Un fegato artificiale miniaturizzato, costruito con chip microfluidici in silicio per i test farmacologici, ha finalmente dimostrato che i mini organi artificiali possono essere considerati modelli sperimentali attendibili, aprendo la strada a una possibile eliminazione dell’uso di cavie animali. Lo studio è stato pubblicato su Advanced Functional Materials e condotto dal team di ricerca di Giuseppe Barillaro del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa, con la collaborazione del gruppo di Nico Voelcker della Monash University.
Humans-on-chip mostra come passare dall’organo alla sua “astrazione” funzionale fino al chip che lo mima.
“La novità di questo modello di organo – spiega Barillaro – è che si compone di strutture tridimensionali che hanno la dimensione effettiva delle cellule epatiche e che sono disposte in modo da replicare anche architettonicamente l’organizzazione del fegato nel lobulo epatico. Negli esseri umani, le cellule epatiche sono disposte in cordoni collocati tra le vene (sonusoidi) che entrano nel lobulo. La diposizione delle cellule in cordoni permette di riprodurre negli organi artificiali alcune funzioni fondamentali del fegato, come la detossificazione e il mantenimento dell’omeostasi”.
L’organo-chip e lo stesso organo con la simulazione del flusso sanguigno.
Replicare questa struttura è stato possibile grazie all’uso di nanotecnologie simili a quelle usate per i circuiti integrati. Le strutture così costruite vengono alimentate con un sistema microfluidico. “Quello che abbiamo dimostrato – prosegue Barillaro – è che le strutture così composte riescono a mantenere l’attività e le caratteristiche della cellula più a lungo rispetto a quanto non accada con una normale coltura, un mese invece che una settimana, e creare condizioni fisiologiche molto simili a quelle del corpo umano. Questo permette test farmacologici a medio termine, con la conseguenza di poter ridurre l’uso di cavie animali. Replicando in modo sempre più accurato la struttura del lobulo epatico potremo arrivare a effettuare test farmacologici con risultati ancora più attendibili e vicini a quelli ottenuti sull’uomo, e anche ricreare su chip alcune tra le più importanti funzionalità del fegato per andare verso una medicina personalizzata”.
La struttura degli epatiti vista con il microscopio confocale.
Al momento gli organi-chip hanno destato l’interesse sia dell’Europa che degli Stati Uniti, che hanno avviato la creazione di uno Humanchip, ovvero la riproduzione di diversi organi chip, che poi verranno messi in connessione tra loro per riprodurre la fisiologia umana. Questo renderà possibile testare farmaci su un organo specifico, ma anche controllarne l’impatto sugli altri. In Europa al momento è ai primi passi la costruzione di una flagship sugli organi chip, che includerebbe non solo partner accademici, ma aziende interessate a portare avanti i risultati della sperimentazione.
A team of scientists from the Yale School of Medicine and the Department of Biology at the University of Pisa has identified a specific stem cell population, known as neuroepithelial stem cells, which have proved to be particularly effective in the repair in animal models of spinal cord injury. The experiment demonstrated that these cells are able to integrate within the damaged tissue, extend processes by a few centimeters after the transplant and offer motor and functional recovery in the animals subjected to the treatment. Furthermore, as the laboratory tests show, recovery is proportionate to the extent of the injury: if, for example, the spinal cord damage is not higher than 25%, there is a significant improvement in the use of the lower limbs within two months.
“Thanks to this study, it has been demonstrated for the first time that the anatomical origin of stem cells is of vital importance to the success of transplants,” explains Marco Onorati, a researcher from the University of Pisa and one of the first authors of the study published in the “Nature Communications” journal.
In fact, while similar in vitro, the neural stem cells which have the same origin as the recipient tissue (in this case the spinal cord) turned out to be much more efficient than those with a diverse origin (for example derived from the brain) at re-establishing connections with the damaged area and guaranteeing the formation of new neuronal circuits.
“Not all stem cells have the same potential,” concludes Marco Onorati, “and the knowledge we now have, thanks to this study on neuroepithelial stem cells and how they react in the case of spinal cord injury, could prove to be useful for future research.”
Neuroepithelial stem cells (in green) transplanted into the animal model of spinal cord injury (in red)
Within the field of the study, Marco Onorati, a researcher from the Unit of Cell and Developmental Biology from the Department of Biology, directed the part dealing with the derivation and characterization of the human neuroepithelial stem cells and their differentiation into mature neurons in order to study their function in vitro. The study was coordinated by Professor Steve Strittmatter from the Yale School of Medicine. The other first co-authors of the research are Maria Teresa Dell’Anno (who is at present continuing her research on stem cells in the neurological field at the Fondazione Pisana per la Scienza) and Xingxing Wang.
Un team di scienziati della Yale School of Medicine e del Dipartimento di Biologia dell’Università di Pisa ha individuato una particolare popolazione di cellule staminali, dette neuroepiteliali, che si sono rivelate particolarmente efficaci nel riparare le lesioni al midollo spinale. La sperimentazione condotta su modelli animali ha mostrato che queste particolari cellule sono in grado di integrarsi nel tessuto danneggiato, estendere prolungamenti per alcuni centimetri dopo il trapianto e fornire un recupero motorio e funzionale. Inoltre, come hanno evidenziato i test di laboratorio, il recupero è proporzionale all’entità alla lesione: se ad esempio il danno al midollo spinale non supera il 25%, c’è un miglioramento significativo nell’uso degli arti inferiori entro due mesi.
“Per la prima volta, grazie a questo studio è stato quindi dimostrato che l’origine anatomica delle cellule staminali ha una importanza cruciale per il successo del trapianto”, spiega Marco Onorati, ricercatore dell’Unità di Biologia Cellulare e dello Sviluppo del Dipartimento di Biologia dell’Ateneo pisano, e fra i primi autori dello studio pubblicato sulla rivista “Nature Communications”.
Infatti, per quanto simili in vitro, le cellule staminali neuronali che hanno un’origine analoga a quella del tessuto ricevente (in questo caso il midollo spinale) si sono rivelate molto più efficienti di quelle con una diversa derivazione (ad esempio provenienti dal cervello) nel ripristinare le connessioni del midollo lesionato e garantire la formazione di nuovi circuiti neuronali.
Cellule staminali neuroepiteliali (in verde) trapiantate nel modello animale di midollo spinale lesionato (in rosso)
“Non tutte le cellule staminali hanno quindi le stesse potenzialità – conclude Marco Onorati – e quello che ora sappiamo grazie a questo studio sulle cellule staminali neuroepiteliali e su come agiscono nel caso di lesione al midollo spinale può rivelarsi utile per indirizzare il futuro della ricerca”.
Lo ricerca pubblicata su “Nature Communications” è stata coordinata dal professore Steve Strittmatter della Yale School of Medicine. In particolare, Marco Onorati ha guidato la parte sulla derivazione e la caratterizzazione delle cellule staminali neuroepiteliali umane e il loro differenziamento verso neuroni maturi per studiarne la funzione in vitro. Oltre a lui, gli altri primi coautori dell’articolo sono due ricercatori della Yale School of Medicine, Maria Teresa Dell’Anno (che adesso continua i suoi studi sulle cellule staminali in ambito neurologico presso la Fondazione Pisana per la Scienza) e Xingxing Wang.
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Riferimenti all’articolo scientifico:
Dell'Anno MT, Wang X, Onorati M (e altri), “Human neuroepithelial stem cell regional specificity enables spinal cord repair through a relay circuit”, Nature Communications
Venerdì 28 settembre, in contemporanea con le principali città della Toscana, torna BRIGHT, la Notte delle ricercatrici e dei ricercatori edizione 2018. A Pisa il programma della manifestazione prevede una mappa di eventi che vedrà protagonisti le ricercatrici e i ricercatori delle università e dei centri di ricerca promotori dell’iniziativa: Università di Pisa, Scuola Normale Superiore, Scuola Superiore Sant’Anna, CNR, INGV, INFN, Scuola IMT Alti Studi Lucca ed EGO, l’osservatorio che ospita il rilevatore di onde gravitazionali Virgo. Quest’anno la Notte delle ricercatrici e dei ricercatori cade nella settimana in cui a Pisa si svolge il Festival internazionale della robotica, che ospita anche uno degli stand in cui i ricercatori illustreranno al pubblico le loro scoperte.
L’inaugurazione della manifestazione è prevista alle 17 in Logge di Banchi, con il saluto dei rappresentanti di tutte le istituzioni e del sindaco Michele Conti.
Il programma di BRIGHT è stato presentato in rettorato da Paolo Mancarella, rettore dell'Università di Pisa, Pierdomenico Perata, rettore Scuola Sant'Anna, Domenico Laforenza, presidente Area CNR Pisa, Gilberto Saccorotti, direttore INGV, Michele Viviani, delegato all'outreach INFN e Stavros Katsanevas, direttore EGO-Virgo.
Le varie attività proposte appartengono a 5 tematiche principali: Cibo e salute per tutti, Vita e tecnologie, Meraviglie naturali, Società di oggi e di domani, Patrimonio culturale europeo e a Pisa si snoderanno dalle vie del centro fino all’Area San Cataldo (CNR e Dipartimento di Chimica), passando per i musei dell’Ateneo (aperti al pubblico fino a tarda notte). Per collegare gli eventi organizzati in centro con quelli dell’Area San Cataldo (CNR e Dipartimento di Chimica) anche quest’anno è stato attivato un servizio di navetta gratuito.
Come ogni anno i cittadini potranno incontrare e conoscere i veri protagonisti di BRIGHT, le ricercatrici e i ricercatori, che racconteranno e sveleranno al pubblico il loro lavoro e le loro scoperte.
Da sinistra: Gilberto Saccorotti, Pierdomenico Perata, Paolo Mancarella, Domenico Laforenza, Michele Viviani, Stavros Katsanevas.
I ricercatori mostreranno i risultati delle proprie ricerche a partire dalle 16.30 presso stand in Largo Ciro Menotti, Logge di Banchi, in Gipsoteca, in Piazza Martiri della Libertà e nella sede della Scuola Sant’Anna; ne parleranno con i cittadini negli aperitivi della ricerca, nelle librerie e nei seminari organizzati dal CNR nell’area di San Cataldo; i più piccoli potranno divertirsi con i giochi alla scoperta del mondo o partecipando agli incontri a loro dedicati in libreria; biblioteche, collezioni e laboratori degli enti di ricerca coinvolti rimarranno aperti e ospiteranno visite guidate per adulti e bambini.
Il dipartimento di Chimica e Chimica industriale e il dipartimento di Scienze della Terra rimarranno aperti con un ricco programma di attività, visite, laboratori e giochi per bambini e famiglie.
Il programma di intrattenimento prevede tra le vare iniziative un concerto del Coro Galilei nel chiostro del Palazzo della Carovana della Scuola Normale; alla Scuola Sant’Anna uno show cooking all’insegna del benessere e della salute; al CNR due concerti rock, lo spettacolo su Galileo del gruppo di lettori del Teatro Sant’Andrea e la consueta spaghettata finale. Radioeco, la web radio degli studenti dell’Università di Pisa, sarà presente con una postazione in Logge di Banchi, da dove condurrà interviste e racconterà le storie di ricercatrici e ricercatori.
Oltre a Pisa, gli appuntamenti di BRIGHT 2018 saranno ospitati anche sul territorio: a Lucca, con un programma di eventi organizzati dalla Scuola IMT Alti Studi nel Complesso di San Francesco, a Viareggio, con iniziative dell’Istituto di Geoscienze e Georisorse del CNR ospitate a Villa Borbone, a Pontedera nel Polo Valdera della Scuola Sant’Anna, a Livorno nel Laboratorio Scoglio della Regina dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Sant’Anna; a Cascina con tour guidati, conferenze e osservazioni astronomiche all’European Gravitational Observatory (EGO), sito dell’esperimento Virgo, che lo scorso anno ha rilevato segnali di onde gravitazionali in collaborazione con LIGO.
Il programma dettagliato è disponibile sul sito http://www.bright-toscana.it.
A questo link è disponibile una descrizione delle attività proposte nei dipartimenti dell'Università di Pisa.
A questo link è disponibile una descrizione delle attività proposte dal Sistema Museale d'Ateneo.
C’è anche l’Università di Pisa tra i partner di PRIMAGE, il progetto finanziato dall’Unione europea nell’ambito di Horizon 2020 che mira a creare una biobanca oncologica per immagini. PRIMAGE (PRedictive In-silico Multiscale Analytics to support cancer personalized diaGnosis and prognosis, Empowered by imaging biomarkers) avrà una durata complessiva di 4 anni, con un finanziamento totale di 10 milioni di euro, di cui 640.000 saranno destinati all’Università di Pisa e al dipartimento di Ricerca traslazionale diretto dal professor Gaetano Privitera, uno dei partner principali del progetto in quanto impegnato nel coordinamento dello sviluppo della biobanca.
Il team PRIMAGE del dipartimento di Ricerca traslazionale, da sinistra la professoressa Fabiola Paiar, direttore della UO di Radioterapia della AOUP, il professor Emanuele Neri, direttore della SD Radiodiagnostica 3 della AOUP e responsabile scientifico del progetto, la professoressa Paola Erba, professore associato in servizio presso la UO di Medicina Nucleare.
«Il nostro obiettivo è dar vita a una biobanca di immagini basata su cloud per supportare il processo decisionale nella gestione clinica dei tumori solidi maligni, offrendo strumenti predittivi per assistere diagnosi, prognosi, scelta delle terapie e follow-up del trattamento – spiega il professor Emanuele Neri, professore di Diagnostica per immagini e radioterapia dell’Ateneo e coordinatore del progetto – Tale strumento si basa sullo sviluppo e sulla validazione di nuovi biomarcatori di imaging mediante algoritmi di radiomica e radiogenomica, correlando multipli big data (clinici, epidemiologici, genetici, di imaging). I dati raccolti consentiranno di creare dei profili o modelli digitali dei pazienti oncologici e potranno essere utilizzati come riferimento per la personalizzazione dei trattamenti, la stratificazione del rischio allo sviluppo di neoplasie, la stima della prognosi e della responsività ai trattamenti».
Schema del sistema di supporto alla diagnosi che verrà sviluppato nell’ambito del progetto PRIMAGE.
Il progetto prevede inoltre l’implementazione di algoritmi di intelligenza artificiale in grado di effettuare simulazioni e analisi dei multipli dati della biobanca, sviluppando un sistema “intelligente” di supporto alla diagnosi (in-silico decision making). Uno strumento che consentirà alla diagnostica per immagini di aumentare la precisione nella diagnosi e nel follow-up della malattia oncologica, e all’oncologo di sviluppare, su modelli digitali, le terapie personalizzate. Il progetto ambisce inoltre a fornire alla comunità scientifica (secondo il principio dell’Open Science) uno strumento open source di ricerca per la prevenzione e per lo sviluppo di nuove terapie del cancro.
PRIMAGE nasce da una consolidata collaborazione che il professor Emanuele Neri, insieme a Fabiola Paiar e a Paola Anna Erba, anche loro professori del dipartimento di Ricerca traslazionale, hanno attivato con l’Università di Valencia (Ospedale La Fe) e l’Azienda Spin-off della stessa università, QUIBIM (QUantitative Imaging Biomarkers In Medicine). Tra i vari partners del progetto anche l’European Institute of Biomedical imaging and Research, che coordina le attività di ricerca della Società Europea di Radiologia (di cui il professor Neri è chairman del “eHealth and Informatics Subcommitte”). Il gruppo di ricerca ha di recente ottenuto un finanziamento dell’Associazione Italiana per la ricerca sul cancro su un progetto dedicato allo sviluppo di nuovi biomarcatori di imaging nelle neoplasie prostatiche, coordinato dalla Prof.ssa Erba.
«Un particolare ringraziamento da parte del team PRIMAGE va all’Unità Servizi per la Ricerca dell’Università di Pisa – specifica il professor Neri – in particolare alla dottoressa Chiara Caccamo, che ha supportato i ricercatori nella submission del progetto».
Ha una vita propria e indipendente rispetto alle piante che nutre. La sorprendete scoperta di un team tutto pisano e tutto al femminile riguarda la “wood wide web”, la rete fungina così soprannominata dalla rivista “Nature” che vive nel suolo in simbiosi con le radici trasferendo acqua e nutrienti alle piante.
Autrici dello studio appena pubblicato sulla rivista “Scientific Reports” del gruppo editoriale "Nature", sono tre microbiologhe, la professoressa Manuela Giovannetti come coordinatrice e Alessandra Pepe, entrambe dell’Università di Pisa, e Cristiana Sbrana del CNR.
Il Wood Wide Web
“Queste nuove conoscenze, oltre a fornire dati preziosi sulla capacità di sopravvivenza a lungo termine della rete assorbente fungina, ci indicano la strada da seguire per il mantenimento della fertilità biologica del suolo - spiega la professoressa Giovannetti - una strada che deve tener conto dei rapporti di cooperazione tra piante e microrganismi benefici, nell’ottica della loro utilizzazione nella produzione sostenibile di cibo di alta qualità”.
La ricerca è durata due anni e si è svolta nei laboratori di Microbiologia del Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali dell’Ateneo pisano, dove è stato messo a punto un sistema sperimentale in vivo per visualizzare e monitorare la crescita e la vitalità della rete fungina.
Il Wood Wide Web
“Le piante si nutrono principalmente utilizzando le capacità del fungo benefico simbionte di esplorare il terreno, assorbire i nutrienti e trasferirli alle radici attraverso una rete di cellule allungate tubulari interconnesse - racconta la dottoressa Cristiana Sbrana, ricercatrice del CNR - Il nostro studio ha affrontato una domanda cruciale: la vita di tale rete è dipendente dalla vita della pianta ospite? Oppure, alla morte della pianta (come avviene dopo la raccolta per molte colture), la rete mantiene la sua vitalità e funzionalità?”.
“Gli esperimenti effettuati durante le nostre ricerche hanno dimostrato che la vita della “wood wide web” è disaccoppiata dalla vita della pianta - ha concluso Alessandra Pepe, che ha svolto parte del suo dottorato proprio su questo argomento - Anche 5 mesi dopo la rimozione della parte aerea della pianta, la rete è capace di mantenere la sua vitalità e funzionalità, e di stabilire nuove simbiosi con altre piante”.
È stata la lettura di uno dei libri più famosi di Isaac Asimov a fornirle la prima idea. “Avete presente la trama di "Viaggio allucinante"? – racconta Veronica Iacovacci, post-doc dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Sant’Anna – quella in cui il sommergibile Proteus entra nel corpo dello scienziato Benes per salvarlo da un aneurisma cerebrale? Dopo aver letto il libro, mi sono chiesta: cosa ancora ci separa da terapie così mirate e accurate? Esiste un modo per trasformare la fantascienza in scienza al servizio dell’uomo?
Da queste domande è nato il paper “An Intravascular Magnetic Catheter Enables the Retrieval of Nanoagents from the Bloodstream”, pubblicato sulla rivista Advanced Science da un gruppo di ricercatori proveniente da tre centri di ricerca d’eccellenza italiani: l’Istituto di BioRobotica (oltre a Veronica Iacovacci, hanno contribuito al paper Arianna Menciassi e Leonardo Ricotti), l’Istituto Italiano di Tecnologia con Edoardo Sinibaldi e Giovanni Signore e il Dipartimento di Ricerca Traslazionale dell’Università di Pisa con Fabio Vistoli.
Lo studio punta a risolvere un problema ormai annoso nei trattamenti di terapia localizzata: il controllo di nanoparticelle con proprietà magnetiche che, proprio come il Proteus, si muovono all’interno del corpo umano e possono essere iniettate nel flusso sanguigno di pazienti affetti da tumori per rilasciare farmaci o per fare ipertermia, ovvero per bruciare localmente i tessuti tumorali. Purtroppo, nella stragrande maggioranza dei casi, le nanoparticelle si perdono nel corpo, danneggiando i tessuti e gli organi sani. Per contrastare questo problema è stato progettato per la prima volta un microcatetere intravenoso in grado di recuperare e isolare le particelle pericolose per l’organismo umano e “accompagnarle” fuori dal circolo sanguigno grazie all’utilizzo di magneti. Il sistema è in grado di intervenire nelle patologie che si sviluppano principalmente nel fegato, ma anche in altri organi come i reni e il pancreas.
“Innanzitutto – spiega Veronica Iacovacci – siamo partiti da un dato di fatto: nonostante i progressi dell’ultimo decennio, controllare “sommergibili” di dimensioni pari ad alcune decine di nanometri e guidarli con precisione verso la zona interessata alla patologia è una sfida ancora aperta. Secondo uno studio pubblicato recentemente su Nature, con gli approcci proposti finora, meno dell’1% delle nanoparticelle terapeutiche iniettate raggiunge l’organo da curare. Questo apre un dilemma senza fine: avremmo infatti bisogno di iniettare dosi massicce di particelle per accumulare una dose efficace di farmaco nel tessuto; di contro ma questo significa avere una dose proporzionalmente altissima, quasi il 99% di particelle non accumulate, libere di navigare nel corpo umano ed esercitare effetti tossici sui tessuti sani”.
E, seppur in questo momento, siamo ancora in una fase preliminare dello studio, questo lavoro può aprire nuove frontiere di ricerca nei campi della microrobotica e della nanomedicina visto che il microcatetere consentirebbe di superare i limiti delle terapie tradizionali aumentando l’efficacia del trattamento e riducendo gli effetti collaterali.
“Il dispositivo – continua Iacovacci – è formato da 27 magneti di soli 3,6 mm di diametro ed è in grado di scandagliare il corpo del paziente e recuperare nanoparticelle magnetiche con efficienze fino al 94%. L’impiego di tale catetere permetterebbe di svolgere l’azione terapeutica nella zona interessata alla patologia, senza interferire sui tessuti sani del corpo”.
“Abbiamo progettato il microcatetere – sottolinea Edoardo Sinibaldi di IIT – partendo da un modello matematico che descrive il flusso pulsante del sangue e la forza di attrazione esercitata dai magneti sulle nanoparticelle, usando algoritmi in grado di elaborare grandi quantità di dati (big data) e dimostrando come sia necessario affrontare aspetti teorici e applicativi in modo combinato per risolvere problemi all’intersezione tra ingegneria, nanotecnologie e medicina.”
"Anche in medicina la sfida dell'innovazione tecnologica deve sempre partire da una visione di una soluzione ideale di un problema concreto - aggiunge il professor Fabio Vistoli (nella foto a destra), docente di chirurgia generale all’Università di Pisa, che ha collaborato nella selezione di alcuni target di malattia e organi bersaglio che si potevano meglio prestare, per la loro anatomia, a ottenere il risultato di colpire il tumore e consentire un recupero efficace delle particelle magnetiche residue - visione che poi, per diventare soluzione praticabile, richiede uno sforzo di analisi, creatività e trovare conferme di applicabilità. La solidità dei risultati ottenuti, come nel caso di questo dispositivo, nasce dall'applicazione di un metodo rigoroso derivante dalla collaborazione tra ricercatori di formazione ed estrazione varia, come quelli che sono rappresentati nel nostro gruppo di ricerca: matematici, ingegneri e clinici. Sono convinto che altri risultati arriveranno continuando su questa strada di collaborazione multidisciplinare tanto proficua”.
Il prossimo step è proseguire nella linea tracciata dal lavoro. In tal senso il gruppo Menciassi sta cercando finanziamenti pubblici e privati che permettano di intraprendere un percorso verso l’effettiva realizzazione di un sistema che segnerebbe un deciso progresso nell’impiego di nanotecnologie nella pratica clinica, nonché nell’utilizzo di farmaci finora poco impiegati nelle cure tumorali per il rischio di effetti collaterali.
Paola Binda, a researcher in Physiology at the University of Pisa, has been awarded a grant of 1.5 million euros as part of the ERC Starting Grant programme in order to study the relationship between the brain (in particular the visual areas), personality and metabolism. Binda is one of the 42 Italian scientists who have received this accolade from the European Research Council. 403 early career European researchers (out of the 3,170 applicants) will benefit from 603 million euros in total, to conduct pioneering projects. However, only 15 of the 42 Italians will carry out their research in Italy.
“The ERC provides the most prestigious of the European grants for research, where the sole selection criteria is scientific excellence,” commented the rector Paolo Mancarella. “For this reason I must congratulate Paola Binda whose success contributes to the growing prestige of our university at international level. Her ERC Starting Grant joins the other seven our university has received over the last few years in the fields of Humanities, Medicine, Physics, Chemistry and Information Engineering totaling more than 10 million euros, an accolade our university is proud of.”
Paola Binda’s five-year project entitled “PUPILTRAITS” will benefit from the network of excellence that the University of Pisa and its territory have to offer in the study of human physiology and will be able to depend upon innovative instruments to face one of the classic, unanswered questions of all times: why do we not all see things in the same way? When looking at Ruben’s famous vase illusion, some people see a vase while others see two faces, and the perception can vary from one moment to another.
“We believe that these variations reflect more profound differences,” says Paola Binda. “These are differences in our state of health, in particular in our metabolism, in what and how we eat and in our personality traits.”
It is a well-known fact that the autism spectrum disorder is accompanied by a particular, characteristic perceptual style; it is equally true that in many developmental pathologies there is a link between cerebral alteration and alterations at a metabolic and gastrointestinal level. The project aims to follow these links from both a pathological and physiological point of view.
The research will make use of neuroimaging (including the ultra-high field magnetic resonance at the IMAGO7 centre in Calambrone) and perceptual tests involving pupil size modulation (‘a window on the cortical processing of visual stimuli’, according to recent studies by Paola Binda), together with simple metabolic interventions.
Paola Binda proposes a new ‘vision’ of the visual system, which is not only important for the role that visual sensation covers in our perception, but also as a litmus test of the interaction between the brain and the body. Understanding how we see, therefore, could open new horizons in the diagnosis of pathological conditions and the development of new approaches which aim to modify our behaviour and feelings through interventions on general physiology and metabolism.
Paola Binda, ricercatrice di Fisiologia all’Università di Pisa, si è aggiudicata un finanziamento di 1.5 milioni di euro nell’ambito del programma ERC-Starting Grant per uno studio sui rapporti tra cervello (in particolare le aree visive), personalità e metabolismo.
Binda è una dei 42 scienziati italiani che hanno ricevuto questo riconoscimento dall’European Research Council, che in totale ha assegnato finanziamenti a 403 giovani ricercatori europei (a fronte di 3170 domande), per un totale di 603 milioni di euro dedicati a progetti di frontiera. Dei 42 italiani, solo 15 però condurranno le loro ricerche in Italia.
“L’ERC è il più prestigioso finanziamento europeo per la ricerca, in cui l’unico criterio di selezione è l’eccellenza scientifica – ha commentato il rettore Paolo Mancarella – È per questo che mi congratulo particolarmente con Paola Binda, il cui successo contribuisce ad accrescere il prestigio del nostro Ateneo a livello internazionale. Il suo ERC Starting grant va infatti ad aggiungersi agli altri sette ottenuti negli ultimi anni dalla nostra università in ambito umanistico, medico, fisico, chimico e di ingegneria dell’informazione, per un finanziamento complessivo di oltre 10 milioni di euro. Un riconoscimento che è motivo di orgoglio per tutti noi”.
Il progetto di Paola Binda, dal titolo “PUPILTRAITS” e della durata di cinque anni, si avvarrà della rete di eccellenza che l’Università di Pisa e il suo territorio offrono per lo studio della fisiologia umana e userà strumenti innovativi per affrontare una delle più classiche e irrisolte domande di tutti i tempi: perché non vediamo tutti allo stesso modo? Guardando la famosa immagine di Rubin, alcuni vedono dei vasi, altri vedono due facce e la percezione può variare di momento in momento. “Crediamo – dice Paola Binda – che queste variazioni riflettano differenze più profonde: del nostro stato di salute, in particolare del metabolismo, di come e cosa mangiamo, e delle nostre caratteristiche di personalità”. È noto ad esempio che la sindrome dello spettro autistico si accompagna a uno stile percettivo peculiare e caratteristico; è noto altresì che in molte patologie dello sviluppo esiste un legame tra alterazioni cerebrali e alterazioni a livello metabolico e gastro-intestinale. Il progetto di ricerca prevede di seguire questo legame sia nella patologia, sia nella fisiologia.
La ricerca farà uso delle neuroimmagini (tra cui la risonanza magnetica a campo ultra-alto del centro IMAGO7 di Calambrone) e di test percettivi che comprendono la misura del diametro pupillare (“una finestra sull’elaborazione corticale degli stimoli visivi” secondo gli studi recenti di Paola Binda), combinati con semplici interventi metabolici. Paola Binda propone una nuova “visione” del sistema visivo, importante non solo per il ruolo che la sensazione visiva riveste nella nostra percezione, ma anche come cartina tornasole dell’interazione tra cervello e corpo. Capire come vediamo, dunque, potrebbe aprire nuovi orizzonti per diagnosticare condizioni patologiche e sviluppare
nuovi approcci terapeutici che puntino a modificare il nostro modo di agire e di sentire attraverso interventi sulla fisiologia generale e sul metabolismo.
L'Elba è l'isola Toscana più ricca di specie vegetali, sono 1.098 quelle attualmente presenti di cui 8 endemiche, cioè esclusive dell'isola. Un patrimonio di biodiversità che però attualmente è a rischio, sia per i cambiamenti del paesaggio negli ultimi cinquanta anni, sia per la presenza di ben 101 specie aliene naturalizzate che rappresentano una minaccia per la conservazione della flora autoctona. È questo il quadro che emerge da due studi coordinati da Angelino Carta, ricercatore del dipartimento di Biologia dell'Università di Pisa, e realizzati con la stretta collaborazione del professore Lorenzo Peruzzi dell’Ateneo pisano per la parte floristica e di due colleghi dei Royal Botanical Gardens, Kew, e dell'Università di Friburgo per l’analisi del paesaggio. Le due ricerche, cioè l’inventario aggiornato e completo delle piante che crescono spontaneamente all'Elba e la mappatura delle modifiche del paesaggio vegetale, sono state pubblicate rispettivamente sulle riviste “Italian Botanist” e "Applied Geography".
“Si tratta di un lavoro durato quasi 10 anni e realizzato grazie alla collaborazione di appassionati ricercatori, anche non accademici – racconta Angelino Carta – un’opera fondamentale per conoscere e tutelare la biodiversità vegetale dell'isola, in particolare, l'inventario floristico è stato possibile soprattutto grazie al meticoloso lavoro svolto da Brunello Pierini”.
Zafferano dell’Elba (Crocus ilvensis), la specie endemica scoperta e descritta per la prima volta dai botanici Unipi
Come emerge dallo studio, il patrimonio vegetale dell’Elba è costituito soprattutto da piante mediterranee ma anche da numerose specie endemiche, tra cui ad esempio lo Zafferano dell’Elba (Crocus ilvensis), scoperto e descritto per la prima volta nel 2011 proprio dagli studiosi pisani. Di particolare interesse poi anche altre dieci specie che in Toscana si trovano solamente sull’isola, come ad esempio il timo arbustivo (Thymbra capitata), pianta diffusa in Italia del Sud e che trova proprio all’Elba il suo limite settentrionale.
“La ricchezza dell’isola d’Elba deriva dal fatto che sull’isola sono presenti contemporaneamente vari stadi evolutivi della vegetazione, dal pratello, alla macchia bassa sino al bosco – spiega Angelino Carta - una biodiversità sulla quale l’intervento dell’uomo nel passato ha inciso positivamente”.
Angelino Carta, dipartimento di Biologia, Unipi
Come la mappatura del paesaggio ha però rivelato, il declino dell'agricoltura negli ultimi cinquanta anni ha determinato una completa modifica del paesaggio vegetale, con il passaggio da un'isola in larga parte coltivata a un'isola in gran parte ricoperta da una fitta vegetazione, ma con una drammatica riduzione del numero e della varietà degli habitat vegetali.
“Se a questo aggiungiamo la diffusione di specie aliene, alcune delle quali note in Toscana solo per l’Arcipelago Toscano, come il loto americano (Diospyros virginiana) o l’albizia (Paraserianthes lophanta) – conclude Angelino Carta - non possiamo che lanciare un allarme per il futuro incerto per la conservazione della biodiversità vegetale”.