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DALLA FISICA STATISTICA DELLE RETI COMPLESSE, UN AIUTO PER COMPRENDERE I FENOMENI EMERGENTI

Dal cambiamento climatico alla polarizzazione sociale, ricercatori dell’Università di Padova svelano la “geometria nascosta” di questi fenomeni

Dalle relazioni sociali alle arterie principali del traffico urbano, dai circuiti neuronali alle reazioni metaboliche nelle cellule, i fenomeni che influenzano la nostra vita derivano da interazioni complesse tra molteplici elementi. Questi sistemi, definiti appunto “complessi”, generano fenomeni emergenti che spesso non possono essere compresi analizzando l’attività delle loro singole componenti.

Un esempio tipico sono le “comunità funzionali”, gruppi di componenti altamente correlati e interagenti, con funzioni simili. Queste comunità possono includere, ad esempio, persone con interessi comuni, geni o proteine che collaborano per funzioni cellulari specifiche o nicchie di organismi che cooperano per mantenere l’equilibrio ecologico del loro habitat.

Nello studio dal titolo “Unraveling the mesoscale organization induced by network-driven processes” pubblicato sulla rivista PNAS, che vede come primo autore Giacomo Barzon del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Ateneo patavino e del Padova Neuroscience Centerper comprendere come le singole unità di un sistema comunicano tra di loro gli autori hanno investigato come piccole perturbazioni applicate a ciascuna unità si propagano nel tempo all’interno delle reti complesse di cui fanno parte. Questo ha permesso di ricostruire la “geometria nascosta” di questi fenomeni, basata su una misura di distanza effettiva tra le componenti. Una breve distanza indica una comunicazione efficace tra le componenti, mentre una distanza elevata suggerisce che questi sono, probabilmente, funzionalmente scollegati.

Questo framework ha significative implicazioni pratiche e offre una base per diverse applicazioni future. Per esempio, può aiutare a comprendere come il cambiamento climatico potrebbe influenzare le dinamiche delle comunità sociali o ecologiche, consentendo di prevedere e mitigare i suoi effetti sull’ambiente con interventi mirati. O, ancora, nel contesto dei social network può fornire insight su come gruppi sempre più polarizzati emergano e interagiscano online, suggerendo strategie per promuovere un dialogo più costruttivo e mitigare la polarizzazione sociale.

«Comprendere a fondo i meccanismi e le condizioni che generano questi fenomeni è essenziale per capire il funzionamento dei sistemi complessi e sviluppare strategie mirate per ripristinarli quando necessario – commenta Giacomo Barzon, primo autore della ricerca –. Negli ultimi trent’anni, la scienza delle reti si è concentrata sull’analisi delle connessioni strutturali tra le componenti, ma questo approccio non basta per spiegare l’emergere delle comunità funzionali. È infatti cruciale considerare anche i fenomeni fisici specifici che si verificano all’interno delle reti e le condizioni ambientali che influenzano la velocità e l’efficienza di questi processi. Nei neuroni, ad esempio, la temperatura e l’equilibrio chimico possono modulare la velocità dei segnali elettrici, mentre nelle epidemie fattori come clima, densità di popolazione e comportamenti sociali possono influenzare la diffusione dei virus. Tuttavia, l’approccio specialistico delle diverse discipline ha limitato la comprensione completa dell’emergere di questi pattern funzionali».

Giacomo Barzon
Giacomo Barzon

«I nostri metodi sono basati sulla fisica statistica delle reti complesse, una disciplina abbastanza recente ma ben rappresentata dai gruppi di ricerca del nostro ateneo, e in particolare del Dipartimento di Fisica e Astronomia – continua Manlio De Domenico, docente di fisica delle reti complesse dell’Ateneo patavino che ha guidato il team internazionale –. Il nostro studio nel laboratorio di ricerca computazionale, il CoMuNe Lab, in collaborazione con il LIPh Lab e l’Università di Barcellona, ha dimostrato che molti processi fisici, chimici, biologici e sociali possono essere meglio compresi in termini di moduli funzionali, che rispondono all’ambiente e si organizzano in maniera inattesa rispetto a quanto si potrebbe dedurre dalla sola conoscenza della scala microscopica delle loro componenti. L’universalità di questi fenomeni è uno degli aspetti più studiati, e ancora meno compresi, della fisica dei sistemi complessi».

Manlio De Domenico
Manlio De Domenico

Link alla ricerca: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2317608121

Titolo: Unraveling the mesoscale organization induced by network-driven processesPNAS – 2024

Autori: Giacomo Barzon, Oriol Artime, Samir Suweis, Manlio De Domenico

Dalla fisica statistica delle reti complesse, un aiuto per comprendere i fenomeni emergenti; lo studio pubblicato su PNAS. Immagine di Elisa

 

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

PIANTE IN MOVIMENTO: Progetto ROOMors – At the roots of motor intentions

Inaugurato oggi il laboratorio dove si studiano le piante e come sono in grado di pianificare intenzionalmente un’azione

L’intenzione è “nascosta” nelle caratteristiche specifiche del movimento stesso. Eseguire un’azione non prevede solo una componente biomeccanica, ma anche una componente intenzionale che tiene conto del perché un’azione viene eseguita. Per esempio, è possibile afferrare un bicchiere d’acqua per portarlo alla bocca e bere, oppure si può eseguire la stessa azione per porgere il bicchiere d’acqua ad un’altra persona. Nel caso esposto il modo in cui viene afferrato il bicchiere sarà diverso a seconda della ragione ultima che ha guidato l’azione.

ROOMors – At the roots of motor intentions – sotto la supervisione del Prof. Umberto Castiello in qualità di Responsabile scientifico del progetto di ricerca, apre nuovi scenari nella comprensione di questi processi considerando organismi privi di un sistema nervoso centrale quali appunto le piante.

«Le nostre ricerche più recenti suggeriscono che anche le piante sono in grado di pianificare un’azione e che tali azioni potrebbero essere guidate da una componente intenzionale. Questo progetto affronta lo studio di processi che sino a pochi anni fa sarebbe stato impensabile ascrivere alle piante: la capacità di pianificare un movimento in base all’intenzione che lo determina, di comunicare attraverso una forma di linguaggio chimico e di prendere decisioni importanti per risolvere i problemi dettati da un ambiente in continua mutazione», dice Umberto CastielloResponsabile scientifico di ROOMors che avrà durata quinquennale ed è finanziato con 4 milioni di euro. E lo fanno senza neuroni e cervello in una maniera più efficace di tanti animali inclusi gli esseri umani. Con un’analisi di tipo fisio-molecolare si ambisce a codificare i geni che sottostanno alla capacità delle piante di agire in maniera intenzionale. Queste conoscenze – continua Castiello – potrebbero portare ad esplorare parallelismi con le specie animali per comprendere le origini comuni di tali processi. Noi esseri umani condividiamo con le piante tra il 30 ed il 50% dei geni».

Attraverso appunto l’utilizzo di tecniche sofisticate sia per l’analisi del movimento, che per la rilevazione delle molecole chimiche utilizzate dalle piante per comunicare e per la caratterizzazione genetica, ROOMors andrà alla ‘radice’ dell’”intenzionalità”.

Il progetto si inserisce all’interno dell’area di ricerca denominata “Psicologia Comparata” che studia, attraverso un metodo comparativo il comportamento delle diverse specie animali, incluso l’uomo e le piante. Viene studiata la capacità delle piante di pianificare un movimento e di comunicare attraverso un linguaggio chimico e motorio che per certi aspetti le accomuna alle modalità utilizzate dalle specie animali. Tutto questo senza voler trasformare le piante in animali o antropomorfizzarle. Lo scopo è di trovare analogie che permettano di arrivare alle radici evolutive di tali processi.

«Il progetto nasce da una serie di studi in cui abbiamo dimostrato per la prima volta, attraverso l’utilizzo di sofisticate tecniche di analisi del movimento, che le piante sono in grado di pianificare una risposta in base alle caratteristiche degli stimoli ambientali e al contesto in cui si sviluppano. Inoltre, le nostre ricerche indicano che le piante sono in grado di riconoscere l’attitudine sociale espressa da altre piante e agire di conseguenza – sottolinea Umberto Castiello –. Piuttosto che studiare le piante per scopi legati alla produttività e allo sfruttamento cerchiamo di capire come le piante vivono la loro vita e applicano soluzioni “intelligenti”. L’idea è di arrivare a decodificare il loro linguaggio chimico e comportamentale per farci dire da loro come salvaguardare l’ambiente e la nostra specie. Il modello sperimentale utilizzato è la pianta di pisello: abbiamo scelto questa pianta perché il suo movimento verso un potenziale supporto è indice di una azione orientata verso un oggetto. Un perfetto esempio di percepire per agire. Le piante – conclude Castiello – vengono studiate in un ambiente all’interno del quale viene controllata l’illuminazione, l’irrigazione, la temperatura e l’umidità. Durante il loro sviluppo siamo in grado di effettuare in tempo reale l’analisi tridimensionale del movimento, l’analisi delle molecole volatili utilizzate per comunicare e l’analisi dei potenziali elettrici utilizzati per scandagliare l’ambiente circostante. L’acquisizione simultanea di tutti questi segnali e la possibilità di poterli correlare rende il nostro laboratorio unico al mondo. Ricercatrici e ricercatori con competenze diverse quali la bioinformatica, la bioingegneria, la chimica analitica, la filosofia, la fisiologia vegetale e la psicologia fisiologica e comparata studiano il comportamento delle piante con le tecnologie più sofisticate».

«Tre sono i livelli in cui questo progetto si innesta nelle ricerche del dipartimento. Il primo è teorico: lo studio della cognizione affrontato anche dalla prospettiva vegetale fornisce una visione più integrata dell’evoluzione dei processi cognitivi. Il secondo è di opportunità perché offre a giovani psicologi e psicologhe la possibilità di confrontarsi con nuove tecnologie arricchendo così il bagaglio metodologico ad alta tecnologia tipico della formazione psicologica che già include tecniche quali la risonanza magnetica funzionale, l’elettroencefalografia e altre applicazioni nell’ambito delle neuroscienze”, ­ afferma Francesca Pazzaglia, Direttrice del Dipartimento di Psicologia Generale dell’Università di Padova. Il terzo, infine, è applicativo: questo filone di ricerche potrà contribuire a comprendere se i meccanismi che permettono alle piante di percepire, agire e comunicare sono influenzati dai cambiamenti climatici in atto. Un’agricoltura di precisione che mira alla salvaguardia delle risorse oltre alla ottimizzazione di input chimici, meccanici e biologici non può prescindere da una valutazione “psicologica” della capacità delle piante di fronteggiare i cambiamenti in atto.”

Umberto Castiello è Professore Ordinario di Neuroscienze Cognitive al Dipartimento di Psicologia Generale dell’Università di Padova. Ha lavorato in università straniere quali l’Università di Lione, l’Università dell’Arizona, l’Università di Melbourne e l’Università di Londra. È diventato Professore Ordinario all’Ateneo patavino nel 2004 con chiamata per chiara fama. Membro di diverse società scientifiche tra cui il “Centro Beniamino Segre” all’Accademia dei Lincei. La sua attività di ricerca è centrata sull’utilizzo delle tecniche di analisi tridimensionale del movimento e di spettrometria di massa per studiare il comportamento e la comunicazione negli esseri umani e nelle piante. I suoi studi più recenti sono per lo più basati sullo sviluppo di nuovi e sofisticati esperimenti che impiegano l’analisi del movimento e altre metodologie per studiare il comportamento e la comunicazione nelle piante. I suoi risultati più importanti includono la dimostrazione che le piante, anche in assenza di un cervello, sono in grado di percepire e valutare le caratteristiche fisiche degli elementi esterni al fine di poter “pianificare” un movimento funzionale al raggiungimento di un obiettivo. Aprendo così una nuova visione per lo studio delle capacità cognitive, affrontato sia dalla prospettiva animale sia vegetale (neurale e non neurale) che offre una visione più integrata dell’evoluzione dei processi cognitivi e delle interazioni ecologiche che contribuiscono a modellarli. La sua ricerca è stata finanziata da vari programmi e fondazioni internazionali e nazionali. Per ultimo il prestigioso ERC Advanced Grants per studiare l’intenzionalità nelle piante. Ha pubblicato oltre 300 lavori su riviste internazionali.

Testo, video e immagini dall’Ufficio Stampa dell’Università di Padova

DIMOSTRATO PER LA PRIMA VOLTA UN LEGAME DIRETTO TRA MICROBIOTA INTESTINALE E SISTEMA NERVOSO PERIFERICO

Lo studio apre nuove prospettive terapeutiche per le lesioni dei nervi ed è il risultato di una collaborazione internazionale tra le ricercatrici di NICO – Università di Torino, Università di Padova e Università di Hannover.

Il microbiota intestinale, costituito da un insieme di microorganismi tra cui batteri, virus e funghi, colonizza il tratto gastrointestinale umano e influisce in modo decisivo sulla salute. Negli ultimi decenni sono stati dimostrati gli effetti del microbiota su altri organi e le alterazioni di questo complesso ecosistema – note come disbiosi – sono state collegate all’insorgenza di diverse patologie.

Ora, per la prima volta, c’è la conferma di un legame diretto tra microbiota intestinale e sistema nervoso periferico. In particolare, lo studio pubblicato di recente sulla rivista scientifica Gut Microbes dimostra come la totale o parziale assenza del microbiota intestinale interferisca negativamente sullo sviluppo dei nervi periferici e del loro bersaglio, il muscolo scheletrico.

La ricerca è frutto di una collaborazione internazionale tra l’Università di Torino – con le professoresse Giulia Ronchi, Giovanna Gambarotta e Stefania Raimondo del NICO – Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi e del Dipartimento di Scienze Cliniche e Biologiche, insieme al prof. Salvatore Oliviero del Dipartimento di Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi UniTo ­- unitamente alla prof.ssa Matilde Cescon del Dipartimento di Medicina Molecolare dell’Università di Padova e nella persona della prof.ssa Kirsten Haastert-Talini per l’Università di Hannover in Germania.

Stefania Raimondo - Giulia Ronchi - Giovanna Gambarotta (NICO-UNITO)
Stefania Raimondo – Giulia Ronchi – Giovanna Gambarotta (NICO-UNITO)

Lesioni dei nervi periferici: cause, incidenza e strategie terapeutiche

Incidenti stradali, sportivi, domestici o sul lavoro e (non ultimi) anche interventi chirurgici. Sono queste le cause più frequenti delle lesioni dei nervi periferici che in Italia raggiungono un’incidenza di 400.000 casi all’anno.

legame tra microbiota intestinale e sistema nervoso periferico Immagini acquisite al microscopio elettronico che mostrano due fibre mieliniche a confronto. A parità di diametro dell’assone (A), i nervi che si sono sviluppati in totale assenza di microbiota mostrano una guaina mielinica più spessa (M) rispetto ai nervi che si sono sviluppati in presenza di un normale microbiota
Immagini acquisite al microscopio elettronico che mostrano due fibre mieliniche a confronto. A parità di diametro dell’assone (A), i nervi che si sono sviluppati in totale assenza di microbiota mostrano una guaina mielinica più spessa (M) rispetto ai nervi che si sono sviluppati in presenza di un normale microbiota

«Malgrado i notevoli progressi della ricerca e della microchirurgia ricostruttiva – che oggi puntano su ingegneria tissutale e nuovi biomateriali – il recupero delle funzioni nervose e muscolari dopo una lesione è spesso solo parziale, influendo negativamente sulla qualità della vita dei pazienti. È quindi necessario – sottolineano Matilde Cescon dell’Università di Padova e Giulia Ronchi del NICO – Università di Torino – approfondire la conoscenza dei complessi meccanismi neurobiologici che regolano la rigenerazione dei nervi. Indagare il ruolo del microbiota intestinale in condizioni patologiche o di lesioni va proprio in questa direzione: aprire strade inesplorate che offrano nuove prospettive terapeutiche, con importanti ricadute cliniche».

Questo studio, che dimostra per la prima volta l’esistenza di un asse intestino – sistema nervoso periferico, è il punto di partenza per il progetto Gut-NeuroMuscle, finanziato dal programma PRIN – Progetti di Rilevante Interesse Nazionale con cui il Ministero della Ricerca sostiene la ricerca di base, che ha l’obiettivo di esplorare l’interazione tra microbiota e rigenerazione nervosa.

legame tra microbiota intestinale e sistema nervoso periferico Grafico “a vulcano” ottenuto in seguito a sequenziamento dell’RNA messaggero, nel quale ogni puntino rappresenta un gene la cui espressione è deregolata nei neuroni sensitivi che si sono sviluppati in totale assenza di microbiota (in rosso quelli espressi di più, in blu quelli espressi di meno)
Grafico “a vulcano” ottenuto in seguito a sequenziamento dell’RNA messaggero, nel quale ogni puntino rappresenta un gene la cui espressione è deregolata nei neuroni sensitivi che si sono sviluppati in totale assenza di microbiota (in rosso quelli espressi di più, in blu quelli espressi di meno)

Gut-NeuroMuscle (Intestino e sistema neuromuscolare: studio dell’impatto del microbiota sulla rigenerazione nervosa e reinnervazione muscolare dopo lesione del nervo periferico) vede coinvolti due gruppi di ricerca composti dalle prof.sse Giulia Ronchi e Giovanna Gambarotta (NICO – Università di Torino) e dalla prof.ssa Matilde Cescon (Università di Padova) e la dott.ssa Sonia Calabrò (Università di Padova).

Giulia Ronchi - Giovanna Gambarotta - Stefania Raimondo (NICO-UNITO)
Giulia Ronchi – Giovanna Gambarotta – Stefania Raimondo (NICO-UNITO)

Link alla ricerca: www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2024.2363015

Titolo: “Gut microbiota depletion delays somatic peripheral nerve development and impairs neuromuscular junction maturation – «Gut Microbes»- 2024

Autori: Matilde Cescon, Giovanna Gambarotta, Sonia Calabrò, Chiara Cicconetti, Francesca Anselmi, Svenja Kankowski, Luisa Lang, Marijana Basic, Andre Bleich, Silvia Bolsega, Matthias Steglich, Salvatore Oliviero, Stefania Raimondo, Dario Bizzotto, Kirsten Haastert-Talini & Giulia Ronchi

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Area Relazioni Esterne e con i Media Università degli Studi di Torino

ALBARELLA, PARCO DEL DELTA DEL PO: ENERGIA SOLARE, DIETA VEGETARIANA E MOLTI ALBERI SONO LA RICETTA PILOTA DEL PROGETTO ALBA, PER IL PIANETA

Pubblicata su «PLOS Climate» ricerca dell’Università di Padova che simula l’impatto delle emissioni sull’isola di Albarella nel Parco del Delta del Po

Non è un segreto che il clima del pianeta stia cambiando anche per il fatto che in atmosfera la concentrazione dei gas a effetto serra è aumentata: in particolare, l’anidride carbonica è passata da 330 ppm (parti per milione) negli anni ‘70 a 420 ppm nel 2024, con conseguenze disastrose sul clima – riscaldamento della temperatura media dell’aria di 1,5-2 °C, ancora in crescita, fusione delle calotte polari, deregolamento del clima in generale –. Un’allerta internazionale è stata lanciata dal gruppo di scienziati dell’Intergovernmental Panel on Climate Change attraverso i loro periodici Reports e, parallelamente, la politica e l’industria mondiali stanno promuovendo il passaggio da energie derivate da risorse fossili a energie rinnovabili a bassa emissione di CO2 e meno impattanti sull’ambiente.

Lo studio dal titolo “Tackling climate change: the Albarella island example” pubblicato sulla rivista «PLOS Climate» che vede come primo autore Augusto Zanella, docente del Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali dell’Università di Padova, si focalizza sul bilancio di COequivalente dell’isola di Albarella, nel Parco del Delta del Po (Rovigo), in modo da programmare un cambiamento sostenibile in 10 anni delle fonti energetiche, dello stoccaggio naturale del carbonio e dei consumi sull’isola.

«Con l’aiuto di studenti, gestori e abitanti dell’isola abbiamo raccolto i dati necessari per stilare un bilancio annuale delle emissioni di COequivalente, cioè tutto ciò che serve a fare funzionare un’isola da più di 110 mila turisti all’anno in termini di energia e risorse» commenta Augusto Zanella, primo autore della ricerca.

Tutte le entrate e uscite di beni ed energia legati al funzionamento economico dell’isola sono state convertite in emissioni di COvirtuale in modo da programmare un cambiamento sostenibile in 10 anni delle fonti energetiche, dello stoccaggio naturale del carbonio e dei consumi sull’isola di Albarella.

Le variabili investigate sono:

1) stoccaggio netto di carbonio degli ecosistemi semi-naturali;

2) dieta degli esseri umani presenti sull’isola;

3) energia fossile attualmente utilizzata;

4) domanda di energia elettrica;

5) rifiuti prodotti;

6) trasporti.

«Invece di tentare di risolvere il problema su scala mondiale, abbiamo deciso di provare su una superficie confinata come quella di un’isola per vedere se su piccola scala e con le tecnologie disponibili oggi il problema sia concretamente risolvibile in un tempo sufficientemente breve» aggiunge Zanella.

I ricercatori hanno ipotizzato due scenari “estremi”: da un lato l’economia dell’isola rimane invariata, quindi nessuna differenza rispetto al passato, dall’altro uno scenario molto più ottimistico che prevede il miglioramento tecnologico ai fini di ridurre le emissioni: per esempio l’utilizzo esclusivo di energia prodotta da pannelli solari, l’impianto di alberi su metà dei prati dell’isola, una dieta vegetariana per abitanti e turisti, il riciclo sull’isola di tutti i rifiuti.

Se si avverasse lo scenario più ottimistico, in 10 anni le emissioni nell’isola si ridurrebbero dei ¾, tornando ai livelli degli anni ’60. Queste ridotte emissioni sarebbero causate da tre variabili principali: costruzione, funzionamento e riciclo dei pannelli solari (25% delle emissioni); i consumi alimentari di abitanti e turisti, (60,5%); gli impianti di alberi ancora in crescita che stoccherebbero il 14,5% delle emissioni prima di raggiungere la maturità.

«La nostra ricerca è un esempio pratico diretto, una simulazione basata su dati reali e oggettivi. Siamo consapevoli che la nostra esperienza non può rappresentare la complessa realtà del nostro pianeta: essa rivela che in un’area turistica geograficamente limitata, una popolazione preparata al cambiamento che impieghi nuove tecnologie potrebbe sperare di ridurre fino al 25% le emissioni di COequivalente. Le perdite energetiche irrimediabili e la necessità di nutrire una densa popolazione umana impedirebbero quindi oggi di scendere sotto questa soglia minima. Per raggiungere questo obiettivo – non completamente risolutivo –, bisogna avere volontà di cambiare e disponibilità economica», conclude Zanella.

Augusto Zanella
Augusto Zanella

Il progetto “ALBA – Albarella Laboratorio Diversità Ambiente” è un progetto Uni-Impresa del 2019 in cui l’Università di Padova collabora con l’Associazione Comunione dell’Isola di Albarella per un progetto di gestione sostenibile delle risorse dell’isola. L’obiettivo è di creare e mantenere nel tempo un ambiente antropizzato che si discosti il meno possibile dal suo corrispondente naturale tramite una forte riduzione delle emissioni di gas serra, come previsto dalle direttive UE. Il responsabile scientifico del progetto è il prof. Augusto Zanella, docente del Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali dell’Università di Padova.

Link alla ricerca: https://journals.plos.org/climate/article?id=10.1371/journal.pclm.0000418

Titolo: Tackling climate change: the Albarella island example – «PLOS Climate» – 2024

Autori: Augusto Zanella, Cristian Bolzonella, Mauro Rosatti, Enrico Longo, Damien Banas, Ines Fritz, Giuseppe Concheri, Andrea Squartini, Guo-Liang Xu, Lingzi Mo, Daniele Mozzato, Claudio Porrini, Lucia Lenzi, Cristina Menta, Francesca Visentin, Marco Bellonzi, Giulia Ranzani, Debora Bruni, Matteo Buson, Daniele Casarotto, Michele Longo, Rebecca Bianchi, Tommaso Bernardon, Elisa Borella, Marco Ballarin, Vitaliy Linnyk, Patrizia Pengo, Marco Campagnolo, Karine Bonneval, Nils Udo, Vera Bonaventura, Roberto Mainardi, Lucas Ihlein, Allan Yeomans, Herbert Hager.

 

 

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

UN APPROCCIO INNOVATIVO PER IL TRATTAMENTO DEI TUMORI AL CERVELLO BASATO SULLA CONNETTIVITÀ CEREBRALE

Team padovano multidisciplinare scopre il ruolo delle connessioni cerebrali nella crescita del tumore.

Nonostante tutti gli sforzi della ricerca, i tumori cerebrali sono rimasti gli unici a non aver presentato progressi significativi negli ultimi 30 anni. Perché?

Alessandro Salvalaggio
Alessandro Salvalaggio

A questa domanda ha provato a dare una risposta un team multidisciplinare diretto dal prof. Maurizio Corbetta (del Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Padova e Principal Investigator del VIMM) e composto interamente da ricercatori dell’Università di Padova: Alessandro Salvalaggio (neurologo), Lorenzo Pini (psicologo) e Alessandra Bertoldo (ingegnere).

«Il limite principale dell’approccio tenuto finora è quello di considerare i gliomi (tumori cerebrali) come un qualsiasi altro tumore di qualsiasi altro organo – spiegano gli autori –. Invece, e qui la novità, la crescita di un tumore cerebrale è in parte determinata e regolata dall’attività stessa del cervello».

Alessandra Bertoldo
Alessandra Bertoldo

Il cervello è il nostro organo più complesso, in cui i circa 100 miliardi di neuroni sono organizzati fra loro secondo una struttura complessa (connettoma strutturale) formando specifici network di attività (connettoma funzionale). Le cellule tumorali si integrano nel connettoma e ne sfruttano le connessioni strutturali e funzionali per crescere e diffondersi. Di conseguenza, lo studio della connettività cerebrale assume un nuovo ruolo nel determinare la prognosi di questi pazienti, ma soprattutto fornisce nuove strategie di trattamento.

Ad esempio, in un lavoro recente pubblicato su «Jama Neurology» gli autori hanno mostrato che la sopravvivenza di un paziente può essere predetta sulla base di indici di connettomica calcolati da un’immagine clinica ottenuta con risonanza magnetica. Altre possibili applicazioni future riguardano la radioterapia e la navigazione chirurgica.

«Inoltre nel prossimo futuro, modulando la connettività potremmo rallentare la crescita del tumore fornendo ai pazienti nuovi trattamenti da affiancare a quelli tradizionali (chemioterapia e radioterapia)» dice Maurizio Corbetta.

Maurizio Corbetta fisica neuroscienze  nuovo approccio al trattamento dei tumori al cervello basato sulla connettività cerebrale
Maurizio Corbetta, direttore del team che ha realizzato questo nuovo approccio al trattamento dei tumori al cervello basato sulla connettività cerebrale

Lo studio Glioblastoma and brain connectivity: the need for a paradigm shift è stato pubblicato su «Lancet Neurology», la più importante rivista al mondo di Neurologia.

Lorenzo Pini
Lorenzo Pini

Link allo studio: https://www.thelancet.com/journals/laneur/article/PIIS1474-4422(24)00160-1/fulltext

Titolo: Glioblastoma and brain connectivity: the need for a paradigm shift – «Lancet Neurology» – 2024

 

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

PERCHÉ AMIAMO GLI INSETTI IMPOLLINATORI?

Pubblicato su People and Nature lo studio dell’Università di Padova che attraverso le risposte di oltre 4500 persone (italiani, olandesi e tedeschi) fa emergere un “obbligo morale” nel difendere tutte le specie impollinatrici e anche cosa si può fare per aiutarle a sopravvivere.

L’ape da miele non è l’unico insetto impollinatore: mosche, farfalle, coleotteri svolgono la medesima attività e, solo in Italia, esistono circa mille specie di api selvatiche.

Negli ultimi anni l’interesse per la conservazione degli impollinatori è cresciuto per via della preoccupazione destata dal loro declino che di fatto mina alla base il loro ruolo fondamentale negli ecosistemi: trasportano il polline dalla parte maschile a quella femminile dei fiori permettendo la riproduzione della stragrande maggioranza delle piante a fiore.

La ricerca dal titolo “Willingness of rural and urban citizens to undertake pollinator conservation actions across three contrasting European countries” pubblicata su People and Nature dal team scientifico guidato dall’Università di Padova – con i dipartimenti Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse naturali, Ambiente unitamente a Territorio, Sistemi Agro-Forestali, in collaborazione con l’olandese Università di Wageningen (NL) e tedesca Università di Würzburg – ha avuto come scopo quello di capire cosa spinga una persona a desiderare la protezione degli insetti impollinatori.

Il campione dello studio

Attraverso un solido campione ampio e stratificato – che è molto raro in studi simili – di intervistati (4541) di nazionalità differenti (italiani, olandesi e tedeschi) con opposte tipologie di domicilio (ambiente agrario o territorio urbano) si è indagato da cosa dipendesse la “volontà di aiutare” gli insetti impollinatori. Nel panel di ricerca, le zone urbane avevano una densità di almeno 1500 abitanti per chilometro quadrato e popolazione superiore ai 50000 abitanti, quelle rurali erano tutte contraddistinte da una densità di popolazione minore di 300 abitanti per chilometro quadrato e un ambiente agrario intensivo. In Italia, ad esempio, è stata considerata l’area della Pianura Padana, molto antropizzata e in cui le azioni di conservazione degli impollinatori sono particolarmente importanti.

L’obbligo morale

«I nostri risultati mostrano che le persone intendono proteggere gli impollinatori quando emerge in loro un “obbligo morale” – spiega la ricercatrice Costanza Geppert del dipartimento di Agronomia, animali, alimenti, risorse naturali e ambiente dell’Università di Padova e prima firma della ricerca –. Questo obbligo morale si attiva quando si ha conoscenza del ruolo degli impollinatori negli ecosistemi e quando ci si sente parzialmente responsabili della loro diminuzione. Altri elementi importanti emersi dallo studio mostrano che la convinzione che il proprio comportamento possa avere un effetto concreto sulla conservazione degli insetti impollinatori e l’approvazione del proprio contesto sociale, della famiglia o dei propri contatti sui social media spingano il singolo a proteggere api, farfalle e mosche».

Costanza Geppert
Costanza Geppert

«Dalla ricerca emerge un altro importante risultato – dice Lorenzo Marini del dipartimento di Agronomia, animali, alimenti, risorse naturali e ambiente dell’Ateneo –, cioè che il potenziale impegno dei singoli nella conservazione degli insetti impollinatori non dipende da nazionalità, età, livello di istruzione, genere o dalla circostanza di vivere in aree urbane o rurali».

Lorenzo Marini
Lorenzo Marini

Nove modi per aiutare gli insetti impollinatori

Non solo, lo studio ha fatto emergere dal campione analizzato le nove azioni volte ad aiutare gli insetti impollinatori. Che si può fare per loro?

  1. Sostenere e/o accettare politiche nazionali, regionali o comunali che prevedono la protezione degli insetti impollinatori;
  2. Firmare petizioni che mirano a preservare la diversità degli insetti impollinatori;
  3. Partecipare con donazioni a organizzazioni che si occupano della salvaguardia degli insetti impollinatori;
  4. Acquistare prodotti da agricoltura con un uso limitato di fitofarmaci;
  5. Leggere un bollettino, una rivista o un’altra pubblicazione su come agire per contrastare il declino degli insetti impollinatori;
  6. Installare in giardino o in balcone un così detto “hotel per le api selvatiche”, ovvero una casetta in legno con fori di diversa dimensione che fornisca loro riparo;
  7. Coltivare piante a fiore ricche di nutrimento per gli insetti impollinatori nel proprio giardino/terrazzo/davanzale;
  8. Incoraggiare i conoscenti a interessarsi su motivi della diminuzione degli insetti impollinatori;
  9. Partecipare ad attività di monitoraggio di impollinatori con organizzazioni volontarie per capire quanto grave siano gli impatti sugli ecosistemi.

Altro esito dello studio è stato che in tutti e tre i paesi del campione (Italia, Germania e Olanda) l’azione di conservazione più apprezzata è stata quella di piantare fiori ricchi di nettare e polline, mentre una delle più difficili da adottare è risultata la partecipazione a monitoraggi di api, farfalle e mosche. Questo risultato potrebbe dipendere dal fatto che coltivare fiori è collegata alla pratica diffusa e amata del giardinaggio, mentre la partecipazione a monitoraggi degli impollinatori richiede l’acquisizione di una serie di nuove competenze e strumenti che ne rendono più difficile l’attuazione.

Ape selvatica amiamo gli insetti impollinatori?
Perché amiamo gli insetti impollinatori? Su People and Nature uno studio con le risposte di oltre 4500 persone

Istruzioni per l’uso

Questa ricerca ha individuato anche una serie di raccomandazioni pratiche che possono contribuire significativamente alla conservazione degli impollinatori. Una delle raccomandazioni chiave è quella di rendere prioritarie la sensibilizzazione sul ruolo cruciale degli impollinatori e le esperienze all’aria aperta che favoriscono un senso di connessione e apprezzamento per questi insetti.

«I nostri risultati – sottolineano Costanza Geppert e Lorenzo Marini – indicano che coloro che partecipano frequentemente ad attività all’aperto legate alla natura come l’escursionismo, l’osservazione della fauna selvatica o il giardinaggio sono particolarmente inclini a offrire il proprio sostegno agli impollinatori. Questo suggerisce che incoraggiare e facilitare tali esperienze può essere un modo efficace per coinvolgere attivamente il pubblico nella conservazione degli impollinatori, soprattutto durante l’infanzia. È importante sottolineare che queste strategie – concludono gli autori – non sono limitate a contesti specifici, ma possono essere adattate e implementate con successo in una varietà di contesti socio-culturali ed economici. Dalle comunità rurali alle metropoli urbane, l’adozione di queste pratiche può contribuire in modo significativo alla salvaguardia degli impollinatori».

Link alla ricerca: https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pan3.10656

Titolo dell’articolo: “Willingness of rural and urban citizens to undertake pollinator conservation actions across three contrasting European countries” – People and Nature 2024

Autori: Costanza Geppert, Cristiano Franceschinis, Thijs P.M. Fijen, David Kleijn, Jeroen Scheper, Ingolf Steffan-Dewenter, Mara Thiene, Lorenzo Marini.

 

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

DIMINUZIONE DEL GHIACCIO MARINO E BIODIVERSITÀ: Anche l’Università di Padova nel progetto WOBEC. Insieme a undici partner guidati dall’Istituto Alfred Wegener valuterà la biodiversità nel Mare di Weddell in Antartide

Le profondità del Mare di Weddell ospitano diverse comunità biotiche composte da spugne, coralli e innumerevoli altri organismi adattati all’ambiente freddo. Con il progredire dei cambiamenti climatici, questa regione polare potrebbe offrire un rifugio per organismi vegetali e animali che dipendono dal ghiaccio, dal krill alle foche di Weddell. Nell’ambito del nuovo progetto europeo “Weddell Sea Observatory of Biodiversity and Ecosystem Change” (WOBEC) l’Istituto Alfred Wegener, in qualità di coordinatore di un consorzio di undici istituzioni europee e statunitensi, tra le quali il Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, getterà le basi per osservazioni sistematiche a lungo termine dei potenziali cambiamenti in questo ecosistema unico. Il progetto, che ha ottenuto un finanziamento di circa 1,9 milioni di euro e si baserà sulle più recenti scoperte scientifiche, svilupperà una strategia per monitorare i cambiamenti nel Mare di Weddell, una regione candidata come area marina protetta su proposta dell’UE e di altri Stati. La riunione di avvio del WOBEC si terrà a Bremerhaven dall’11 al 14 giugno.

Il Mare di Weddell è il più grande mare dell’Oceano Meridionale ed è ricchissimo di biodiversità. Qui foche e pinguini imperatore partoriscono i loro piccoli, il krill si nutre di microalghe sotto le banchise attirando pesci, balene e uccelli marini. Sul fondo del mare si riproducono milioni di pesci-ghiaccio (“icefish”), pesci senza emoglobina, circondati da giardini sottomarini di spugne di vetro (“glass sponges”), anemoni e lumache di mare. Alcuni di questi luoghi raggiungono un livello di biodiversità paragonabile a quello delle barriere coralline tropicali.

Chiara Papetti con pesce
Chiara Papetti

Undici istituti di otto Paesi si sono uniti nel progetto WOBEC e nei prossimi tre anni le ricercatrici e i ricercatori partecipanti determineranno lo stato della comunità biotica del Mare di Weddell, stabilendo uno scenario iniziale di riferimento per un monitoraggio a lungo termine dell’ecosistema nell’Oceano Meridionale in trasformazione. WOBEC è uno dei 33 progetti dell’importante programma dell’Unione Europea BiodivMon, sotto l’egida di Biodiversa+, il partenariato europeo per la biodiversità. Il progetto è partito ad aprile 2024 con una riunione di apertura a Tallinn, in Estonia. Ai partner del progetto è stato assegnato un budget di circa 1,9 milioni di euro di sostegno finanziario.

Il team del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, sostenuto dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) con un contributo di quasi 200 mila euro, è coordinato dalla prof.ssa Chiara Papetti e include la prof.ssa Isabella Moro, il dr. Alessandro Vezzi e i giovani ricercatori dr. Luca Schiavon, Alessia Prestanti e Federica Stranci.

«Ci aspettiamo che i pesci antartici, per i loro adattamenti peculiari all’ambiente polare e per i loro cicli vitali strettamente connessi a quelli degli altri numerosi componenti della comunità marina antartica, possano fungere da indicatori dei cambiamenti nell’abbondanza e distribuzione della biodiversità nel Mare di Weddell» aggiunge Chiara Papetti che, con i suoi collaboratori, si occupa di studiare la connessione tra popolazioni di pesci antartici nell’Oceano Meridionale.

Chiara Papetti progetto WOBEC
Chiara Papetti

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

FARMACI: DOMANDA IN AUMENTO E CARENZE SUL MERCATO? Una soluzione dalla tesi di Francesco Destro: in tempo reale una maggiore produzione a un costo inferiore

 

Premiato dall’European Federation of Chemical Engineering Francesco Destro per i nuovi algoritmi di monitoraggio capaci di risolvere il disequilibrio tra domanda e offerta attraverso tecnologie innovative e digital twin, le repliche virtuali dei processi di produzione. La ricerca è stata sviluppata al CAPE-Lab dell’Università di Padova

Ieri, lunedì 3 giugno, all’European Symposium on Computer Aided Process Engineering and International Symposium on Process Systems Engineering che si è tenuto a Firenze – con la seguente motivazione “Relevance to the CAPE terms of reference, innovation, technical quality, scientific impact including industrial relevance, and dissemination of the results” – l’European Federation of Chemical Engineering (EFCE)  ha premiato Francesco Destro, Ricercatore al Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università di Padova e al Centro di Innovazione Biomedica del Massachusetts Institute of Technology di Boston, per la sua tesi di dottorato dal titolo “Digitalizing pharmaceutical development and manufacturing: advanced mathematical modeling for operation design, process monitoring and process control”.

FRANCESCO DESTRO premiazione

L’immagine idealizzata di laboratori farmaceutici perfettamente efficienti si scontra con la cruda realtà: i processi per la produzione di farmaci sono spesso inefficienti e soggetti ad una serie di sfide. Sebbene i farmaci che troviamo in farmacia siano indiscutibilmente di qualità eccellente, la capacità globale di produzione di farmaci su larga scala è estremamente limitata e i costi sono spesso elevati.

Il risultato? Difficoltà nel soddisfare una domanda in aumento, con conseguenti carenze di farmaci sul mercato. Secondo il rapporto del 2023 di PGEU, Il Gruppo Farmaceutico dell’Unione Europea, l’85% dei Paesi Europei ha segnalato, nel 2023, carenze per più di 300 farmaci, tra cui antibiotici, antitumorali e farmaci per il sistema cardiovascolare. Addirittura, il 42% dei Paesi europei ha riportato carenze per più di 500 farmaci. Le inefficienze nei processi della produzione di farmaci non solo causano queste carenze sullo scaffale della farmacia, ma allungano notevolmente i tempi di attesa per l’approvazione e la distribuzione di nuovi farmaci, rallentando l’innovazione nel settore farmaceutico.

Un esempio emblematico della scarsa efficienza nella produzione farmaceutica è stato l’accesso ai vaccini contro il COVID-19. Dopo l’approvazione dei vaccini COVID, l’Italia, come molti altri Paesi, ha dovuto affrontare una lunga attesa prima di poterli distribuire su larga scala. Questa situazione ha messo in luce la difficoltà dell’industria farmaceutica nel produrre farmaci su larga scala, specialmente quando la domanda cresce improvvisamente. Di nuovo: questo limite non riguarda la qualità dei farmaci a cui abbiamo accesso, ma, appunto, il costo produttivo e la quantità di farmaci che siamo in grado di produrre a livello globale.

«Tuttavia, a fronte di questo scenario esiste un possibile rimedio: la digitalizzazione, la cosiddetta Industria 4.0. L’applicazione di tecnologie come il machine learning e l’intelligenza artificiale stanno aprendo nuove strade per ottimizzare i processi di produzione di farmaci. Questa è esattamente l’area di interesse su cui si è concentrata la mia tesi di dottorato. Nel corso della ricerca, ho sviluppato tecnologie innovative per la digitalizzazione e l’ottimizzazione dei processi di produzione di farmaci – dice Francesco Destro –Ho implementato nuovi algoritmi di monitoraggio di processo basati sul machine learning, che permettono di identificare e correggere eventuali inefficienze o anomalie in tempo reale, consentendo di produrre una maggiore quantità di farmaci ad un costo inferiore. Inoltre, ho lavorato allo sviluppo di cosiddetti digital twin di processi farmaceutici che sono una replica virtuale sullo schermo di un computer di un processo di produzione farmaceutica, completa di tutte le variabili e i parametri che influenzano il processo reale. Questa replica digitale – spiega Francesco Destro – non solo ci consente di testare e ottimizzare diversi scenari da un computer, senza dover intervenire direttamente sul processo reale, ma può anche essere utilizzata per predire e prevenire problemi potenziali prima che si verifichino, garantendo così una produzione di farmaci più efficiente e affidabile».

La ricerca di dottorato si è svolta al CAPE-Lab dell’Università di Padova, sotto la guida del Professor Massimiliano Barolo. Il CAPE-Lab è pioniere in Italia nella digitalizzazione dei processi farmaceutici ed è riconosciuto a livello mondiale per la sua visione innovativa e per progetti all’avanguardia iniziati oltre 10 anni fa nell’ambito di digital twin e machine learning per l’ottimizzazione della produzione di farmaci. Grazie al ruolo di leader che CAPE-Lab ha in questo settore, Francesco Destro ha avuto l’opportunità di collaborare durante la ricerca con istituzioni di primo piano nel mondo accademico e industriale, tra cui Siemens, US Food & Drug Administration, Eli Lilly and Company e Purdue University. Collaborando con i partner si sono validati gli algoritmi e il software sviluppato in CAPE-Lab su impianti industriali, trasformando la ricerca da teorica in soluzioni pratiche che stanno già facendo la differenza nel mondo reale.

«Dopo aver conseguito il dottorato all’Università di Padova nel 2022, ho iniziato a lavorare come Ricercatore associato al Dipartimento di Ingegneria Chimica del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston, negli Stati Uniti. Al MIT, metto in pratica le conoscenze avanzate acquisite al CAPE-Lab per rivoluzionare la produzione di una nuova generazione di farmaci per terapia genica. Questi farmaci – conclude Francesco Destro – permettono di curare gravi patologie genetiche, ma sono prodotti tramite processi estremamente complessi, con costi di produzione che possono superare i 200.000 euro per una singola dose per un paziente. Attraverso l’applicazione delle tecnologie di digitalizzazione e machine learning che ho sviluppato durante il mio percorso di dottorato a Padova, sto contribuendo a rendere la produzione di questi farmaci innovativi più economica e accessibile a tutti i pazienti che ne hanno bisogno».

«Il gruppo di ricerca CAPE-Lab (Computer-Aided Process Engineering Laboratory) del Dipartimento di Ingegneria Industriale è attivo da vent’anni e da circa quindici è fortemente coinvolto in ricerche nell’ambito dell’ingegneria farmaceutica. Da un punto di vista generale, sviluppiamo tecnologie in grado di migliorare la produzione su larga scala di farmaci; in particolare, cerchiamo di ridurre quanto più possibile il tempo che passa da quando le autorità competenti approvano la messa in commercio di un farmaco, a quando il farmaco diventa effettivamente disponibile per tutti in farmacia – afferma Massimiliano Barolo direttore di CAPE-Lab –. Per raggiungere questo obiettivo, i problemi tecnologici che vanno affrontati sono numerosi. Per esempio: come assicurare che la qualità finale del prodotto sia garantita sempre, indipendentemente da chi fabbrica il farmaco e da quanto variabile è la qualità delle materie prime? come ridurre il numero di esperimenti necessari allo sviluppo su scala industriale del processo produttivo su scala industriale? come trasferire con rapidità la produzione da un sito produttivo a un altro? come ridurre i consumi di energia e gli scarti di produzione? come estrarre informazioni utili dai dati che i moderni sensori restituiscono ogni pochi secondi? Cerchiamo di dare risposta a queste domande impiegando due risorse fondamentali – sottolinea Barolo –. La prima è il bagaglio di tecniche di modellazione matematica, di ottimizzazione, di analisi dei dati e di progettazione degli esperimenti che la nostra disciplina di base ‒ l’ingegneria chimica ‒ ci mette a disposizione. La seconda è il continuo dialogo con l’industria, che ci permette da un lato di essere sistematicamente vicini alle problematiche del mondo produttivo, e dall’altro di sviluppare soluzioni che siano non soltanto scientificamente originali, ma anche efficaci nella pratica. Poter contribuire a rendere meno tortuoso il “viaggio” che un farmaco fa, dal laboratorio dello scienziato che l’ha scoperto alla casa del paziente che lo deve impiegare, ci riempie davvero di orgoglio».

Francesco Destro è Ricercatore Associato al Dipartimento di Ingegneria Chimica e al Centro di Innovazione Biomedica del Massachusetts Institute of Technology di Boston, negli Stati Uniti. La sua ricerca è focalizzata sullo sviluppo di software ed algoritmi per ottimizzare la produzione di farmaci per terapia genica. Tali farmaci sono in grado di curare gravi patologie genetiche, ma hanno attualmente costi produttivi che possono superare 200.000 euro per dose, a causa della complessità intrinseca di questi prodotti biotecnologici. Francesco Destro ha ricevuto il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Industriale con Curriculum Ingegneria Chimica ed Ambientale all’Università di Padova. Durante il suo dottorato, Destro ha sviluppato software e algoritmi di machine learning per l’ottimizzazione dei processi di produzione farmaceutica. Attualmente, al MIT, Destro applica queste tecnologie avanzate per rendere la produzione di farmaci per terapia genica più efficiente e sostenibile, contribuendo a ridurre i costi e migliorare l’accessibilità per i pazienti.

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

Studio dell’Università di Padova propone l’approccio CUSPRA, un nuovo modello statistico per stimare la resilienza degli ecosistemi ai cambiamenti irreversibili

Quanto può sopportare un ecosistema prima di cambiare in maniera irreversibile? Cosa si può fare – se si può fare – per prevenire o mitigare gli effetti delle attività antropiche?

L’impatto elevato e sinergico delle pressioni umane può portare gli ecosistemi a subire dei “cambiamenti di regime”, ossia delle variazioni drastiche, inaspettate e spesso irreversibili: per contrastare i cambiamenti climatici globali è quindi necessario favorire e quantificare la resilienza degli ecosistemi in modo da preservare gli importanti benefici che ci forniscono, capire e anticipare i cambiamenti per gestire le nostre risorse al meglio.

Lo studio dal titolo “Resilience assessment in complex natural systems” pubblicato sulla rivista «Proceedings of the Royal Society B» che vede come prima autrice Camilla Sguotti, ricercatrice del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova in collaborazione con il Joint Research Center dell’Unione Europea, l’Università di Patrasso (Grecia) e l’International Livestock Research Insitute (Kenya), propone l’approccio CUSPRA, un nuovo metodo statistico per stimare la resilienza degli ecosistemi in modo da anticipare eventuali cambiamenti di regime. Il modello è stato sviluppato estendendo lo “stochastic cusp model”, un modello matematico-statistico sviluppato partendo dalla teoria delle catastrofi del matematico Thom negli anni ‘70. L’approccio CUSPRA è in grado di identificare la presenza di un cambiamento di regime a causa di due pressioni sinergiche e di determinare quanto dista il sistema rispetto al cambiamento. Attraverso questo modello sarà dunque possibile quantificare la resilienza di un ecosistema calcolandola come la distanza da un cambiamento irreversibile.

«I cambiamenti di regime sono sempre più frequenti e stanno avvenendo in molti sistemi naturali: desertificazione, transizione di ecosistemi marini complessi come le barriere coralline, scioglimento dei ghiacci sono solo alcuni esempi. Il Global Tipping Point Report*, a cui ho contribuito, pubblicato nell’ambito della COP 28, ha mostrato che 25 sistemi della biosfera sono già andati incontro a queste dinamiche – afferma Camilla Sguotti, prima autrice dello studio –. Alcuni metodi statistici per stimare la resilienza e quindi anticipare possibili cambiamenti di regime esistono, ma sono difficilmente applicabili alle serie temporali degli ecosistemi reali che spesso sono brevi e molto variabili. Per questo abbiamo sviluppato l’approccio CUSPRA, che stima la resilienza degli ecosistemi a pressioni esterne».

Camilla Sguotti approccio CUSPRA
Camilla Sguotti, prima autrice dello studio che propone l’approccio CUSPRA, per stimare la resilienza degli ecosistemi

Questo nuovo metodo è innovativo per tre aspetti:

  1.  stima la resilienza in relazione all’effetto sinergico di due o più pressioni esterne,
  2.  determina la presenza di irreversibilità nelle dinamiche dei sistemi,
  3.  fornisce un indicatore semplice per la gestione dei cambiamenti.

Nello studio viene dimostrata l’applicazione del metodo a diversi sistemi marini come la popolazione del merluzzo nel Mare di Barents o la comunità di pesci del Mare del Nord e del Mar Mediterraneo.

CUSPRA rappresenta un significativo passo avanti nella stima della resilienza dei sistemi naturali a livello statistico, fondamentale per supportare la gestione sostenibile delle risorse ambientali.

Link alla ricerca: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2024.0089

Titolo: Resilience assessment in complex natural systems – «Proceedings of the Royal Society B» – 2024

Autori: Camilla Sguotti, Paraskevas Vasilakopoulos, Evangelos Tzanatos e Romain Frelat

*È un report compilato da più di 200 ricercatori di 90 organizzazioni in 26 nazioni, per identificare e stimare i rischi e le opportunità legati a tutti i tipping point (cambiamenti di regime) positivi e negativi che sono avvenuti sul nostro pianeta (nel clima, nella biosfera, negli oceani, sulla terra, ma anche cambiamenti di regime sociali). C’è una sezione su cambiamenti di regime del sistema terra, una sugli impatti, una sulla gestione e una sui cambiamenti positivi sociali, economici e tecnologici https://global-tipping-points.org.

 

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

CON L’ECOGRAFIA POLMONARE,  SOTTO CONTROLLO IL RESPIRO DEI NEONATI

La Federico II con il professore Francesco Raimondi e la dottoressa Letizia Capasso nel team internazionale di ricerca individua nella tecnica non-invasiva lo strumento per garantire ai neonati una terapia su misura.

L’ecografia polmonare nei neonati pretermine, a poche ore di vita, permette di capire subito se il piccolo avrà bisogno della somministrazione di surfattante (sostanza naturale prodotta nel polmone, carente nei neonati prematuri, che impedisce il collasso degli alveoli), della terapia intensiva neonatale o solo di un monitoraggio che gli permetterà di stare accanto alla mamma.

Nasce da un accordo internazionale di collaborazione fra l’Università Degli Studi di Napoli Federico II, l’Università di Padova, l’Università francese Paris-Saclay, e altri atenei stranieri lo studio multicentrico internazionale Quantitative Lung Ultrasonography to guide surfactant therapy in late preterm and term neonates, pubblicato sulla rivista «JAMA Network Open», che ha fornito la possibilità di guidare con l’ecografia polmonare la somministrazione di surfattante nei neonati pretermine e a termine.

L’accordo di collaborazione internazionale è nato per promuovere progetti congiunti di ricerca clinica e translazionale nel campo della neonatologia rivolta in particolare ai giovani medici. Lo studio è un progetto altamente innovativo e di grande valore in termini di sanità pubblica che ha utilizzato l’ecografia polmonare quantitativa in 157 neonati valutati ad un’età media di 3 ore di vita.

L’eco polmonare è una tecnica non-invasiva, applicabile al letto del paziente (point-of-care), non gravata dall’utilizzo di radiazioni ionizzanti delle radiografie e facile da imparare: la sua implementazione, perciò, ha permesso un’assistenza neonatale più personalizzata oltre ai vantaggi suddetti.

Daniele De Luca
Daniele De Luca

Lo studio è stato coordinato da un gruppo di studio delle Università Paris Saclay e Stanford diretto dal professore Daniele De Luca, che ha messo a punto l’ecografia polmonare quantitativa in collaborazione con il professore Francesco Raimondi e la dottoressa Letizia Capasso dell’Università di Napoli. I neonatologi padovani della terapia intensiva neonatale dell’Azienda Ospedale-Università di Padova (professore Eugenio Baraldi e dottor Luca Bonadies) da tempo hanno introdotto questa metodica in reparto e hanno contribuito alla realizzazione dello studio.

“Lo studio di JAMA Network Open continua una linea di ricerca cominciata a Napoli oltre 10 anni fa – dice il prof Francesco Raimondi direttore della Terapia Intensiva Neonatale dell’Università Federico II – che ha permesso di ridurre il numero di radiografie al neonato e con esse il carico, a volte pesante, di radiazioni ionizzanti. L’ecografia polmonare arriva così nelle mani del clinico che la usa come estensione dell’esame obiettivo. Essa consente una rapida diagnosi di condizioni potenzialmente mortali come lo pneumotorace iperteso e permette anche un tempestivo allarme nei centri nascita di primo livello che non sono dotati delle sofisticate attrezzature della Neonatologia moderna.

 L’applicazione dell’ecografia alla patologia respiratoria, che è il problema principale della Neonatologia, è un successo della ricerca clinica italiana che i colleghi di tutto il mondo ci riconoscono volentieri”.

Francesco Raimondi
Francesco Raimondi

“Con l’ecografia è stato possibile capire a pochissime ore di vita se il neonato andrà incontro ad insufficienza respiratoria grave o no, quindi se avrà bisogno di essere trasferito in terapia intensiva neonatale, magari a chilometri di distanza, o se potrà restare vicino alla mamma o nell’ospedale di nascita con un supporto respiratorio minore – spiega il prof Eugenio Baraldi, direttore del dipartimento di Salute della Donna e del Bambino dell’Università di Padova -. I vantaggi sono molteplici sia sul piano medico, che logistico e familiare. Prima di questo studio la decisione di somministrare il surfattante per via endotracheale veniva presa in base alla necessità di ossigeno; ora invece la decisione clinica può essere presa affiancando l’ecografia del polmone che permette una valutazione più specifica e sensibile. Oggi l’ecografia polmonare quantitativa fornisce informazioni più precise rispetto ad una radiografia tradizionale del torace e viene utilizzata oltre che nei neonati anche nei bambini con problemi respiratori come la bronchiolite e la polmonite”.

Eugenio Baraldi
Eugenio Baraldi

Link allo studio:

https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen/fullarticle/2819064

ecografia polmonare neonati surfattante Foto

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Rettorato Università degli Studi di Napoli Federico II.