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Tecniche per Applicazioni Biomediche

Tecniche Avanzate per Applicazioni Biomediche

Questa Linea di Ricerca si articola in quattro Progetti interdisciplinari che coprono ricerche sul funzionamento del cervello e dei circuiti neuronali, sulle tecniche di adroterapia e sullo sviluppo di sensori oncogenici.

Il Progetto TECNOLOGIE PER LE NEUROSCIENZE (TNEU) si propone di sviluppare le tecnologie NMR biomediche e le metodiche di processo, e di sfruttarle per lo studio di fisiologia e patologie del sistema nervoso centrale. Si compone di tre parti:

Tecniche di Risonanza Magnetica Funzionale del Cervello (T-MENS) con l’obbiettivo di i) caratterizzare la risposta metabolica cerebrale e le relative correlazioni con l’emodinamica mediante tecniche di spettroscopia funzionale; ii) determinare le caratteristiche dinamiche dei network cerebrali durante neuro-modulazione, anche al fine di comprendere la plasticità cerebrale nell’invecchiamento e in seguito a eventi patologici;
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iii) sviluppare la visualizzazione funzionale del midollo spinale per migliorare le metodiche diagnostiche disponibili.

Risonanza Magnetica per lo Studio delle Microlesioni del Cervello (MICROBRADAM) che affianca le ricerche di T-MENS per lo sviluppo di tecniche per l’identificazione del danno microstrutturale in patologie neurodegenerative in fase precoce (su fondi europei del Programma H2020).

Piattaforma per l’Analisi Multimediale Integrata in Neuroscienze Applicate (PAMINA) per realizzare l’analisi di dati di neuro-immagini mediante routines avanzate su grid ad alte prestazioni (su fondi della Regione Lazio).

Il Progetto TECNOLOGIE PER L'ADROTERAPIA (TADR) riguarda l’adroterapia, una tecnica innovativa che utilizza particelle cariche accelerate per il trattamento del cancro. Le caratteristiche principali sono un’elevata precisione nell’irradiazione e un’alta capacità distruttiva del tumore, risparmiando i tessuti sani circostanti. Tale selettività spaziale richiede un miglioramento delle tecniche del monitoraggio del rilascio di dose nel paziente che si basano sull’utilizzo di particelle secondarie prodotte dal fascio che escono del paziente. Il Progetto TADR si compone di due parti.

Imaging Dosimetrico per Adroterapia (IMDO) per la realizzazione di un dose profiler che sfrutta la relazione tra la regione di massimo rilascio della dose (picco di Bragg) e la distribuzione dei punti di emissione di particelle cariche prodotte nei trattamenti che utilizzano ioni di Carbonio.

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Monitor for Neutron Dose in Hadrontherapy (MONDO) per lo studio parallelo (su fondi SIR del MIUR) della produzione di neutroni che possono rilasciare una dose significativa lontano dalla regione tumorale e potenzialmente dannosa, specie in presenza di pazienti in età pediatrica. È necessario uno sforzo sperimentale dedicato alla precisa caratterizzazione della produzione di neutroni veloci e ultraveloci, le cui sfide tecniche si accentrano su un rivelatore di neutroni con un'elevata efficienza di rivelazione e buona precisione di back-tracking.

Il Progetto MICROCIRCUITI NEURONALI LOCALI (MNL) si occupa della comprensione della organizzazione e delle funzioni del cervello.

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Il cervello rappresenta la più complessa struttura dell'Universo e controlla l’interazione degli animali e dell'uomo con l'ambiente generando il movimento, la percezione, il pensiero, la memoria e la coscienza. Tutto questo dipende dal modo in cui i neuroni, le principali cellule che costituiscono il cervello, interagiscono e comunicano a livello delle sinapsi, trasformando una enorme quantità di informazione in tempo reale. E’ però importante capire come fanno a emergere, da una moltitudine di azioni elementari (i neuroni sono circa 1000 miliardi e le sinapsi un milione di miliardi), funzioni così complesse. Il Progetto MNL, inserito nel Human Brain Project europeo, cerca di impiegare modelli matematici sofisticati per ricostruire la funzione neuronale, circuitale e cerebrale sulla base delle sue proprietà molecolari e microstrutturali. Questi modelli potranno poi essere impiegati per lo studio delle patologie del sistema nervoso, per la generazione di neuro-robots e nuove architetture di calcolo per i computers.

Il Progetto SENSORI DI POTASSIO E REGOLATORI ONCOGENICI (SPRO) intende definire in modo più accurato la curva di calibrazione del sensore per il potassio a G-quadruplex della sequenza PU27, relativa in particolare all'oncogene c-Myc. Tale sequenza ha mostrato un andamento lineare di risposta con l’incremento della concentrazione di potassio. Con PU27 come biosensore sarà possibile verificare l’eventuale perdita di potassio a seguito di irraggiamenti con raggi X e con protoni sul mezzo extracellulare delle cellule mammarie non tumorali umane. Lo scopo è di verificare quale dose porti un danno al citoscheletro, non solo alla membrana, e se il danno alla membrana o al citoscheletro causi perdita di potassio. Il Progetto SPRO intende anche sviluppare uno o più indici che quantifichino e possano correlarsi all'evidenza indiretta del danno alla membrana e/o al citoscheletro mostrata, con il biosensore, da un'eventuale perdita di potassio.

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Lo studio di questi indici si svolge in modo parallelo alla messa a punto del biosensore. Tali indici d'integrità saranno validati utilizzando dosi da 4 a 20 Gy, maggiori di quelle fino a ora utilizzate, e irraggiando le cellule con protoni oltre che raggi X. Infine il Progetto FLYINGLOW prevede lo studio sistematico della risposta alle basse dosi/bassi ratei di dosi di radiazioni in un sistema modello rilevante per la biologia umana, uno studio che può rappresentare un approccio interessante per la valutazione del rischio di esposizioni ambientali e mediche nella popolazione. Attualmente i dati sperimentali raccolti sembrano dare un'indicazione a favore dell’ipotesi che la radiazione ambientale possa aver contribuito allo sviluppo di meccanismi di difesa durante l’evoluzione degli organismi viventi (risposta adattativa). Il Progetto mira ad approfondire le basi molecolari della modulazione da parte della radiazione ambientale del metabolismo e della risposta a stress genotossico radioindotto nel moscerino della frutta Drosophila melanogaster. Gli esperimenti sono condotti in laboratori situati in condizioni di fondo ambientale crescente, a partire da quelle presenti in laboratori sotterranei (LNGS dell'INFN).

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