulimondi, Elisabetta Vulpis, Luca Digiacomo, Maria Valeria Giuli, Angelica Mancusi, Anna Laura Capriotti, Aldo Laganà, Andrea Cerrato, Riccardo Zenezini Chiozzi, Carmine Nicoletti, Heinz Amenitsch, Francesco Cardarelli, Laura Masuelli, Roberto Bei, Isabella Screpanti, Daniela Pozzi, Alessandra Zingoni, Saula Checquolo, Giulio Caracciolo – ACS Nano 2022 https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07687
Testo e immagine dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma sullo studio circa le modalità per avere nanoparticelle più efficaci contro i tumori.
NEURONI DEL MOVIMENTO NELLE MALATTIE NEURODEGENERATIVE
Conclusa la ricerca sulla loro diversità e vulnerabilità per trovare nuovi target terapeutici
Si chiama MOVEMeNt – Decoding alpha motor neurons diversity and selective vulnerability to disease – il progetto finanziato dall’European Union’s Horizon 2020 – Marie Sklodowska-Curie Individual Fellowship che ha come Principal Investigator Emanuela Zuccaro del Dipartimento di Scienze Biomediche dell’Università di Padova e concluso in questi giorni dopo due anni di lavoro scientifico. Lo studio ha avuto come focus la ricerca sulla diversità e vulnerabilità dei motoneuroni di tipo alfa al fine di individuare nuovi target terapeutici che possano interferire con il progresso delle patologie neurodegenerative.
Le malattie neurodegenerative, come la SLA, sono patologie altamente debilitanti che colpiscono il sistema nervoso ed in particolare i neuroni responsabili del movimento, detti motoneuroni. Nonostante le malattie neurodegenerative abbiano diversa causa, esordio e prognosi, un denominatore comune è la vulnerabilità selettiva e la conseguente perdita o disfunzione dei neuroni. È importante sapere che non tutti i neuroni sono suscettibili alle patologie in egual misura: ci sono neuroni che sono più vulnerabili e degenerano per primi, mentre altri restano funzionali anche durante gli stadi tardivi della patologia.
Il midollo spinale è popolato da molteplici e diverse tipologie cellulari e neuronali, ognuna delle quali ha una specifica identità molecolare e funzione biologica. I motoneuroni che degenerano in malattie neurodegenerative – e portano a gravi disfunzioni e disabilità – rappresentano una popolazione molto rara.
Emanuela Zuccaro
«L’obiettivo della mia ricerca è stata quella di analizzare l’identità molecolare dei neuroni motori a livello di singola cellula, utilizzando tecnologie all’avanguardia, al fine di rivelare nuovi meccanismi alla base del malfunzionamento di specifici sottotipi neuronali in seguito all’insorgenza di malattie neurodegenerative e identificare nuovi target terapeutici – dice la dottoressa Emanuela Zuccaro del Dipartimento di Scienze Biomediche dell’Università di Padova –. Ho messo a punto una nuova metodologia che permette di isolare in maniera specifica questi motoneuroni e caratterizzarli a livello molecolare e con risoluzione cellulare, senza ricorrere a strategie di gene reporter. Questo permette di restringere il campo di investigazione solo sui tipi cellulari noti per essere particolarmente suscettibili a malattie neurodegenerative».
Il confronto diretto tra motoneuroni resistenti e vulnerabili permette quindi di identificare il corredo molecolare di ogni sottotipo neuronale, che è di estrema utilità per studi futuri sia nel campo della neurobiologia di base che traslazionale, e individuare nuovi target terapeutici che possano interferire con il progresso della patologia.
«Il progetto MOVEMeNt – conclude Emanuela Zuccaro – si basa quindi sull’idea che ogni classe di neuroni sia dotata di una propria identità molecolare che li rende unici e distinguibili dalle altre classi neuronali, seppur spazialmente vicini. Al fine di capire quali siano i meccanismi che portano alla degenerazione selettiva di alcuni neuroni in seguito all’insorgenza di malattie neurodegenerative, siamo andati a isolare e caratterizzare in maniera specifica i neuroni vulnerabili per compararli con quelli resistenti alla patologia. Speriamo che in un prossimo futuro questo lavoro porti a nuove terapie efficaci contro patologie come la SLA».
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova
ECCO DOV’È L’IDROGENO PER LA “SVOLTA GREEN”: RIVOLUZIONARIA TECNICA PER OTTENERE UNO SGUARDO DIRETTO SUI PROCESSI CATALITICI A LIVELLO ATOMICO
Team di ricercatori padovani sviluppa una rivoluzionaria tecnica che individua dove si genera, ne valuta l’efficienza e individua i meccanismi molecolari che portano alla formazione dell’idrogeno: uno strumento utilissimo per il PNNR sulle energie alternative.
Il gruppo di “Surface Science and Catalysis” del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova ha sviluppato una nuova tecnica basata sul microscopio a effetto tunnel per visualizzare con precisione atomica diversi processi elettro-catalitici. I ricercatori padovani hanno applicato questo potente strumento di analisi a elettro-catalizzatori per la produzione di idrogeno riuscendo a mappare, con risoluzione mai raggiunta prima, i siti capaci di produrre idrogeno, a valutarne la loro efficienza e a determinare il tipo di meccanismo molecolare che porta alla formazione dell’idrogeno.
La ricerca dal titolo “Atom-by-atom identification of catalytic active sites in operando conditions by quantitative noise detection”coordinata daStefano Agnoli del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova è stata pubblicatasulla rivista «Joule», una sister journal di Cell, focalizzata nel campo delle energie alternative.Nell’articolo vengono illustrati i principi teorici di questa tecnica innovativa e la loro applicazione a diversi materiali dimostrando come sia possibile visualizzare in tempo reale la formazione di idrogeno addirittura su un singolo atomo.
«La tecnica sviluppata dal nostro gruppo parte da un’intuizione del Premio Nobel Gerd Binnig, il primo a ipotizzare che il disturbo che normalmente si riverbera su alcune misure non sia una semplice imperfezione strumentale, ma che racchiuda in sé importanti informazioni connesse a reazioni chimiche. Partendo da questo concetto abbiamo sviluppato una tecnica capace di estrarre queste informazioni nascoste e ottenere uno sguardo diretto sui processi catalitici a livello atomico – dice Stefano Agnoli del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova –. La nuova tecnica sviluppata a Padova è un potentissimo strumento per lo sviluppo di nuovi materiali per la catalisi, indispensabili a rendere il processo elettrochimico economico ed efficiente, e che sono essenziali per la produzione sostenibile di idrogeno a partire dall’acqua attraverso un processo elettrochimico a basso costo. L’idrogeno, sulla scena energetica, si sta candidando come vettore della transizione verso un futuro a zero emissioni di carbonio: tale tecnica potrà essere messa a servizio del nuovo piano PNNR nell’ambito delle tematiche per le energie alternative. Al momento il passaggio da combustibili fossili a energie rinnovabili è limitato dalla capacità di produrre e convertire in elettricità il cosiddetto idrogeno verde. Questo studio – conclude Agnoli – offre la possibilità di osservare con una risoluzione spaziale, fino ad oggi mai vista, questi processi consentendo non solo di identificare i materiali più efficaci, ma anche sviluppare le conoscenze necessarie per farne nascere di nuovi».
Titolo: “Atom-by-atom identification of catalytic active sites in operando conditions by quantitative noise detection” – «Joule» – 2022
Autori: Marco Lunardon1, Tomasz Kosmala,1,2 Christian Durante,1 Stefano Agnoli*1 and Gaetano Granozzi1
1 Dipartimento di Scienze Chimiche and INSTM Research Unit, Università degli Studi di Padova,
2 Institute of Experimental Physics, University of Wrocław, pl. M. Borna 9, 50-204 Wrocław, Poland
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova sulla rivoluzionaria tecnica che lancia uno sguardo sui processi catalitici dell’idrogeno.
Ricerca medica, nuovi risultati in Epatologia con l’intelligenza artificiale
Grazie ad uno studio sui dati clinici di 12mila pazienti di tutto il mondo identificati quattro sottogruppi di Colangite Biliare Primitiva, classificati in ordine di gravità crescente.
Milano, 16 marzo 2022 – L’intelligenza artificiale al servizio della ricerca medica in Epatologia. Una ricerca condotta dal Centro delle Malattie Autoimmuni del Fegato dell’Università di Milano-Bicocca presso l’Ospedale San Gerardo di Monza, e dal team di Data Science di Rulex a Genova, ha permesso di individuare quattro nuovi sottotipi di Colangite Biliare Primitiva (CBP) basandosi sui dati clinici di più di 12mila soggetti provenienti da tutto il mondo. Il nuovo algoritmo si unisce agli esistenti score prognostici e consente di migliorare la valutazione prognostica dei pazienti già al momento della diagnosi.
«Per noi pazienti questo studio è molto importante considerato il grande numero di pazienti italiani inclusi e le potenzialità di innovazione portate dall’intelligenza artificiale – commenta Davide Salvioni, presidente di AMAF Onlus, l’associazione italiana di pazienti dedicata alle malattie autoimmuni del fegato –. Una migliore conoscenza di queste patologie avrà sicuramente delle ricadute positive sulla capacità dei medici di gestirle in modo più efficace».
La CBP è una malattia del fegato che, benché rara, in Italia colpisce più di 10.000 persone, soprattutto donne oltre i 40 anni di età. Nell’ultimo decennio vi è stato un progressivo miglioramento della stratificazione prognostica dei pazienti con CBP, grazie anche allo sviluppo di score e calcolatori.
Di recente l’intelligenza artificiale e il machine learning sono stati applicati con beneficio nello studio di malattie comuni, dalle infezioni alle malattie cardiovascolari, dal tumore alla mammella a quello del colon-retto. Nel contesto delle malattie rare, e della CBP nello specifico, mancavano tuttavia evidenze sperimentali in relazione a queste nuove tecnologie e alle loro applicazioni.
Il team del Centro Malattie Autoimmuni del Fegato di Monza guidato dal professor Pietro Invernizzi, ha utilizzato Rulex, uno strumento innovativo di analisi dati che impiega un sofisticato algoritmo di intelligenza artificiale sviluppato dal team di ricerca e sviluppo di Rulex, coordinato dall’amministratore delegato Marco Muselli, e basato su un modello teorico messo a punto all’interno dell’Istituto di Elettronica, di Ingegneria dell’Informazione e delle Telecomunicazioni del CNR di Genova.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Liver International, ha raccolto la più grande coorte mai esplorata di pazienti con CBP a livello internazionale, includendo pazienti dall’Europa, dal Giappone e dal Nord America (DOI: 10.1111/liv.15141). L’obiettivo del lavoro è stato quello di sfruttare questa enorme mole di dati al fine di migliorare la stratificazione del rischio in questa patologia rara. Sono stati identificati quattro sottogruppi di malattia, in ordine di gravità clinica crescente, basandosi solamente su tre valori di laboratorio: albumina, bilirubina e fosfatasi alcalina.
«Il team di Rulex guidato da Damiano Verda ha raggruppato i pazienti affetti con CBP in modo completamente nuovo e ha creato delle regole molto facili da applicare in clinica per classificare i nuovi pazienti già alla diagnosi», spiega il dottor Alessio Gerussi, primo nome dello studio e ricercatore presso il Centro Malattie Autoimmuni del Fegato di Monza.
«Il nostro lavoro non finisce qui: gli studi futuri saranno mirati alla integrazione dei dati clinici con i dati provenienti dal sequenziamento genetico, dalle tecniche di imaging radiologiche e dalle scansioni digitali dei vetrini dei campioni istologici – sottolinea Gerussi –. Lo scopo finale è descrivere la eterogeneità della malattia in modo più raffinato di quanto fatto fino ad ora per offrire cure personalizzate ai pazienti, scopo ultimo della Medicina di Precisione».
Testo dall’Ufficio Stampa Università di Milano-Bicocca
La pelle del camaleonte come modello per lo sviluppo di un dispositivo in grado di misurare i livelli di glucosio nelle urine
Il biosensore, progettato da ricercatori della Sapienza, del Cnr e di altri enti internazionali ispirandosi alla naturale organizzazione nanostrutturata della pelle del rettile, potrà avere anche altri campi di applicazione, come il monitoraggio di marker tumorali o il riconoscimento specifico di anticorpi come quelli anti-SARS-CoV-2.
Il monitoraggio costante e continuo della glicemia è una pratica fondamentale per la corretta sorveglianza e gestione della terapia del diabete. L’autocontrollo della glicemia avviene principalmente mediante l’utilizzo di piccoli apparecchi elettronici (glucometri) che analizzano in breve tempo i valori glicemici su piccoli quantitativi di sangue. Considerando il costante aumento delle persone diabetiche e iperglicemiche, lo sviluppo di sistemi innovativi che possano essere rapidi, compatti, flessibili, indossabili, e capaci di lavorare senza l’analisi di piccoli quantitativi di sangue, è in costante sviluppo.
In questo contesto, si inserisce lo studio pubblicato sulla rivista NPG Asia Materials – Nature da ricercatori del Dipartimento di Scienze e biotecnologie medico-chirurgiche della Sapienza, in collaborazione con il CNR e altri enti internazionali.
Il team di ricerca ha sviluppato un biosensore per la misurazione delle concentrazioni di glucosio nelle urine che utilizza una combinazione vincente di polimeri a più strati (idrogel) e nanoparticelle di argento: questa struttura multistrato (che ospita nano-riflettori con geometria cubica) è stata ispirata dalla naturale organizzazione nanostrutturata che si trova nella pelle del camaleonte.
“Lo studio – spiega Luciano De Sio della Sapienza – ha dimostrato che il biosensore è in grado di monitorare concentrazioni di glucosio molto basse con un limite di rivelabilità più basso rispetto ai dispositivi attualmente disponibili.
Il dispositivo proposto, oltre a essere flessibile, risulta possedere sia proprietà antibatteriche che foto-termiche grazie alle nanoparticelle di argento: l’utilizzo di una radiazione luminosa consente di produrre significative variazioni di temperatura che rendono il dispositivo sterilizzabile e riutilizzabile.
“I prossimi passi – commenta Antonella Calogero – saranno quelli di sfruttare l’enorme versatilità del dispositivo aggiungendo opportune funzionalizzazioni biochimiche che permettano l’utilizzo del biosensore in altri campi di applicazione, quali il monitoraggio di marker tumorali o il riconoscimento specifico di anticorpi come, ad esempio, quelli sviluppati a seguito di infezione da SARS-CoV-2”.
Inoltre, sarà possibile realizzare biosensori indossabili per il monitoraggio multiplo di analiti di interesse medico, anche in condizioni di microgravità.
Riferimenti:
Ziai, F. Petronella, C. Rinoldi, P. Nakielski,A. Zakrzewska, T. A. Kowalewski, W. Augustyniak, X. Li, A. Calogero, I. Sabała, B. Ding, L. De Sio,* and F. Pierini*Chameleon-inspired multifunctional plasmonic nanoplatforms for biosensing applications. NPG Asia Mater 14,18 (2022). https://doi.org/10.1038/s41427-022-00365-9
Testo e immagine dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma
Il cambiamento climatico modifica i delicati ecosistemi lacustri artici. Una ricerca di Sapienza e Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) alle Isole Svalbard studia i cambiamenti in corso. I risultati sono pubblicati su Scientific Reports.
Clima: equilibrio artico sempre più a rischio. In foto, il rifugio Papphytta, Brøggerhalvøya presso le isole Svalbard. Foto di Superchilum, CC BY-SA 3.0
Uno nuovo studio coordinato dal gruppo di Ecologia trofica del Dipartimento di biologia ambientale della Sapienza fa luce sulle relazioni che legano il clima al funzionamento dei delicati ecosistemi lacustri artici, considerati hotspot di biodiversità e sink di carbonio alle più elevate latitudini.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Scientific Reports, fortemente interdisciplinare, è stata realizzata in collaborazione con l’Istituto di scienze polari e l’Istituto di ricerca sulle acque del Cnr, combinando l’analisi elementare e degli isotopi stabili di campioni animali e vegetali con l’analisi di immagini satellitari e la ricostruzione dell’idrodinamica di 18 laghi in 3D alle Isole Svalbard.
I ricercatori hanno studiato le fonti di nutrienti nei laghi e tracciato il loro trasferimento attraverso la rete alimentare, mettendo in relazione i modelli osservati con gli aspetti climatici e idrodinamici dei laghi artici, la copertura nevosa e vegetazionale e la presenza di specie migratrici caratteristiche dell’area. I risultati chiariscono gli effetti diretti e indiretti che queste variabili legate al clima hanno sulle interazioni tra le specie e sul ciclo dei nutrienti (carbonio e azoto) in questi ambienti estremi. Le evidenze ottenute permettono di prevedere che l’aumento della temperatura comporterà un aumento del carico di nutrienti in questi ecosistemi, con conseguenze sulla loro produttività e sui tassi di rilascio di carbonio in atmosfera, entrambi ad oggi limitati dalla carenza di azoto e altri elementi.
“Lo studio, che fa parte di una linea di ricerca più ampia coordinata da Sapienza nell’ambito del Programma di ricerche in Artico e del Programma nazionale di ricerche in Antartide, – evidenzia Edoardo Calizza della Sapienza – aiuta a comprendere meglio come l’aumento delle temperature potrebbe incidere sulla biodiversità e sul funzionamento degli ecosistemi polari, e sui servizi cruciali che essi svolgono sia a scala locale che globale, inclusa la regolazione stessa del clima”.
“L’approccio multidisciplinare, che vede collaborare insieme biologi e geologi sul campo ed in laboratorio, nello studio dei laghi artici, rappresenta sicuramente un valore aggiunto al progetto e consente di studiare in dettaglio le complesse dinamiche esistenti tra fattori biotici ed abiotici, che guidano e vincolano la circolazione dei nutrienti anche a queste latitudini”, sottolinea David Rossi dell’Istituto di ricerca sulle acque del Cnr.
“Il contributo innovativo alle ricerche sugli ecosistemi dei laghi artici è rappresentato dall’integrazione di immagini satellitari e dati al terreno per l’analisi della variabilità spaziale e temporale delle coperture nevose nelle isole Svalbard in cui Il Cnr ha maturato una esperienza pluriennale”, aggiunge Rosamaria Salvatori dell’Istituto di scienze polari. “Il sistema dei laghi analizzati ricade nel territorio della Brogger Peninsula in cui è situata la base scientifica Dirigibile Italia del Cnr”.
Riferimenti:
Climate-related drivers of nutrient inputs and food web structure in shallow Arctic lake ecosystems – Edoardo Calizza, Rosamaria Salvatori, David Rossi, Vittorio Pasquali, Giulio Careddu, Simona Sporta Caputi, Deborah Maccapan, Luca Santarelli, Pietro Montemurro, Loreto Rossi & Maria Letizia Costantini – Scientific Reports. DOI https://doi.org/10.1038/s41598-022-06136-4
Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma
Individuare fenomeni quantistici attraverso rapporti di causa-effetto
Per comprendere la relazione quantistica fra due eventi, un team di ricercatori del QuantumLab della Sapienza ha sviluppato un nuovo metodo basato sulla misura della forza dei rapporti causa-effetto tra le variabili. La tecnica, eseguita sperimentalmente nei laboratori dell’Ateneo, potrà essere utilizzata per verificare il corretto funzionamento di nuove tecnologie quantistiche
Individuare fenomeni quantistici attraverso rapporti di causa-effetto: un nuovo su Science Advances
“Qual è il motivo?”, “Perché sta succedendo?” sono domande molto frequenti nella vita quotidiana, in cui spesso si è portarti a chiedersi la causa degli eventi che succedono, cercando motivi più o meno diretti o astratti. La strategia intuitivamente più efficace per capire se due eventi siano l’uno la causa dell’altro è verificare la loro correlazione, ovvero chiedersi: l’evento A succede sempre quando succede l’evento B? Come quando ogni volta che viene spinto un interruttore (evento A) si accende una lampadina (evento B). Tuttavia, questo processo, apparentemente così semplice e immediato, nasconde una grande insidia: quando due eventi sono correlati, possono sia essere la causa l’uno dell’altro ma possono anche essere influenzati da una causa comune, di cui spesso non si tiene conto. Per esempio, ogni anno, in estate, aumentano parallelamente il consumo di gelati e il numero di persone che soffrono di cali di pressione. Questi due eventi sono indubbiamente correlati, ma non sono l’uno la causa dell’altro. Avvengono simultaneamente solo perché hanno una causa comune: l’aumento delle temperature.
Comprendere se due eventi siano causati da un fattore comune o se siano direttamente collegati non è affatto semplice, per cui tali relazioni sono da sempre una sfida per gli scienziati. Secondo la fisica classica è possibile comprendere appieno larelazione causa-effettotra due eventi effettuando una serie di opportune misurazioni. Molto più difficile è quando entrano in gioco effetti quantistici, perché i rapporti di causa-effetto tra un evento A e un evento B hanno conseguenze diverse se questi hanno una causa comune non classica. Tuttavia, la discrepanza tra predizioni classiche e quantistiche può tornare utile proprio per rilevare la presenza di fenomeni quantistici, come avviene nei cosiddetti test di Bell, effettuati per misurare le proprietà di particelle fisicamente separate ma correlate in maniera non classica.
Il gruppo QuantumLab (https://www.quantumlab.it/) della Sapienza Università di Roma ha presentato, in un lavoro recentemente pubblicato sulla rivista Science Advances, unmetodo altamente innovativo che è basato sulla misura della forza dei rapporti causa-effetto tra due variabili. Lo studio è nato nell’ambito di una collaborazione internazionale dell’Ateneo romano con l’International Institute of Physics di Natal (Brasile), l’Università di Colonia (Germania) e l’Università di Gdansk (Polonia).
Il team di fisici, da tempo impegnato nello studio di questi fenomeni con l’obiettivo di creare tecniche per rilevare la presenza di fenomeni quantistici, è partito dal caso in cui un evento A è causa di un evento B e, in più, questi hanno una causa comune quantistica. In tale situazione, si può dimostrare che, per ottenere determinati effetti su B, c’è bisogno di un’influenza causale più debole da parte di A, rispetto al caso classico. Quindi, misurando la forza del rapporto causa-effetto tra A e B, è possibile capire se il processo che stiamo osservando è quantistico oppure puramente classico.
“La novità di questo approccio – afferma Iris Agresti della Sapienza – sta nel fatto che permette di individuare comportamenti quantistici del tutto nuovi, che non potevano essere individuati con le tecniche note finora”.
Per mostrare queste nuove tracce di fenomeni quantistici è stato riprodotto nei laboratori di ottica e informazione quantistica della Sapienza lo schema di rapporti causa-effetto menzionato (chiamato processo strumentale) su una piattaforma fotonica.
In dettaglio, nell’esperimento, gli eventi A e B erano i risultati di due misure su fotoni, mentre la causa comune era una sorgente di stati quantistici.
“Abbiamo generato coppie di fotoni entangled (cioè correlati quantisticamente) e abbiamo implementato il rapporto di causa-effetto tra le misure A e B, scegliendo la misura B in base al risultato di A” – spiega Fabio Sciarrino, coordinatore del gruppo. “Siccome i due fotoni da misurare vengono generati nello stesso istante, per avere il tempo di eseguire la misura A, abbiamo dovuto ritardare il fotone misurato in B tramite una fibra lunga più di 100 metri e abbiamo sfruttato un dispositivo elettro-ottico per cambiare la misura B in pochi nanosecondi”.
Questa tecnica che si basa sulla misura della forza dell’influenza causale tra due eventi per dimostrare la presenza di fenomeni quantistici, che è stata eseguita sperimentalmente dai ricercatori del QuantumLab, ha dei risvolti sia dal punto di vista applicativo, perché potrà essere utilizzata per verificare il corretto funzionamento di nuove tecnologie quantistiche, sia teorico, perché ha permesso di individuare nuove tipologie di comportamenti non classici.
Riferimenti:
Experimental test of quantum causal influences –Iris Agresti, Davide Poderini, Beatrice Polacchi, Nikolai Miklin, Mariami Gachechiladze, Alessia Suprano, Emanuele Polino, Giorgio Milani, Gonzalo Carvacho, Rafael Chaves and Fabio Sciarrino – Science Advances, Vol 8, Issue 8 https://doi.org/10.1126/sciadv.abm1515
Testo e immagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma
