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Università degli Studi di Padova

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CREARE NUOVE MOLECOLE CON LA LUCE

Ecco la ricetta per una chimica più sostenibile made in UNIPD

Le molecole bioattive, o biomolecole, sono tutte quelle molecole organiche a base di carbonio, come ad esempio le proteine o gli acidi nucleici, che hanno un ruolo fondamentale nel “funzionamento” degli esseri viventi. Le molecole di natura indolica sono quelle che non sono formate esclusivamente da atomi di Carbonio ma anche da altri elementi. Queste molecole hanno svariate attività biologiche, ad esempio sono i componenti fondamentali del triptofano, uno dei più importanti neurotrasmettitori celebrali.

Lo studio dal titolo “Unveiling the impact of the light source and steric factors on [2 + 2] heterocycloaddition reactions” pubblicato su «Nature Synthesis» vede il team di ricerca guidato Luca Dell’Amico del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova investigare l’effetto che ha la sola luce sulla costruzione di molecole bioattive di natura indolica.

È la prima volta che questa particolare relazione viene studiata: finora infatti non era noto come i diversi tipi di luci fossero in grado di variare la reattività e quindi il cambiamento di questi composti. Nella pubblicazione si sono utilizzate sorgenti di luce con colori diversi – a diverse lunghezze d’onda – per promuovere la costruzione di due tipi di molecole diverse a partire dagli stessi reagenti di partenza.

La proiezione di questa ricerca ha risvolti molto promettenti perché, utilizzando questa metodologia, sarà possibile sviluppare processi di sintesi chimica per la costruzione di molecole bioattive che saranno maggiormente “sostenibili”: l’utilizzo della luce come energia potrà evitare l’uso di reagenti tossici, di metalli e di temperature elevate diminuendo l’impronta ambientale nel processo di produzione chimico. Nel caso dello studio sviluppato dal Dipartimento di Scienze Chimiche (DiSC) dell’Ateneo patavino, la luce è l’ingrediente essenziale che si utilizza per fornire l’energia necessaria alla costruzione di queste molecole (utilizzate nella farmaceutica) mediante “eccitazione”: la luce cioè viene assorbita e si trasforma in energia chimica. La biomolecola di partenza reagisce con una seconda molecola in modo da generare un composto più complesso che può avere svariate attività biologiche attualmente in fase di studio al DiSC.

«Le possibili ricadute in questo senso sono di elevato impatto per la nostra società – dice Luca Dell’Amico del Dipartimento di Scienze Chimiche – perché sarà possibile ottenere molecole ad alto valore aggiunto in modo pulito e sostenibile e modificarne la struttura semplicemente cambiando la luce utilizzata. Il fatto di poter partire dagli stessi precursori per ottenere due composti diversi e quindi con attività biologiche diverse, semplicemente cambiando il colore della luce utilizzato, rappresenta un importantissimo risultato che apre la strada ad un modo nuovo e più verde di accesso a molecole bioattive complesse. Nuove possibilità grazie all’insegnamento della natura – conclude Dell’Amico – perché stiamo di fatto imparando a costruire le molecole organiche di nostro interesse in modo sostenibile semplicemente sfruttando l’energia del sole, in maniera simile a come fanno le piante».

Questo filone di ricerca è legato all’ERC starting Grant recentemente finanziato dall’Unione Europea con circa 2 milioni di euro del Prof. Luca Dell’Amico che è proprio incentrato sullo studio dei meccanismi alla base della sintesi di molecole organiche mediata dalla luce.

Link alla ricerca: https://www.nature.com/articles/s44160-022-00191-5

Titolo: “Unveiling the impact of the light source and steric factors on [2 + 2] heterocycloaddition reactions” – «Nature Synthesis» 2022

Autori: Javier Mateos, Francesco Rigodanza, Paolo Costa, Mirco Natali, Alberto Vega-Peñaloza, Elisa Fresch, Elisabetta Collini, Marcella Bonchio, Andrea Sartorel & Luca Dell’Amico

Approfondimento video: https://www.youtube.com/watch?v=PHClPBkfuls

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

SOSTENIBILITÀ DELLE RISORSE COMUNI E COOPERAZIONE TRA INDIVIDUI

Confermate da uno studio pubblicato da «Nature Sustainability» le intuizioni della Nobel per l’economia Elinor Ostrom. La ricerca coordinata da Samir Suweis dell’Università di Padova dimostra il ruolo fondamentale che hanno le informazioni sull’esaurimento delle risorse e la condivisione degli obiettivi.

Samir Suweis Sostenibilità delle risorse comuni e cooperazione tra individui
Samir Suweis

L’uso sostenibile delle risorse comuni – come le acque sotterranee, la pesca o le foreste – è una sfida impegnativa perché richiede che gli utilizzatori delle risorse cooperino tra loro.

Se l’evidenza empirica ha dimostrato che le comunità prevengono lo sfruttamento eccessivo (tragedy of the commons) sviluppando istituzioni di autogoverno che favoriscono la collaborazione, tuttavia sia le condizioni che favoriscono la cooperazione che i suoi benefici a lungo termine sono rimasti sotto traccia negli studi scientifici sull’argomento.

Lo studio con il titolo “The emergence of cooperation from shared goals in the governance of common pool resources” pubblicato su «Nature Sustainability» dal team di ricerca internazionale coordinato da Samir Suweis del Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova dimostra come la cooperazione sia favorita dall’accesso alle informazioni sui cambiamenti del livello di risorsa e dalla loro capacità di influenzare le decisioni degli utenti. Ad esempio, quando le risorse si esauriscono gli individui adeguano il tasso di raccolta, ma questa cooperazione emerge solo quando le persone vengono ricompensate sulla base di obiettivi che condividono.

La ricerca pubblicata, a differenza della letteratura scientifica precedente, pone in luce sia l’effetto retroattivo tra le decisioni (prese dagli individui) e l’andamento delle risorse disponibili sia il legame che esiste tra la cooperazione che si sviluppa e gli obbiettivi condivisi.

Gli autori hanno sviluppato un programma online per eseguire delle simulazioni in cui gli utilizzatori di una risorsa comune scelgono (aggiornando il loro comportamento nel tempo) il tasso di consumo individuale in base alla conoscenza sia del livello della risorsa che del comportamento degli altri. Il risultato è stato che se gli utenti condividono obiettivi comuni allora vi è una tendenza a cooperare e ciò consente un uso sostenibile delle risorse nel lungo periodo. Questi esiti (tendenza alla cooperazione e sostenibilità di lungo periodo) sono coerenti con i risultati di un modello teorico di dinamica delle risorse e di estrazione già sviluppato dal primo autore, Chengyi Tu docente a Berkeley e alla Zhejiang Sci-Tech University, che dimostrava come la cooperazione fosse il frutto di un compromesso tra il la “ricompensa” individuale e quella collettivo.  I ricercatori, utilizzando la teoria del controllo ottimale, hanno dimostrato che obiettivi condivisi portano ad azione collettiva auto-organizzata che consente una governance sostenibile delle risorse comuni.

«Il contributo originale di questo studio – afferma il primo autore della pubblicazione Chengyi Tu – è che utilizza sia approcci sperimentali che modelli teorici per mettere in relazione l’emergere della cooperazione con obiettivi condivisi e feedback sulle decisioni relative alle risorse».

«L’aspetto davvero entusiasmante – conclude il coordinatore dello studio Samir Suweis – è che siamo riusciti a dimostrare come gli obiettivi comuni condivisi, previsti da Elinor Ostrom prima donna premiata con il Nobel per l’Economia nel 2009 proprio per i suoi studi su governance e risorse comuni, possano indurre la cooperazione auto-organizzata e la sostenibilità dei beni comuni».

Link all ricerca: https://www.nature.com/articles/s41893-022-01008-1

Titolo: “The emergence of cooperation from shared goals in the governance of common pool resources” – «Nature Sustainability» 2022

Autori: Chengyi Tu, Paolo D’Odorico, Zhe Li & Samir Suweis

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

L’AMILOIDOSI DI TIPO AA DEL GATTO COME MODELLO DI STUDIO DELLE AMILOIDOSI NELL’UOMO

Pubblicato sulla rivista «Nature Communications» lo studio dal titolo “Cryo-EM structure of ex vivo fibrils associated with extreme AA amyloidosis prevalence in a cat shelter” frutto della collaborazione di numerosi gruppi di ricerca in Medicina Veterinaria, tra cui il Dipartimento di Medicina Animale, Produzioni e Salute dell’Università di Padova, ed in Medicina Umana, tra cui l’Amyloid Research and Treatment Centre dell’IRCCS Policlinico San Matteo di Pavia, il Dipartimento di Bioscienze dell’Università di Milano ed il centro IMTC del Policlinico San Donato di Milano (coordinatore Prof. Stefano Ricagno).

Il lavoro scientifico verte sulla amiloidosi sistemica di tipo AA – malattia da accumulo cronica nell’uomo e negli animali caratterizzata dalla deposizione patologica, in sede extracellulare, di materiale proteico insolubile, denominato amiloide o sostanza amiloide – in maniera specifica del gatto.

amiloidosi gatto uomo L'amiloidosi di tipo AA del gatto come modello di studio delle amiloidosi nell'uomo
Foto di Alexa

La pubblicazione su «Nature Communications» mette per la prima volta in evidenza, classificandola come epidemiologicamente rilevante, una malattia considerata tradizionalmente rara nel gatto comune europeo.

Nell’uomo, molteplici sono le forme di amiloidosi – oltre 40, ereditarie e non, che differiscono per proteina responsabile, insorgenza, organi coinvolti e decorso – e una di queste è appunto l’amiloidosi AA (infiammatoria/reattiva).

Nello studio effettuato sui gatti ci sono alcuni parallelismi con le amiloidosi dell’uomo che rendono la malattia, nella specie felina, un modello naturale particolarmente promettente per il futuro, tra cui proprio il coinvolgimento renale. La pubblicazione potrà pertanto fornire informazioni utili per meglio caratterizzare le amiloidosi umane. Infatti negli organi dei gatti con la malattia si osserva la deposizione di una sostanza, perfettamente caratterizzata in questo studio, che il sistema immunitario non riesce ad eliminare. Tale sostanza si accumula causando danni agli organi coinvolti e in particolare al rene, proprio come nell’uomo.

«La ricerca pubblicata è una pietra miliare nell’ambito della ricerca sulla amiloidosi e al contempo sulla malattia stessa nel mondo animale – sostiene Eric Zini afferente al Dipartimento MAPS –. Inoltre l’amiloidosi sistemica di tipo AA è a tutti gli effetti una delle malattie più importanti dei gattili e favorisce lo sviluppo di insufficienza renale.»

 «L’eccezionalità di questo lavoro, ancorché significativamente manifestata dalla eccellente collocazione editoriale, è che rappresenta un ulteriore tassello verso la realizzazione perfetta della medicina traslazionale – conclude Alessandro Zotti, direttore del Dipartimento di Medicina Animale, Produzioni e Salute dell’Università di Padova – ovvero lo studio di malattie spontanee in modelli animali superiori e quindi con caratteristiche molto vicine alla patologia umana. La possibilità inoltre di sottoporre negli Ospedali Veterinari gli animali affetti a cicli di cure paragonabili a quelle della Medicina Umana potrebbe consentire sviluppi di ricerca inimmaginabili rispetto a quelli ottenuti ed ottenibili con i modelli di malattia sperimentale tradizionale usati fino ad ora».

Link alla ricerca: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36396658/

Titolo: “Cryo-EM structure of ex vivo fibrils associated with extreme AA amyloidosis prevalence in a cat shelter” – «Nature Communications» 2022

Autori: T. SchulteA. Chaves-SanjuanG. MazziniV. SperanziniF. LavatelliF. FerriC. PalizzottoM. MazzaP. MilaniM. NuvoloneA.C. VogtM. VogelG. PalladiniG. MerliniM. BolognesiS. FerroE. ZiniS. Ricagno

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

iSenseDNA: REGOLE E STRATEGIE CHE GOVERNANO UNA MOLECOLA

Allo studio una tecnologia per capire i legami tra la struttura e la sua funzione

 

Capire come funziona una specifica molecola durante processi biologici complessi è una delle sfide della ricerca biomedica, nonostante i notevoli avanzamenti della conoscenza nel campo delle biotecnologie in anni recenti. Un nuovo importante progetto UE, iSenseDNA, si concentra ora sullo sviluppo di una tecnologia per identificare che cosa significa un cambiamento della struttura di una molecola per la sua funzione.

Precedentemente, si aveva accesso solo a istantanee della struttura di molecole, ma è necessario legare tale struttura alla corrispondente funzione. È un po’ come utilizzare fotografie di un giocatore di rugby per imparare le regole e le strategie del gioco.

«Il nostro progetto si occupa di creare una opportunità non solo per imparare come si gioca, ma anche quali muscoli allenare per diventare giocatori migliori – specifica Lynn Kamerlin, che con la Dr. Antonietta Parracino coordina il progetto all’Università di Uppsala in Svezia».

«Il team dell’Università di Padova si occuperà di analizzare i dettagli delle fotografie per ricostruire, attraverso complesse simulazioni numeriche, – continua l’analogia il prof. Stefano Corni del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova, che poche settimane fa ha ospitato il kick-off meeting del progetto – la posizione e il movimento del giocatore».

Stefano Corni iSenseDNA
Stefano Corni

I ricercatori del team di iSenseDNA vogliono sviluppare una tecnologia che leghi i cambiamenti nella struttura della biomolecola alla sua funzione durante processi dinamici complessi in tempo reale. A oggi, ci sono tecniche per studiare la funzione di una molecola durante un processo biologico e ci sono tecniche per studiare la struttura dettagliata di molecole. Ma nessuno riesce, su larga scala, a connettere struttura e funzione. Questo rende difficile, per esempio, predire quali cambiamenti strutturali siano necessari per migliorare lo sviluppo di farmaci.

I ricercatori combineranno metodi computazionali e biotecnologici con strumenti per l’analisi ottica avanzata di biomolecole “in azione”. Insieme, vogliono sviluppare un cosiddetto nanotrasduttore, un sensore basato sul DNA che è sensibile ai cambiamenti strutturali e può leggerli in tempo reale.

«Questo progetto – concludono le coordinatrici – crea una collaborazione tra tecnologie e campi diversi che ha il potenziale di estrarre informazioni su processi complessi difficilmente recuperabili altrimenti e che contribuiranno all’avanzamento della diagnostica medica e delle terapie».

I ricercatori di iSenseDNA provengono da università (Uppsala, Umeå e Padova), centri di ricerca (CNR, BIO, DESY, ESRF) e una società (OrganoTherapeutics, OT) da vari paesi europei (Svezia, Italia, Spagna, Germania, Lussemburgo, Francia). Il progetto ha un budget di circa 3 milioni di euro ed è finanziato dall’European Innovation Council nell’ambito della EIC pathfinder Open Call.

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

PESCATO DELL’ALTO ADRIATICO: STESSA QUANTITÀ, DIVERSA QUALITÀ

La “mutazione invisibile” dell’ecosistema marino scoperta dall’Università di Padova

 Negli ultimi decenni la ricerca ha chiarito come i sistemi naturali, anche quelli grandi e complessi come gli ecosistemi marini, subiscono dei “cambiamenti di regime” cioè variazioni nette e totalmente inaspettate. Possono essere determinati dalle attività umane, come la pesca o il cambiamento climatico globale di origine antropica, trasformando radicalmente gli ecosistemi in termini di abbondanza di organismi e di processi ecologici, con potenziali ricadute per la biodiversità e la produttività delle risorse ittiche.

Lo studio dal titolo “Stable landings mask irreversible community reorganizations in an overexploited Mediterranean ecosystem” pubblicato sul «Journal of Animal Ecology» da parte di ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova in collaborazione con l’Università di Amburgo e CNR-ISMAR dimostra che, negli ultimi 40 anni, si sono succeduti intensi cambiamenti di regime nell’ecosistema dell’Alto Adriatico, uno dei mari più pescosi e sfruttati del pianeta, nella totale inconsapevolezza di tutti.

Camilla Sguotti Pescato dell'Alto Adriatico: stessa quantità, diversa qualità
Camilla Sguotti

«Questa scoperta è stata possibile analizzando con metodi matematici avanzati, basati sulla teoria delle catastrofi di Thom, le serie temporali delle catture di organismi, quali pesci e invertebrati, da parte della flotta peschereccia di Chioggia, la maggiore d’Italia – dice Camilla Sguotti, ricercatrice post-dottorato nel programma europeo ‘Marie Skłodowska-Curie Actions’ al Dipartimento di Biologia dell’Ateneo di Padova e prima autrice dello studio –. La composizione di quello che si pesca riflette la comunità di organismi che abitano il mare: a partire dagli anni Ottanta si è avuto un andamento caratterizzato da lunghi periodi di stabilità nella varietà e qualità del pescato intervallati da improvvisi cambiamenti discontinui a causa dell’effetto sinergico di pressione da pesca e riscaldamento dei mari dovuto ai cambiamenti climatici. La cosa interessante è “scoprire” solo ora questi cambiamenti, cioè dopo decenni, in quanto le catture totali della flotta sono rimaste approssimativamente costanti nel tempo, distogliendo quindi l’attenzione dall’avvicendarsi delle diverse specie nei decenni».

Alberto Barausse
Alberto Barausse

«Sembra che l’ecosistema del mare Alto Adriatico – conclude Alberto Barausse del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova coordinatore dello studio pubblicato – sia cambiato in modo irreversibile: anche se diminuissimo la pressione di pesca, le temperature non si riabbasseranno a breve a causa dell’inerzia del cambiamento climatico. Capire i fattori che portano a questi cambiamenti di regime negli ecosistemi marini è quindi fondamentale per saper gestire le nostre attività, come la pesca, senza erodere la resilienza degli ecosistemi: una volta che un cambiamento di regime è avvenuto nell’ecosistema, potenzialmente con conseguenze negative non solo per la biodiversità ma spesso anche per le attività economiche, purtroppo non sempre è possibile tornare indietro facilmente».

Link all’articolo: https://doi.org/10.1111/1365-2656.13831

Titolo: “Stable landings mask irreversible community reorganizations in an overexploited Mediterranean ecosystem” – «Journal of Animal Ecology» – 2022.

Autori: Camilla Sguotti, Aurelia Bischoff, Alessandra Conversi, Carlotta Mazzoldi, Christian Möllmann, Alberto Barausse

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova sulla ricerca sul pescato nell’Alto Adriatico.

RIPRODOTTA LA VERTEBRA DI GALILEO GALILEI CUSTODITA ALL’UNIVERSITÀ DI PADOVA

Il modello 3D della vertebra di Galileo risulta essere veicolo di informazioni morfologiche e morfometriche fondamentali per la riproduzione tangibile della stessa. È scheletro e struttura sui quali sviluppare il prototipo

È stata presentata ieri, lunedì 7 novembre, in Sala da Pranzo di Palazzo del Bo, sede dell’Università di Padova, la riproduzione della quinta vertebra lombare di Galileo Galilei alla presenza di Monica Salvadori, Prorettrice con delega al Patrimonio artistico, storico e culturale, Giuseppe Salemi, docente del Dipartimento dei Beni Culturali dell’Ateneo oltre che autore dello studio del reperto per la sua riproduzione, e Giovanni Magno, curatore del Museo Morgagni di Anatomia dell’Università di Padova.

«La storia di questa vertebra è certamente molto interessante, ma – ha sottolineato Monica Salvadori, prorettrice con delega al Patrimonio artistico, storico e culturale dell’Ateneo patavino – realizzare una copia in 3D di questo prezioso reperto significa poterla utilizzare sia per la divulgazione scientifica che come oggetto di prestito senza dover manipolare l’originale. Inoltre la vertebra riprodotta non è una banale copia, ma ha un’altissima risoluzione che permette ai ricercatori di utilizzarla per i loro studi anche “leggendola” attraverso la consultazione in rete dei dati».

«Per la definizione tridimensionale delle caratteristiche morfologiche e morfometriche della vertebra di Galileo, è stato effettuato, mediante scanner a luce strutturata – già in dotazione presso il Dipartimento dei Beni Culturali – un rilievo 3D ad altissima densità di punti e a risoluzione micrometrica.  La vertebra, utilizzando un piatto rotante sincronizzato via software con lo scanner, è stata rilevata da diverse prospettive in modo da ottenere un rilievo completo e continuo al di là della complessità morfologica del reperto dovuta alla presenza di sottosquadri, zone d’ombra e particolari traslucidi (come ad esempio il sigillo). In totale – hanno detto il professore Giuseppe Salemi e la dottoressa Emanuela Faresin autori dello studio e della riproduzione 3D – sono state effettuate 70 scansioni per un totale di circa 10 milioni di punti.  Nella fase di elaborazione dei dati le operazioni che si sono susseguite definendo la pipeline di post processing sono state: filtraggio dei dati per la rimozione dei punti outliers; l’allineamento delle scansioni in un unico e comune sistema di riferimento; il passaggio da nuvola di punti a mesh ovvero un reticolo di poligoni interconnessi la cui area descrive la superficie dell’oggetto; verifica ed editing della bontà del dato; esportazione del modello ad altissima risoluzione per la successiva fase di stampa 3D. Il modello 3D della vertebra di Galileo risulta quindi essere veicolo di informazioni morfologiche e morfometriche fondamentali per la riproduzione tangibile della stessa. È scheletro e struttura sui quali sviluppare il prototipo».

Il modello tridimensionale da scansione laser è stato ottimizzato e le informazioni contenute al suo interno convertite in istruzioni per il percorso macchina di stampa 3D.

La tecnologia utilizzata per garantire un elevatissimo dettaglio è stata la stampa 3D a fotopolimero, dove una resina fotopolimerizzante reagisce con il laser e, solidificando, genera così la copia fisica con una precisione di 25 microns. Il pezzo stampato è stato reso ancora più solido attraverso un secondo procedimento di fotopolimerizzazione che unisce calore e lampade UV; una volta indurito, siamo passati alla fase successiva di resa al vero.

Per ridurre al minimo l’errore è stata stampata una seconda copia che è stata utilizzata per le prove di colore e di resa al vero. Questa fase è stata possibile grazie alla campagna fotografica eseguita durante il rilievo, sia per replicare il colore originale del frammento di osso, sia per ripetere il complicato andamento che compone la legatura della vertebra originale.

Sono state usate vernici specifiche miscelando colori diversi, chiari e scuri, per risaltare le discromie proprie dell’originale.

I sigilli sono stati lavorati a mano in tutti i particolari e colorati in fase finale; partendo dal dato di scansione si sono stampate le basi, sempre con sistema a fotopolimero, su queste si è lavorato di bisturi e con l’aggiunta di resina guardando le foto ad alta risoluzione dei dettagli e facendo ricorso alla trentennale esperienza del nostro scenografo. In questo modo, aggiungendo piano piano i dettagli, il risultato è una copia perfetta dell’originale.

L’etichetta è stata replicata utilizzando carta ruvida da disegno di colore bianco, che è stata “scritta” con un vero pennino da inchiostro ricalcando una base a matita, successivamente è stata invecchiata con una fiamma viva per farla sembrare antica. Per raggiungere l’effetto voluto sono state necessari più di 20 tentativi.

Infine è stata riprodotta la complicata legatura con filo di cotone, che originariamente era di colore bianco e che è stato tinto con tempera per trovare la corretta cromia dell’originale, infine è stata inserita l’etichetta anticata.

 

La storia*

 

Galileo morì l’8 gennaio 1642 ad Arcetri, e il corpo fu temporaneamente sepolto nella Basilica di Santa Croce di Firenze. Circa un secolo dopo, il 12 marzo 1737, il corpo di Galileo fu riesumato e sepolto definitivamente nel Mausoleo, a lui dedicato, nella stessa Basilica. Il granduca Gian Gastone de’ Medici nominò una commissione per traslare il corpo di Galileo composta dai medici Antonio Cocchi e Giovanni Targioni Tozzetti, dal prelato Giovanni Vincenzo Capponi, dall’umanista ed erudito Anton Francesco Gori e dal notaio Giovanni Cammillo di Pasquale di Piero Piombanti. La commissione, alla vista dello scheletro di Galileo, non riuscì a resistere dal prendere qualche «reliquia» dello scienziato. Capponi si appropriò del dito indice della mano destra e di un pollice, Gori invece del dito indice della mano sinistra, un dente fu prelevato probabilmente da Tozzetti e Antonio Cocchi decise di prendere la quinta vertebra lombare.

La vertebra quindi fu prelevata dal medico Antonio Cocchi (1695-1758) e passò poi in eredità al figlio Raimondo (1735–1775). Fu poi venduta al patrizio veneto Angelo Querini (1721–1796) nel 1773, il quale la donò all’abate veneziano Agostino Vivorio (1743–1822). Infine, grazie all’intercessione della contessa Isabella Thiene, la vertebra arrivò al medico vicentino Domenico Thiene (1767–1844), nel 1820. Alcuni anni dopo Thiene donò la reliquia all’Università di Padova, il 2 agosto 1823, anno in cui era Rettore dell’ateneo patavino Antonio Meneghelli (1765-1844). Meneghelli decise di accettare e di finanziare la realizzazione d’un “reliquiario” con l’assistenza, nel progetto, del docente di Fisica dell’Ateneo Salvatore Dal Negro (1768-1839).

La vertebra porta con sé un cartiglio scritto da Antonio Cocchi, che recita: Vertebra V Lumborum e corpore Magni Galilaei detracta cum id effossum est anno quo tumulo reconditum.

(“Quinta vertebra lombare presa dal corpo del Grande Galilei nell’anno della sua riesumazione e definitiva sepoltura”).

Le misurazioni antropologiche della quinta vertebra lombare di Galileo mostrano come non siano presenti gravi processi patologici. Studi radiografici e TAC mostrano infatti solo lievi irregolarità artrosiche delle marginali dei processi articolari, con una minima osteofitosi dei profili del vertebrale.

Recenti studi storico medici hanno evidenziato come il famoso scienziato possa essere morto a causa di una artrite reattiva, innescata probabilmente da una infezione di Chlamydia pneumoniae, e poi complicata nel tempo con una uveite che portò Galileo ad una cecità bilaterale. L’assenza di tracce patologiche sulla vertebra non esclude la forma di artrite reattiva di cui soffriva Galileo.

* Da Alberto Zanatta – Gaetano Thiene “1823: DONO DELLA QUINTA VERTEBRA LOMBARE DI GALILEO ALL’UNIVERSITÀ DI PADOVA” – Comunicazione letta il 23 marzo 2017 nell’Odeo Olimpico.

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

API E NUMERI

La figurazione spaziale dei numeri è una rappresentazione di natura biologica comune a sistemi nervosi con origini evolutive distanti

Gli insetti si rappresentano i numeri in ordine crescente, i più piccoli a sinistra e quelli più grandi a destra: lo dimostra lo studio pubblicato su PNAS che vede coinvolti ricercatori delle università di Padova, Tolosa e Losanna coordinati da Rosa Rugani del Dipartimento di Psicologia Generale dell’Ateneo patavino

 

Esattamente come gli esseri umani, anche le api ordinano le numerosità crescenti da sinistra verso destra. Noi infatti rappresentiamo (Linea Numerica Mentale) i numeri nello spazio, i più piccoli a sinistra e i più grandi a destra, e l’orientamento di questa linea mentale dipende sicuramente da fattori sociali e culturali, come testimonia l’esistenza, in una minoranza di società, di una direzionalità opposta (da destra verso sinistra) rispetto a quella, prevalente, occidentale.

Recentemente un ordinamento spaziale dei numeri è stato dimostrato anche in varie specie animali come i macachi e i pulcini di pollo domestico. Una questione cruciale rimane tuttavia capire l’origine di un’associazione numerica spaziale, orientata da sinistra a destra, piuttosto che da destra a sinistra, nei vertebrati (umani e animali) e negli invertebrati, malgrado la considerevole riduzione nella dimensione del cervello e nel numero dei neuroni.

La ricerca dal titolo “An insect brain organizes numbers on a left-to-right mental number line” pubblicata sulla rivista «PNAS» dimostra che la figurazione spaziale dei numeri è una rappresentazione di natura biologica comune a sistemi nervosi con origini evolutive distanti. Il comportamento di scelta osservato nelle api, dotate di un “micro-cervello”, evidenzia la convergenza delle strategie di elaborazione numerica che esistono tra cervelli di diverse complessità nonostante le differenze evolutive.

La ricerca

L’ape mellifera è dotata di spiccate abilità di orientamento spaziale e di conteggio simili ad alcuni vertebrati. Rimaneva tuttavia un mistero se questi piccoli invertebrati orientassero i numeri nello spazio in ordine crescente come fanno gli esseri umani con la Linea Numerica Mentale.

Dopo avere addestrato le api a trovare del cibo (una soluzione zuccherina) in prossimità di un’immagine raffigurante 3 figure posta davanti a loro, i ricercatori hanno osservato la reazione delle api davanti a due immagini, del tutto identiche: una posta a sinistra e l’altra a destra. Entrambe le immagini raffiguravano lo stesso numero di figure in numero però diverso da 3 (che era l’entità numerica appresa durante l’addestramento). Nel primo esperimento le due immagini raffiguravano entrambe una figura, nel secondo ne raffiguravano cinque.

Di fronte a un numero più piccolo di figure, per intenderci quello con numerosità pari a uno, le api cercavano il cibo in prossimità dell’immagine di sinistra, mentre quando il numero di figure era maggiore di tre, nel nostro caso cinque, le api si dirigevano verso destra. Una serie di esperimenti di controllo hanno evidenziato come sia la numerosità a determinare l’associazione con lo spazio e non la quantità di area, perimetro o densità delle immagini.

In un esperimento cruciale, si sono selezionati due gruppi di api: uno è stato addestrato a trovare il cibo in prossimità di un’immagine centrale raffigurante una singola figura, l’altro gruppo è stato addestrato con cinque figure.

Quando le api sono state poste di fronte a due pannelli raffiguranti tre figure, quelle addestrate con una figura si sono dirette verso destra, mentre quelle addestrate con cinque figure si sono dirette a verso sinistra. È interessante notare come lo stesso numero (il 3) diriga il comportamento verso destra con api addestrate con una singola figura o verso sinistra per quelle addestrate con cinque figure.

In altre parole, se le api vedono una numerosità più piccola di quella iniziale vanno verso sinistra e quando ne vedono una più grande vanno a destra. Inoltre, la grandezza di un numero è relativa e dipende dal confronto con il numero osservato durante addestramento.

Api e numeri
Api e numeri

Le api hanno una MNL (pdf)

«La dimostrazione che le api dispongano i numeri piccoli a sinistra e numeri grandi a destra evoca la famosa Linea Numerica Mentale umana, dove i numeri sono rappresentati in ordine crescente da sinistra a destra – dice Rosa Rugani del Dipartimento di Psicologia Generale dell’Università di Padova e team leader della sperimentazione –. I nostri risultati mostrano che l’associazione tra spazio e numerosità è coerente tra varie specie, compresi gli esseri umani, supportando l’ipotesi di una rappresentazione numerica radicata nell’organizzazione dei sistemi nervosi lateralizzati in cui i due emisferi elaborano informazioni in modo differente. La direzione di mappatura da sinistra a destra durante l’evoluzione potrebbe essere stata imposta dall’asimmetria cerebrale. Tale caratteristica comune e antica, che si verifica in una vasta gamma di vertebrati e invertebrati, può aver aiutato diverse specie a elaborare meglio diversi tipi di informazioni. La ricerca – conclude Rugani – suggerisce che la capacità di ordinare i numeri spazialmente sia probabilmente emersa in diverse specie, esibendo asimmetrie nell’elaborazione delle informazioni tra l’emisfero sinistro e destro del cervello. Questo studio indica che la predisposizione a mappare i numeri nello spazio in ordine crescente sia incorporata nell’architettura dei sistemi neurali degli organismi, indipendentemente dalla loro complessità».

La ricerca è stata supportata da un progetto Marie Curie Global (European’s Union Horizon 2020 Research and Innovation program under the Marie Sklodowska-Curie Grant/Award Number: SNANeB_795242)

Rosa Rugani
Rosa Rugani, team leader della sperimentazione su api e numeri

Rosa Rugani è ricercatrice al Dipartimento di Psicologia Generale dell’Università degli Studi di Padova e da oltre un decennio studia le basi biologiche dei processi cognitivi.  Dopo la laurea e il dottorato di ricerca conseguiti all’Università degli Studi di Padova, la sua attività di ricerca è proseguita principalmente al Dipartimento di Psicologia Generale dello stesso Ateneo, comprendendo vari periodi di formazione al Centro Interdipartimentale Mente/Cervello dell’Università di Trento e al Center for Avian Cognition dell’Università del Saskatchewan in Canada, Center for Cognitive Neuroscience della Duke University a Durham in North Carolina,  USA, Department of Psychology, University of Potsdam, Potsdam, Germany e Department of Psychology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA, United States. Ha pubblicato su numerose prestigiose riviste internazionali e il suo lavoro ha suscitato l’interesse in particolare per quanto concerne il suo innovativo contributo al progresso della conoscenza inerente la questione dell’origine e delle basi biologiche delle abilità matematiche nei modelli animali.

Link alla ricercahttps://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2203584119

Titolo: “An insect brain organizes numbers on a left-to-right mental number line” – PNAS 2022

Autori: Martin Giurfa, Claire Marcout, Peter Hilpert, Catherine Thevenot and Rosa Rugani

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova sullo studio su api e numeri

ATTUALI FARMACI E NUOVE MUTAZIONI DEL SARS-COV-2 

LO STUDIO COMPUTAZIONALE DELL’UNIVERSITÀ DI PADOVA

Tutti i mutanti che hanno sperimentalmente dimostrato una riduzione di attività nei confronti dei farmaci antivirali analizzati sono stati correttamente “predetti” dalla ricerca computazionale della Sezione di Modellistica Molecolare del Dipartimento di Scienze del Farmaco dell’Università di Padova

Una delle domande più insidiose nell’ambito del trattamento terapeutico antivirale di SARS-CoV-2 è relativa a quanto gli attuali farmaci in uso possano essere efficaci sulle nuove mutazioni che la “macchina virale” potrebbe mettere in campo nel corso del tempo.

Per rispondere al quesito il gruppo di ricerca internazionale coordinato dalla prof.ssa Dorothee von Laer della Divisione di Virologia della Innsbruck Medical University ha pensato di precorrere i tempi andando a costruire in laboratorio tutte le possibili variazioni (mutazioni) di una delle proteine bersaglio di una importante famiglia di farmaci antivirali contro la proteasi principale del virus, denominata 3CLpro.

Attuali farmaci e nuove mutazioni del SARS-CoV-2; lo studio computazionale dell'Università degli Studi di Padova
Immagine di Gerd Altmann

L’efficacia dei farmaci in uso, come nirmatrelvir o ensitrelvir, è stata quindi determinata sperimentalmente per anticipare quali, tra le possibili nuove mutazioni, potrebbe ridurre o eliminare la loro efficacia terapeutica. Alla ricerca dal titolo “SARS-CoV-2 3CLpro mutations selected in a VSV-based system confer resistance to nirmatrelvir, ensitrelvir, and GC376” pubblicata su «Science Translational Medicine» ha partecipato la Sezione di Modellistica Molecolare del Dipartimento di Scienze del Farmaco dell’Università di Padova, coordinata dal Professor Stefano Moro,  che ha come missione lo sviluppo e l’applicazione di metodologie informatico-computazionali con l’obiettivo principale di supportare la progettazione, identificazione e ottimizzazione di nuovi candidati farmaci.

Parallelamente al lavoro sperimentale svolto dai colleghi austriaci, il gruppo di ricerca padovano ha effettuato lo stesso studio utilizzando delle tecniche computazionali: sia tutti i mutanti della proteina 3CLpro che le loro interazioni con i farmaci antivirali sono stati simulati con l’obiettivo di avere un riscontro sulla capacità predittiva di questi metodi che consentirebbero, qualora si dimostrassero accurati, una importante riduzione dei tempi di accesso a queste informazioni ed una conseguente riduzione dei costi della ricerca.

Un importante risultato ottenuto da questo studio è che tutti i mutanti che hanno sperimentalmente dimostrato una riduzione di attività nei confronti dei farmaci antivirali analizzati sono stati correttamente predetti dallo studio computazionale padovano, consentendo inoltre di interpretarne a livello molecolare le motivazioni analizzando le singole interazioni tra farmaco e proteina che venivano a modificarsi nei vari mutanti.

«La buona capacità predittiva dei metodi computazionali utilizzati in questo studio – dicono gli autori del team del Dipartimento di Scienze del Farmaco Matteo Pavan, Davide Bassani e Stefano Moro – apre alla possibilità del loro utilizzo anche per altri bersagli molecolari di interesse terapeutico, per i quali l’aspetto della resistenza rappresenta un problema clinico rilevante, fornendo un supporto alle tecniche sperimentali di biologia molecolare e biochimica utilizzate di routine nella identificazione di nuovi candidati farmaci».

La Sezione di Modellistica Molecolare del Dipartimento di Scienze del Farmaco dell’Università di Padova che ha come missione lo sviluppo e l’applicazione di metodologie informatico-computazionali con l’obiettivo principale di supportare la progettazione, identificazione e ottimizzazione di nuovi candidati farmaci. Esso costituisce l’interfaccia tra i laboratori biologici/farmacologici e chimici del Dipartimento aggiungendo le proprie competenze computazionali in base alle necessità di sintesi organica, fitochimica, biochimica, biologia molecolare e farmacologia. L’obiettivo è quello di affrontare i problemi della chimica medicinale e della medicina in collaborazione con gli esperti del settore sviluppando nuove strategie per la progettazione e la scoperta di farmaci integrando informatica, chimica, biologia e medicina. Attualmente MMS utilizza strategie chimiche e strutturali per comprendere i meccanismi di base delle malattie umane e scoprire una nuova generazione di farmaci.

Link alla ricerca: https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abq7360

Titolo: “SARS-CoV-2 3CLpro mutations selected in a VSV-based system confer resistance to nirmatrelvir, ensitrelvir, and GC376” – «Science Translational Medicine» 2022

Autori: Emmanuel Heilmann, Francesco Costacurta, Arad Moghadasi, Chengjin Ye, Matteo Pavan, Davide Bassani, Andre Volland, Claudia Ascher, Alexander Kurt, Hermann Weiss, David Bante, Reuben S. Harris, Stefano Moro, Bernhard Rupp, Luis Martinez-Sobrido and Dorothee von Laer.

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

INFLUENCER VIRTUALE, EFFETTO REALE

Ricerca del Security and PRIvacy Through Zeal dell’Università di Padova

Gli influencer attraverso i loro canali social sono capaci di determinare le scelte delle migliaia, talvolta milioni, di persone che li seguono in termini di acquisti, stili di vita o abitudini alimentari.

Per questo motivo, diverse aziende hanno da tempo iniziato a collaborare con gli influencer per sponsorizzare i propri prodotti, dando vita in questo modo al cosiddetto “influencer marketing”, fenomeno che solo nel 2021 ha generato 13.8 miliardi di dollari.

virtual influencer
I sette Virtual Influencer più famosi sui social networks

Accanto agli influencer realmente esistenti hanno fatto recentemente comparsa i “virtual influencer”, figure che agiscono come veri e propri influencer, ma che non esistono fisicamente nel mondo reale. Sono infatti “personaggi” creati e animati tramite grafica 3D da aziende di marketing, disegnati appositamente per supportare particolarmente i grandi brand. Alcuni esempi di questo fenomeno sono Lu Magalu e Lil Miquela, che su Instagram hanno accumulato complessivamente quasi 10 milioni di followers.

Chi sono davvero questi virtual influencer? Qual è il loro scopo? Che etica c’è dietro tutto questo? E soprattutto, qual è l’opinione del pubblico nei confronti di questi influencer virtuali?

Il gruppo SPRITZ (Security and PRIvacy Through Zeal!) – guidato da Mauro Conti, Professore di Sicurezza informatica all’Università degli Studi di Padova e Presidente della nuova Laurea Magistrale in Cybersecurity – ha analizzato i virtual influencer più popolari e le loro collaborazioni, confrontandoli con influencer reali.

In particolare i ricercatori Pier Paolo Tricomi – dottorando con borsa cofinanziata da CHISITO, spin-off dell’Università di Padova che opera nel settore dell’analisi dei social media – e Jenil Gathani – studente dell’University of California a Irvine – hanno studiato l’evoluzione dei virtual influencer, le opportunità e minacce che da essi potrebbero scaturire, così come l’etica che regge la loro esistenza. Inoltre, attraverso un questionario che ha coinvolto 360 partecipanti sono state vagliate le percezioni delle persone riguardo a questo fenomeno.

I risultati della ricerca dal titolo “Virtual Influencers in Online Social Media” pubblicati su «IEEE Communications Magazine» indicano che i Virtual Influencer, pagati anche 10.000$ per singolo post, offrono svariati benefici alle aziende che li utilizzano: si parla infatti di esclusività, totale fedeltà e possibilità di essere rappresentati in qualsiasi luogo e momento.

virtual influencer
Post di Instagram di tre virtual influencer, I partecipanti del questionario hanno trovato il post di Bermuda come il più simile a quelli degli influencers reali. Il post di Knox Frost è stato considerato il più autentico e innovativo, mentre quello di Lil Miquela ha il contenuto più accattivante

Sebbene i followers dei virtual influencer non possano realmente relazionarsi con loro e “fare la tara” a consigli erogati da personaggi virtuali o che non possono testare i prodotti, la ricerca evidenzia come il loro successo sia innegabile come dimostrano le importanti collaborazioni di cui sono testimonial (Knox Frost è stato utilizzato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità per raccogliere donazioni e sensibilizzare i giovani sui comportamenti da tenere per evitare il contagio da coronavirus mentre Lil Miquela è stato utilizzato da Calvin Klein e Prada).

Ma cosa ne pensano le persone di tutto ciò?

Sebbene molti credano che la creazione di un influencer virtuale al solo scopo di lucro sia immorale (42%), altri (12%) sostengono che non sia molto diverso da ciò che i normali influencer fanno: mostrare la parte migliore (spesso finta) di sé per guadagnare di più. Il rimanente 45% si fiderebbe di un influencer virtuale in base al contesto in cui opera, principalmente per argomenti di tecnologia e fashion.

In generale, le persone hanno mostrato sia interesse che paura per questo fenomeno che potrebbe diventare incontrollabile. Infatti, il 60% delle persone pensa sia impossibile costruire delle relazioni con loro (il 33% ha detto “forse”), il che riflette che solo il 15% dei partecipanti chatterebbe con loro.

Tra le preoccupazioni, sono emerse le molte similitudini (sia per estetica che comportamento) tra gli influencer virtuali e reali, soprattutto per il post di Bermuda in Figura 2.

Inoltre, nulla vieta che questi virtual influencer possano un giorno convogliare messaggi più pericolosi che semplici annunci pubblicitari. Oppure, se i loro contenuti fossero generati automaticamente da algoritmi di intelligenza artificiale, la loro moderazione diventerebbe sicuramente più problematica.

Vista la loro popolarità sempre crescente, ci aspettiamo molte nuove ricerche sul campo, ad esempio riguardo il loro recente approdo sul metaverso. Indubbiamente, questo è solo l’inizio.

Link alla ricerca: https://ieeexplore.ieee.org/document/9772313

Titolo: “Virtual Influencers in Online Social Media” – «IEEE Communications Magazine» – 2022

Autori: Mauro Conti, Jenil Gathani e Pier Paolo Tricomi

A sinistra il Prof. Mauro Conti, leader del gruppo SPRITZ Security and Privacy Research Group. A destra il dott. Pier Paolo Tricomi, dottorando che collabora con CHISITO, spin-off dell’Università di Padova operante nel settore dell’analisi dei social media

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Padova

Un paradosso turbolento: svelato il collegamento inatteso tra due problemi irrisolti della fisica

Un team di ricerca interdisciplinare SISSA-Università di Padova ha analizzato il problema di Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou in maniera innovativa scoprendo un collegamento con la turbolenza nei fluidi

Alcuni dei fenomeni fisici che incontriamo quotidianamente nella nostra vita sono ancora oggi incompresi. Un primo esempio è la turbolenza nei fluidi. La turbolenza è legata alla complessità delle equazioni di Navier-Stokes che regolano la dinamica dei fluidi, uno dei problemi del millennio. Un altro esempio di problema aperto è l’approccio all’equilibrio termodinamico per i sistemi isolati. Un nuovo studio in collaborazione tra la SISSA e l’Università di Padova, pubblicato su Physical Review Letters, analizza in dettaglio un collegamento nuovo tra queste due tipologie di fenomeni e potrebbe aprire nuove strade per la loro comprensione.

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Un paradosso turbolento: svelato il collegamento inatteso tra due problemi irrisolti della fisica. Credits: New York University

A metà degli anni ‘50, Enrico Fermi, John Pasta, Stanislaw Ulam e Mary Tsingou si interessarono al problema dell’approccio all’equilibrio termodinamico per i sistemi isolati. Ebbero l’idea di simulare al computer la dinamica di un sistema molto semplice, costituito da oscillatori nonlineari in interazione, con la speranza di poter sviluppare qualche intuizione per una teoria più generale. Gli esiti di questo pionieristico studio furono sorprendenti al punto che il risultato venne rinominato “paradosso di Fermi-Pasta-Ulam” (tralasciando l’importante ruolo di Mary Tsingou). Invece di osservare il sistema approcciarsi progressivamente all’equilibrio termodinamico, gli autori fecero quello che loro stessi definirono una “piccola scoperta”: il sistema sembrava non raggiungere mai l’equilibrio termodinamico. Oggi, a distanza di quasi settant’anni, grazie innumerevoli studi si è scoperto che quello osservato da Fermi, Pasta, Ulam e Tsingou altro non era che uno stato “metastabile” in cui il sistema rimaneva a lungo prima di raggiungere l’equilibrio. Da altri studi sappiamo che questo stato metastabile è presente quando al sistema si dà poca energia, mentre questo paradosso non si presenta quando il sistema ha un’energia sufficientemente alta.

Nella nuova ricerca, gli autori hanno studiato la struttura dello stato metastabile del modello di Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou trovando che ha somiglianze significative con la turbolenza dei fluidi. Inoltre, i tempi-scala del problema (il tempo in cui il sistema raggiunge questo “stato intermedio” e il tempo dopo cui lo abbandona) sono “universali”, ovvero dipendono dai parametri del sistema in modo noto, sono calcolabili esattamente e non dipendono dai dettagli dell’interazione.

Antonio Ponno, Professore Associato del Dipartimento di Matematica dell’Università di Padova e autore dello studio, racconta: “L’idea per questo lavoro è nata qualche anno fa, a partire dal progetto di tesi di Matteo Marian, studente di fisica dell’Università di Trieste. Fin da subito sono stati coinvolti anche Stefano Ruffo e Matteo Gallone della SISSA ed è nato così un gruppo di ricerca tuttora attivo”.

Il lavoro appena pubblicato coinvolge quattro generazioni di ricercatori, tre istituzioni accademiche e due settori scientifico-disciplinari.

Un lavoro che ha potuto raggiungere risultati importanti solo grazie all’ambiente multidisciplinare che c’è in SISSA” commenta Matteo Gallone, primo autore dello studio. La ricerca unisce metodi matematici d’avanguardia con le simulazioni numeriche per illuminare problemi di fisica statistica. “La sinergia tra matematica è fisica ci ha permesso di affrontare l’analisi del problema di Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou in maniera innovativa e costruire un ponte con la turbolenza” aggiunge Gallone.

La collaborazione costruttiva tra scuole diverse, centrata sulla promozione e la circolazione dei più giovani – un principio saldo del nostro Ateneo – è la chiave di volta della qualità della ricerca” conclude Ponno.

Full paper: Physical Review Letters

 

Testo e immagine dagli uffici Stampa dell’Università degli Studi di Padova e SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati