Nel laboratorio di Anatomia Umana dell'Università del Piemonte Orientale, diretto dalla Professoressa Francesca Boccafoschi, il lavoro di ricerca vede tra i propri focus principali quello della medicina rigenerativa. In questo contesto, la dottoressa magistrale Emma Zanella e la studentessa magistrale Irene Regano lavorano al progetto ''Phsicochemical characterization and biological performances of an ECM-derived hydrogel: role in articular cartilage regeneration'', il cui ambizioso scopo è quello di sviluppare e caratterizzare biomateriali in grado di sostenere la rigenerazione strutturale e funzionale della cartilagine articolare.
Questo tessuto infatti può essere bersaglio di una varietà di malattie degenerative, tra le quali l'osteoartrite (OA) che rappresenta un'emergente sfida medica. Tale patologia è caratterizzata da elevata infiammazione, riduzione di lubrificazione e anormale comportamento cellulare a livello articolare, che sfociano progressivamente in dolore e rigidità nei movimenti impattando fortemente sulla qualità di vita dei pazienti.
Nel contesto attuale di invecchiamento della popolazione generale, la prevalenza dell'OA è destinata a crescere così come la sua rilevanza clinica.
Gli approcci terapeutici in uso consistono principalmente nella somministrazione di antinfiammatori e in iniezioni intra-articolari di acido ialuronico, i quali tuttavia permettono il solo controllo dei sintomi risultando inefficaci nell'interrompere la progressione della patologia. Nei casi più severi dunque la soluzione è chirurgica, tramite l'impianto di protesi.
Considerata l'incapacità della cartilagine articolare nel rigenerarsi in seguito a danno e la mancanza attuale di strategie terapeutiche in grado di sostenere il ripristino funzionale di tale tessuto, lo studio dei biomateriali innovativi per il trattamento dell'osteoartrite è di crescente interesse.
Il progetto è incentrato sulla caratterizzazione di un idrogel naturale, derivato da pericardio bovino decellularizzato, che unisce le caratteristiche di alta flessibilità e adattabilità delle reti polimeriche con la bioattività intrinseca delle matrici biologiche.
Dal momento in cui la cartilagine consta principalmente di matrice extracellulare la quale è notevolmente degradata in contesti osteoartritici, l'uso di un idrogel in grado di fornire nuovamente un microambiente adatto alle cellule residenti rappresenta una strategia potenzialmente promettente.
Un gemello digitale per prevedere il funzionamento dei dispositivi di ventilazione polmonare.
Il ''digital twin'' (o ''gemello digitale'') di un dispositivo medico è una rappresentazione virtuale del dispositivo stesso creata utilizzando dati e modelli digitali. Esso consente di monitorare e analizzare il funzionamento del dispositivo, ottimizzare le prestazioni e testare diverse configurazioni o aggiornamenti in modo virtuale, prima di applicarli al dispositivo reale.
Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Audenino sta sviluppando al Politecnico di Torino il digital twin di un innovativo sistema di ventilazione non invasiva a ridotto consumo di ossigeno. Sfruttando tecniche di modellazione ingegneristiche, il gemello in sviluppo permetterà sia di prevedere il comportamento del dispositivo a variare delle sue configurazioni sia di prevedere l'effetto della terapia erogata dal dispositivo su pazienti affetti da diverse patologie polmonari. In particolare, utilizzando la replica virtuale è possibile valutare diverse interfacce di ventilazione (ad esempio casco o maschera) derivando informazioni utili alla progettazione del dispositivo e del suo circuito, quale ad esempio la qualità dell'aria respirata dal paziente quando sottoposto alla terapia.
Grazie a questo approccio innovativo si aprono quindi nuove prospettive nel campo della progettazione medica, che contribuiscono a garantire soluzioni più sicure ed efficaci per il benessere dei pazienti.
I complessi metallici impiegati come sonde molecolari per applicazioni diagnostiche e terapeutiche sono costruiti impiegando agenti chelanti completamente derivanti da fonti fossili e scarsamente biodegradabili, con un crescente impatto ambientale. La collaborazione tra i gruppi di ricerca del Dipartimento di Scienze del Farmaco e del Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica di UPO ha prodotto un agente chelante (EHDTA) impiegando materie prime derivanti da biomasse di scarto e ne ha evidenziato le significative potenzialità nella formazione di complessi con ioni metallici di interesse diagnostico e terapeutico.
Lo studio, condotto in collaborazione con un'azienda del settore della diagnostica e con le Università di Milano e di Debrecen, è in fase di pubblicazione su una rivista scientifica di rilievo internazionale.
Recentemente è stato introdotto il paradigma Augmented Human, che si propone di potenziare le capacità fisiche, mentali e sociali degli individui attraverso l'adozione di soluzioni di eXtended Reality (XR) e Intelligenza Artificiale (AI).
L'ambito relativo alla Salute è terreno fertile per la diffusione di queste tecnologie in quanto può garantire vantaggi per i medici, i quali possono avere a disposizione strumenti innovativi in fase di diagnosi, intervento o valutazione, per i pazienti, in quanto possono beneficiare di trattamenti personalizzati, ma anche per semplificare e rendere più efficace la comunicazione e di conseguenza il rapporto medico-paziente, fondamentale per velocizzare ed ottenere un pieno recupero.
In quest'ottica, il Dipartimento di Neuroscienze dell'Università di Torino e il 3D Lab afferente al Dipartimento di Ingegneria Gestionale e della Produzione del Politecnico di Torino hanno iniziato una collaborazione volta a progettare una soluzione XR per effettuare test cognitivi o semplici miglioramenti dello stato d'animo dei pazienti attraverso ambienti virtuali condivisi che consentano di effettuare sedute in ambienti familiari e a distanza con gli specialisti.
Gli agenti di contrasto (CA) sono utilizzati in oltre il 40% delle decine di milioni di esami clinici MRI eseguiti ogni anno. Tutti i CA approvati per uso clinico sono complessi basati sullo ione metallico Gd(III).
Circa 50 tonnellate di questo elemento, che appartiene alle terre rare, vengono somministrate ai pazienti ogni anno.
Tuttavia, la produzione di terre rare è solo dell'1% in EU ma del 90% in Cina. In aggiunta, questi elementi sono difficili da estrarre con processi ecosostenibili e da recuperare dopo l'utilizzo.
Per correggere questi squilibri e rafforzare le sue catene del valore, l'UE punta a trovare alternative valide basate su metalli a basso impatto ambientale e largamente disponibili.
Il nostro progetto studia la possibilità di sostituire il Gd(III) con ioni endogeni come Fe(III) o Mn(II).
Risultati recenti indicano che i chelati di Fe(III) possiedono proprietà adatte a questo fine, ma le sfide da superare sono molteplici.
Il dott. Nucera, assegnista del gruppo di ricerca del Prof. Botta (DISIT-UPO) nell'ambito del flagship project INNDIANA, è stato selezionato per una presentazione orale ad un importante congresso scientifico e discuterà la caratterizzazione chimica e magnetica di due composti modello, complessi di Fe(III) con derivati dell'acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) contenenti 1 o 2 bracci benzilossimetilenici (BOM): EDTA-BOM1 e EDTA-BOM2.
Questo studio rappresenta una base iniziale per la futura progettazione di sistemi in grado di combinare elevate efficacia, stabilità, inerzia cinetica e capacità di interazioni non covalenti con proteine.
È noto che i pazienti anziani sordi sono fragili: aumentano il rischio di cadute e di stati depressivi connessi all'isolamento sociale, spesso hanno una scarsa funzionalità fisica con conseguente riduzione delle attività nella vita quotidiana. La riabilitazione dell'udito può alleviare queste fragilità ed in caso di perdita uditiva da grave a profonda, la soluzione migliore è l'impianto cocleare; uno strumento che stimola direttamente il nervo acustico. Questi dispositivi devono essere controllati e installati correttamente.
In particolare, l'impianto cocleare viene mappato (regolazione dell'intensità, della corrente elettrica per ogni elettrodo che stimola la coclea) e, soprattutto nel primo anno, sono necessari frequenti appuntamenti per monitorare protocollo di riabilitazione.
A volte questo può essere un problema per i pazienti, dovendo sottoporsi a frequenti controlli ospedalieri.
Riconoscendo la necessità di un nuovo modello di erogazione delle cure e per alleggerire l'onere assistenziale sia per i pazienti che per le strutture sanitarie, è stata ipotizzata e verrà sviluppata una soluzione innovativa basata sul controllo remoto dei dispositivi di rimediazione uditiva in teleassistenza.
Questo metodo innovativo è stato progettato per aumentare l'efficienza clinica valutando le esigenze gestionali di ogni singolo paziente e identificando quelli che necessitato realmente di un appuntamento in presenza.
Allo stesso tempo, i pazienti beneficiano di un'opzione di cura più conveniente che li mantiene in contatto con il loro medico e garantisce loro la possibilità di richiedere una visita ospedaliera solo se necessario.
In particolare, i genitori possono essere rassicurati dal sapere che il dispositivo del loro bambino funziona bene senza dover recarsi necessariamente in ospedale.
È online la graduatoria delle imprese che hanno manifestato l'interesse a cofinanziare posizioni di dottorato per il XXXIX ciclo, a.a. 2023-2024 per lo Spoke 5 - Industria della Salute e Silver Economy.
Il bando, pubblicato a maggio del 2023 prevedeva l'attivazione di 6 posizioni di Dottorati di Ricerca di durata triennale finanziate dal progetto PNRR-NODES e dalle imprese interessate a sviluppare collaborazioni con gli Atenei.
Le proposte progettuali pervenute sono state esaminate dalla Commissione esaminatrice formata da 3 esperti superando diverse fasi di valutazione.
L'impatto dei progetti sulle prospettive di carriera e l'occupabilità degli studenti di dottorato è stato uno dei maggiori criteri di valutazione in coerenza con uno degli obiettivi principali del progetto NODES quale l'incremento dell'occupazione giovanile.
I 4 progetti ammissibili e finanziati sono focalizzati sui fabbisogni di innovazione del territorio dell'Ecosistema e in piena coerenza con le tematiche di ricerca e innovazione dello Spoke 5. I dottorandi saranno impiegati in ricerche basate su medicina sperimentale e terapie personalizzate, medicina territoriale, ricerca e sperimentazione clinica e pre-clinica in ambito farmaceutico e biomedicale (per uso umano e veterinario).
Graduatoria
La dottoressa Simona Casarella, dottoranda presso il laboratorio di Anatomia Umana guidato dalla Professoressa Francesca Boccafoschi, insieme alla studentessa magistrale Federica Ferla, si occupano del progetto ''Identification of laminin-binding oligopeptides in cardiac development: a possible use in functionalized dECM-based biomaterials to restore cardiac functionality in late phase of acute-Myocardial Infarction (MI)'', che ha come obiettivo quello di studiare la rigenerazione funzionale cardiaca dopo un infarto attraverso l'utilizzo di biomateriali innovativi.
L'infarto del miocardio colpisce circa 3 milioni di persone in tutto il mondo ed è associato a fattori di rischio modificabili (per es. abitudini di vita, fumo di sigaretta, etc) e non modificabili (per es. sesso, familiarità, etc).
Una delle principali cause è l'aterosclerosi, ovvero la formazione di placche aterosclerotiche che causano occlusione vascolare con conseguente morte cellulare in seguito alla inadeguata o assente vascolarizzazione del tessuto e necrosi dell'area danneggiata.
Il ripristino funzionale del tessuto danneggiato o la sua sostituzione è resa complessa anche dal fatto che i cardiomiociti (cellule muscolari cardiache) mancano di capacità rigenerative.
Le principali terapie cliniche per l'infarto includono terapie farmacologiche ed impianto del dispositivo di assistenza ventricolare (VAD), tuttavia nessuna di queste strategie è capace di restaurare il fenotipo cardiaco delle cellule ed evitare la perdita funzionale dell'area interessata.
Data l'alta incidenza della patologia e la inadeguatezza delle attuali soluzioni terapeutiche, l'ingegneria cardiovascolare è un campo di particolare interesse per la ricerca di base e traslazionale.
A tal proposito, i biomateriali, composti da materiali sintetici e/o naturali, rappresenterebbero una possibile soluzione per la rigenerazione cardiaca.
L'Istituto Superiore di Sanità (ISS) stima che entro il 2050 la percentuale di persone anziane raddoppierà passando dall'11% al 22%.
Questo significa che le strutture sanitarie potrebbero dover gestire un numero di persone che non si era mai visto prima.
In questo contesto ogni azione atta a prevenire problemi di salute, specie per le persone più fragili come gli anziani, potrebbe evitare la congestione delle strutture sanitarie.
Tra i problemi più frequenti per questa tipologia di popolazione c'è la caduta che spesso comporta un non recupero totale della motricità e in alcuni casi risulta essere addirittura fatale.
Grazie all'uso di device indossabili che monitorano costantemente la camminata della persona che indossa il dispositivo e l'uso di algoritmi di intelligenza artificiale, è possibile valutare la qualità della camminata di una persona e quindi cercare di prevedere una eventuale caduta.
Infatti, una volta che il sistema rileva che una situazione sia di potenziale pericolo (es. ''alta probabilità di caduta nei prossimi 1-5 giorni''), il medico può ad esempio intervenire cambiando la terapia o prescrivendo delle visite specifiche al fine di ridurre al minimo l'evento caduta.
Il Dott. Giuseppe Cappellano, ricercatore presso UPO-DISS nel laboratorio di Immunomica coordinato dalla Prof.ssa Annalisa Chiocchetti, è responsabile del progetto dal titolo: ''Autologous synovia-on-chip: a sustainable preclinical model for drug discovery and clinical trials on chip for Rheumatoid arthritis'', che ha come obiettivo quello di sviluppare una sinovia-su-chip per la medicina personalizzata nell'artrite reumatoide (AR).
L'AR è una malattia autoimmune (MA) in cui il sistema immunitario, il cui ruolo è di difenderci dai patogeni, sbaglia ed aggredisce le nostre articolazioni, riconoscendole come estranee. Le MA sono in continuo aumento e vi è la necessità di identificare delle terapie ad hoc per i pazienti.
Gli organi-su-chip rappresentano una delle nuove frontiere della medicina moderna e si basano sull'idea di ricreare su un piccolo chip un organo umano in miniatura.
I diversi tessuti che lo costituiscono sono collegati da un sistema di fluidica costituito da piccoli tubicini che permettono l'arrivo ai tessuti dei nutrienti ma anche dei farmaci. Nonostante ad oggi il portfolio di farmaci per le cura delle MA sia ampio, non tutti i pazienti rispondono alle terapie e per i clinici non è semplice identificare da subito quella ''giusta''.
Dunque, il paziente che non risponde al farmaco ''1'' viene trattato con il farmaco ''2'', etc. Trovare il farmaco giusto rappresenta non solo una situazione di stress per il paziente, ma comporta anche il rischio di reazioni avverse.
Una soluzione potrebbe essere quella di ricreare in laboratorio su un piccolo chip il tessuto colpito nella MA, costruito a partire dalle cellule del paziente (isolate dalle biopsie) e trattarlo poi con i diversi farmaci: una volta identificato il candidato ''ideale'', questo potrà essere somministrato al paziente.
Il progetto di cui mi occupo, prosegue il Dott. Cappellano, è di ricreare su un chip una sinovia che una volta ''infiammata'' verrà trattata con i diversi farmaci disponibili per l'AR. Questo progetto si avvale della consulenza e collaborazione con la start-up AI-TWIN (https://www.aitwin.it/) la cui mission è quella di sviluppare clinical trials su chip di futura generazione.
Con l'aumentare dell'aspettativa di vita, cresce anche l'età media della popolazione mondiale. Negli ultimi anni il mondo della ricerca sta cercando soluzioni innovative per progettare percorsi di cura efficaci e sostenibili, diretti a pazienti anziani che soffrono di patologie neurologiche.
La riabilitazione neurocognitiva, fondamentale per contrastare il decorso delle patologie neurodegenerative, è efficace specialmente se ripetuta sistematicamente nel tempo e per molti mesi. Ma per i pazienti anziani lo spostamento casa-ospedale può rappresentare un ostacolo.
In questo caso la Telemedicina risulta molto indicata, ma purtroppo gli esperti riportano un alto tasso di drop-out (rinuncia al protocollo di cura) tra i pazienti che seguono tali protocolli a distanza. Spesso il drop-out è legato a fattori motivazionali o affettivi: gli esercizi neuropsicologici possono risultare difficili e frustranti e per un paziente può essere difficile procedere nel percorso riabilitativo senza la presenta costante di un terapeuta.
Ma cosa accadrebbe se a un percorso terapeutico standard si sostituisse un gioco?
Come proposto anche da altre ricerche in corso, per incentivare la motivazione e il coinvolgimento, si potrebbero utilizzare dei seriuos games.
Si tratterebbe di videogiochi ad hoc, creati per la riabilitazione di funzioni cognitive specifiche, giocabili da casa e con un'interfaccia semplificata, pensata per un utente anziano.
Studi preliminari dimostrano un alto coinvolgimento e ridotti drop-out tra i pazienti coinvolti in questa innovativa strategia terapeutica, aprendo la prospettiva alla creazione di vere e proprie terapie a base di giochi.
Le nanoparticelle di ceramica svolgono un ruolo chiave e significativo in questa evoluzione tecnologica. Infatti, esse mostrano eccezionali capacità che consentono, attraverso la proprietà intrinseca dei FIR, di amplificare il loro effetto quando incontrano un substrato biologico (es. pelle umana). Rappresentano così una risorsa innovativa rispetto a additivi e materiali tradizionali, trasferendo energia sotto forma di calore.
In questo ambito rientrano i tessuti con proprietà FIR: una nuova categoria di tessuti funzionalizzati costituiti da fibre impregnate di nanoparticelle che irradiano FIR, giocando un ruolo importante nella salute e nel benessere quotidiano.
In aggiunta, tale tecnologia ha promosso un'estensione di benefici biomedici, poiché gli effetti benefici dei FIR riguardano la loro capacità di riflettere l'infrarosso che normalmente il corpo disperde; questo meccanismo può essere utilizzato per aumentare la temperatura locale, con conseguente vasodilatazione ed incremento localizzato della microcircolazione sanguigna. Inoltre, si associa anche la capacità di favorire la rigenerazione di un tessuto, con attivazione del sistema immunitario ed aumento del metabolismo cellulare e tissutale. Questi sono alcuni dei punti a favore di queste moderne risorse innovative come utili strategie indirizzate verso specifiche condizioni patologiche, tra cui: l'artrite, il dolore muscolare, la rigidità muscolare e gli spasmi muscolari.
L'analisi strumentale del movimento riveste un'importanza fondamentale in diverse discipline e settori, dalla modellazione biomeccanica alla diagnosi precoce e prevenzione delle patologie neuro-muscolari e aiuta gli specialisti a sviluppare programmi di terapia individuali e a monitorare l'efficacia delle strategie adottate.
In particolare, i sensori indossabili stanno ricoprendo un'importanza sempre più crescente in quanto consentono di raccogliere una vasta gamma di dati sul movimento del corpo umano direttamente in condizioni di vita quotidiana. Recenti studi scientifici hanno inoltre evidenziato come i sensori indossabili giochino un ruolo fondamentale nell'individuazione precoce delle malattie neuro-muscolari favorendone quindi un trattamento precoce e dunque più efficace.
Grazie al progetto NODES i gruppi del Politecnico di Torino guidati dal professor Andrea Cereatti (Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni) e dalla professoressa Gabriella Olmo (Dipartimento di Automatica e Informatica) hanno iniziato a sviluppare sinergicamente una nuova generazione di soluzioni innovative per il monitoraggio dei pazienti in condizioni di vita reale.
Tutto questo è possibile grazie alle competenze complementari dei due gruppi di ricerca che integrano in un'unica piattaforma diverse tecnologie quali sensori magneto-inerziali, solette di pressione e sensori di distanza ad infrarossi unitamente ad algoritmi di deep learning. Questa tecnologia multi-sensore permette di ottenere parametri che possono caratterizzare la stabilità dei pazienti e quindi predire il rischio di cadute oltre che a riconoscere ed identificare precocemente il freezing of gait nei pazienti affetti da malattia di Parkinson.
Lo scompenso cardiaco è una complessa sindrome clinica che si associa a sintomi invalidanti. Questi peggiorano la qualità di vita e comportano frequenti ospedalizzazioni.
Negli ultimi anni i progressi ottenuti dalla medicina nella gestione dello scompenso cardiaco hanno prolungato l'aspettativa di vita, ma hanno contribuito a rendere più complesso il regime terapeutico. Per evitare episodi di riacutizzazioni, per esempio, la persona deve imparare a limitare l'assunzione di liquidi, ridurre il consumo di sale, aderire strettamente alla terapia e rilevare il peso quotidianamente.
Un programma educativo gestito da un infermiere esperto, in collaborazione con medici specialisti, che prevede il coinvolgimento attivo dell'assistito nel proprio piano di cura, anche attraverso un sistema di tele-monitoraggio dei parametri vitali, potrebbe ridurre il ricorso ai servizi ospedalieri e migliorare la qualità di vita e il benessere della persona.
L'infermiere, infatti, per le sue vaste competenze in ambito clinico ed educativo, riveste un ruolo cruciale nel migliorare la capacità di identificazione dei sintomi e di autogestione della malattia.
Dopo una prima visita di conoscenza reciproca, l'assistito che parteciperà alla ricerca sarà contattato per telefono dal sanitario ogni due settimane. Sarà supportato nel riconoscere eventuali episodi di riacutizzazione della malattia ed educato sull'importanza di adottare uno stile di vita sano. Inoltre, sarà dotato di un kit per il tele-monitoraggio di peso, pressione arteriosa, frequenza cardiaca e saturazione dell'ossigeno nel sangue.
Grazie alla tecnologia i parametri vitali misurati dall'assistito verranno inviati automaticamente all'infermiere che, a distanza, potrà monitorare lo stato di salute della persona e, all'occorrenza, attuare le azioni necessarie a prevenire aggravamenti.
Un biomateriale come nuova frontiera della medicina, estremamente innovativo e al passo con il progresso scientifico.
Sempre di più, con il passare del tempo, c'è la necessità di riparare, rigenerare o sostituire tessuti o organi danneggiati da malattie, traumi o a causa di difetti presenti alla nascita o di invecchiamento.
La lista delle malattie che può trarre beneficio dalla medicina rigenerativa è sempre più lunga. Questo campo di ricerca permette di stimolare i meccanismi di riparazione del corpo per guidare e supportare la guarigione dei tessuti e dei processi di rimodellamento. Infatti, non tratta i sintomi di un trauma o di una patologia, ma punta ad accelerare e a favorire la naturale rigenerazione del tessuto attraverso la stimolazione delle cellule autologhe per guidare i processi di autoriparazione.
Oggi, l'ingegneria tissutale è una tipologia di medicina rigenerativa che sta compiendo notevoli progressi grazie all'uso, per esempio, di biomateriali altamente biocompatibili ed idonei a sostenere e a guidare la rigenerazione funzionale dei tessuti: non si ottiene una semplice cicatrizzazione della ferita, ma una vera e propria riparazione funzionale. Per biomateriale s'intende qualsiasi sostanza di origine sintentica o naturale che può essere utilizzata per velocizzare il processo di guarigione.
Uno dei trattamenti principali per la rimarginazione delle ferite è l'utilizzo di prodotti a base di idrogel ottenuti a partire da matrici decellularizzate. Il termine ''idrogel'' si riferisce a un gruppo di materiali di base polimerica tridimensionale reticolata che possiedono un buona capacità di assorbimento, permettono lo scambio di gas e migliorano il processo di granulazione del tessuto lesionato. La scelta del polimero è mirata a riprodurre un ambiente favorevole, grazie alla sua elevate biocompatibilità, per alcune applicazioni come: la crescita e il differenziamento cellulare, la somministrazione di farmaci o il rilascio di fattori di crescita utili nei processi riparativi.
