In Aleph, da oltre trent'anni, realizziamo laboratori nei quali le ricercatrici e i ricercatori amino lavorare per rendere il mondo un posto migliore. E quello che ti raccontiamo oggi è un progetto davvero speciale!
L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) è un centro di ricerca scientifica nato nel 2003 con sede centrale a Genova, una rete di centri dislocati in tutta Italia e due sedi estere negli USA, in collaborazione con MIT e Harvard.
L’IIT ha come principale obiettivo quello di promuovere lo sviluppo tecnologico per sostenere l’eccellenza nella ricerca di base e applicata.
L’attività dell’IIT afferisce a quattro principali domini di ricerca.
- La Robotica: progetta robot per diversi contesti, dalle fabbriche alle abitazioni, fino agli ospedali. Lo sviluppo riguarda sia hardware che software, integrando teoria del controllo, elettronica, intelligenza artificiale, psicologia e neuroscienze cognitive.
- I Nanomateriali: unità che sfrutta chimica avanzata, fisica e ingegneria per progettare materiali innovativi in ambiti come energia e sanità. L’obiettivo è migliorare le proprietà meccaniche, ottiche, termiche ed elettriche dei materiali per rispondere alle esigenze di sviluppo sostenibile.
- Le Scienze computazionali: si occupano di chimica e fisica computazionale, intelligenza artificiale e calcolo ad alte prestazioni (HPC). Tra le molte applicazioni possibili, questi strumenti supportano, ad esempio, la scoperta di nuovi farmaci e la progettazione in silicio di materiali innovativi.
- Il Life Tech: si concentra su biologia molecolare dell'RNA e neuroscienze. Utilizza metodi computazionali e di intelligenza artificiale per ingegnerizzare molecole che modulano i processi biochimici cellulari, applicazioni in genomica medica e medicina personalizzata. Include anche robotica per l’assistenza sanitaria e dispositivi intelligenti per la somministrazione di farmaci.
Laura Cancedda, responsabile dell’unità Brain Development and disease, insieme a Valter Tucci, responsabile dell’unità Genetics & Epigenethics of Behaviour, si sono concentrati sullo studio della molecola del bumetanide a livello preclinico, studiando gli effetti della molecola sulla qualità del sonno.
I risultati ottenuti, potranno fornire un supporto complementare al trial clinico attualmente in corso presso l’Ospedale Pediatrico Bambino Gesù, finalizzato a valutare l’impatto del bumetanide sul benessere e sulle capacità di memorizzazione di bambini e adolescenti con sindrome di Down.
Il bumetanide è un noto medicinale usato da sempre come diuretico (trattamento del sovraccarico di fluidi ed edema) soprattutto in stati come l’ipertensione. È un inibitore del cotrasportatore sodio-potassio-cloruro 2 (NKCC2).
I diuretici favoriscono l'eliminazione del liquido nella circolazione sanguigna, attraverso la riduzione del riassorbimento di cloruro di sodio e dell'acqua nel rene.
Valter Tucci: formazione e passioni
Valter, la sua formazione incrocia una laurea in psicologia e un dottorato in medicina del sonno. La sua ricerca è centrata da tempo sulle regolazioni epigenetiche del sonno.
Quali sono le ultime novità e scoperte scientifiche nel settore?
«Negli ultimi anni è emerso chiaramente come i meccanismi epigenetici – metilazione del DNA, modificazioni istoniche e RNA non codificanti – siano centrali nella regolazione del sonno e della memoria. Queste scoperte spiegano perché disturbi come i più comuni disturbi del sonno possano derivare da alterazioni epigenetiche stabili. Un aspetto innovativo riguarda la prospettiva di trattamenti personalizzati: la medicina di precisione, integrando profili genetici ed epigenetici individuali, potrà gradualmente guidare terapie mirate, dalle terapie epigenetiche a strategie comportamentali su misura.»
Cosa le ha insegnato la sua esperienza alla Boston University e al MIT?
«L’esperienza alla Boston University e al MIT mi ha insegnato soprattutto l’importanza dell’interdisciplinarità e della collaborazione internazionale. Ho potuto lavorare in ambienti in cui neuroscienze, biologia molecolare, ingegneria e informatica dialogano costantemente, generando approcci innovativi allo studio del sonno e del cervello. Questo mi ha trasmesso una mentalità orientata alla precisione metodologica, ma anche alla rapidità nel trasferire la ricerca di base verso applicazioni cliniche concrete.»
Cos'è il sonno e quali sono le sue principali fasi?
«Il sonno non è uno stato di spegnimento, ma un processo molto attivo in cui il cervello e il corpo svolgono funzioni vitali. Durante la notte alterniamo due grandi fasi: il sonno non-REM, che va dal sonno leggero a quello profondo e ci permette di recuperare energie, e il sonno REM, in cui sogniamo e fissiamo i ricordi. Questi cicli si ripetono più volte e garantiscono l’equilibrio tra riposo fisico e mentale.»
Perché è importante avere un buon sonno?
«Dormire bene significa proteggere memoria, concentrazione, umore e difese immunitarie. Al contrario, un sonno scarso o frammentato aumenta il rischio di ansia, depressione, obesità, malattie cardiache e persino declino cognitivo. In altre parole, il sonno è una vera medicina naturale che sostiene la salute a lungo termine.»
Quali sono le principali patologie del sonno?
«Le più diffuse sono l’insonnia, l’apnea ostruttiva del sonno (con frequenti interruzioni della respirazione), la sindrome delle gambe senza riposo e la narcolessia. Si tratta di disturbi che vanno oltre la stanchezza: influenzano profondamente la qualità della vita e spesso restano sotto diagnosticati.
La buona notizia è che oggi disponiamo di approcci terapeutici sempre più mirati e personalizzati. In Italia, inoltre, esiste una fitta rete di centri specializzati sul sonno, sotto l’AIMS, l’Associazione Italiana di Medicina del Sonno.»
Perché ha deciso di approfondire lo studio del bumetanide?
«Il bumetanide nasce come diuretico, ma diversi studi hanno mostrato che agisce anche sui meccanismi di eccitabilità neuronale. Questo lo rende interessante per il sonno e per alcune patologie neurologiche. In collaborazione con Laura Cancedda, abbiamo deciso di studiarlo perché rappresenta un esempio concreto di riposizionamento dei farmaci già esistenti: molecole note che possono avere nuove applicazioni, con tempi di sviluppo clinico più rapidi rispetto a composti del tutto inediti.»
Quali altre molecole sono utilizzate per migliorare la qualità del sonno?
«Oggi la ricerca guarda oltre i classici ipnotici. Accanto a melatonina e farmaci che agiscono sui recettori GABA, stanno emergendo molecole innovative che modulano i sistemi dell’orexina, dei neuropeptidi e persino i meccanismi epigenetici legati ai cicli sonno-veglia. L’obiettivo non è più solo indurre il sonno, ma migliorarne l’architettura e personalizzare i trattamenti in base al profilo biologico di ciascun paziente.»
Azione neurochimica del bumetanide
Come agisce il bumetanide a livello corticale sulla qualità del sonno e quali sono i risultati del vostro studio?
«Il nostro studio ha mostrato che il bumetanide agisce ristabilendo l’equilibrio tra eccitazione e inibizione nei circuiti corticali, che risulta alterato quando il trasporto di cloro è deregolato. Il farmaco ripristina la corretta trasmissione GABAergica. Questo si traduce in una migliore organizzazione delle onde lente durante il sonno profondo e in una riduzione della frammentazione dei cicli di sonno.
Abbiamo inoltre osservato un miglioramento nel contenuto informativo dei tracciati EEG: un segnale più ordinato e regolare, che riflette una maggiore capacità del cervello di processare le informazioni durante il riposo. In altre parole, il bumetanide non solo stabilizza l’architettura del sonno, ma favorisce una qualità più funzionale del sonno stesso.»
Progetti: Telethon, bibliografia
La sua ricerca in Telethon è da anni focalizzata sullo studio della sindrome di Prader-Willi.
Ci racconta cos’è e su cosa si concentra il suo studio?
«La sindrome di Prader-Willi è un disturbo del neurosviluppo che comporta gravi conseguenze cliniche, tra cui alterazioni del comportamento alimentare, del metabolismo e del sonno. La causa risiede in un difetto genetico che coinvolge una specifica regione del nostro genoma. In questa regione, alcuni geni vengono espressi solo se ereditati dal padre e altri solo se ereditati dalla madre.
L’obiettivo principale del mio laboratorio è comprendere i meccanismi che determinano questi sintomi e sviluppare approcci innovativi per correggerli. Negli ultimi anni abbiamo messo a punto una tecnica di editing epigenetico che potrebbe consentire di ristabilire il corretto equilibrio nell’espressione dei geni coinvolti, con la prospettiva di migliorare in modo significativo i sintomi della sindrome.»
Esiste un filo conduttore che accomuna la sua produzione bibliografica?
«Sì, il filo rosso è sempre stato capire come i meccanismi genetici ed epigenetici influenzano il comportamento umano. Nei miei libri e nelle mie ricerche ho cercato di raccontare questo legame da prospettive diverse: nel Mistero del sonno ho esplorato le basi biologiche e i segreti di una funzione vitale ancora poco compresa, andando contro alcuni dogma e mostrando una prospettiva dell’evoluzione delle specie su questo pianeta. Ne I geni del male ho indagato come le predisposizioni genetiche possano interagire con l’ambiente nel determinare comportamenti devianti.
In sintesi, il mio lavoro cerca di svelare come il DNA dialoghi con l’ambiente per costruire ciò che siamo, nei nostri punti di forza e nelle nostre fragilità.»
Laura Cancedda: formazione
Cosa l’ha spinta dopo la laurea in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche a specializzarsi con un dottorato in Neurofisiologia?
«È stato un caso. Io sono sempre stata interessata alle neuroscience e quindi ho scelto un laboratorio che facesse neurofarmacologia per la mia tesi. In quel laboratorio c’era una persona che collaborava con dei neurofisiologi e mi ha chiesto di darle una mano. Quello è stato l’inizio.»
Cosa pensa le abbia insegnato la sua esperienza all’Università di Berkeley in California?
«Facile: non avere paura di chiedere anche alle persone più famose. Quelle illuminate ti risponderanno sempre e sempre gentilmente.»
«Ho sempre studiato lo sviluppo del cervello in modelli preclinici con una particolare attenzione a come l’esperienza sia in grado di modellare i circuiti neuronali, soprattutto durante i primi anni di vita (i cosiddetti periodi critici).
Solo negli ultimi 15 anni mi sono dedicata allo studio del neurosviluppo in modelli patologici.»
Progetti Telethon: ci parla brevemente di questi due suoi importanti progetti?
«Telethon ha sempre creduto nella mia ricerca. Ad oggi, abbiamo due progetti sui quali stiamo attivamente lavorando per studiare meccanismi cellulare e molecolari alla base di disturbi dello spettro autistico come la X Fragile ed epilessie del neurosviluppo legate a specifiche mutazioni del gene NEXMIF.»
Cosa l’ha spinta a concentrarsi, negli anni, sullo studio del bumetanide?
«La bumetanide agisce in ultima istanza come un modulatore del neurotrasmettitore GABA, che è stato al centro della mia ricerca degli ultimi 20 anni. La scelta di concentrarsi su bumetanide è stata dettata dal fatto che sia un farmaco già utilizzato come diuretico e che quindi possa essere testato su pazienti direttamente in studi clinici di fase II.»
Oggetto di studio: applicazione del bumetanide nella Sindrome di Down
Cos’è la sindrome di Down e quali sono le principali implicazioni neurologiche di tale sindrome?
«La sindrome di Down è una condizione del neurosviluppo che deriva dalla triplicazione di tutto o parte del cromosoma 21. La sindrome si presenta con varie caratteristiche legate ad uno sviluppo atipico del cervello.
A livello comportamentale, questo si traduce nella grande maggioranza dei casi in difficoltà di apprendimento e memoria accompagnati da vari altre variazioni comportamentali inclusi disturbi del sonno, appunto.»
Applicazioni attuali
Il bumetanide è già impiegato attualmente per trattare i disturbi del sonno?
«Il bumetanide non è ancora mai stato utilizzato per questa indicazione.»
Applicazioni future
Quali sono le sue aspettative e quali gli obiettivi nella ricerca per il futuro?
«La ricerca sta andando verso una comprensione sempre più accurata dei meccanismi cellulari e molecolari alla base delle patologie del sistema nervoso centrale che tengano conto della componente genetica, ma anche ambientale cercando di considerare allo stesso tempo il peso delle variazioni individuali (la cosiddetta medicina di precisione).
L’idea, con tutta questa nuova conoscenza, è quella di trovare nuovi approcci terapeutici con maggiori probabilità di riuscita.»
Fasi della ricerca
Quali sono state le fasi dello studio clinico presso l'Ospedale Pediatrico Bambino Gesù di Roma?
«Presso l'Ospedale Pediatrico Bambino Gesù è in corso uno studio per verificare l’efficacia di un trattamento con Bumetanide nel migliorare il benessere e le capacità di memorizzazione di bambini e adolescenti con sindrome di Down. L’arruolamento è ancora in corso.»
Risultati delle ricerca
«Lo studio clinico è ancora in corso e quindi non ci sono ancora risultati disponibili.
Tuttavia i nostri studi a livello preclinico indicano che un trattamento con bumetanide ha le potenzialità di migliorare le capacità di apprendimento e memoria insieme al benessere generale e la qualità del sonno nelle persone con sindrome di Down.»
Come il bumetanide è in grado di agire a livello chimico e neuronale sul miglioramento di questi due aspetti?
«Il bumetanide agisce a livello del sistema GABAergico, che è il principale neurotrasmettitore inibitorio nel cervello. Il bumetanide agendo sul sistema GABAergico è quindi in grado di ristabilire il perfetto equilibrio tra eccitazione ed inibizione cerebrale favorendo la giusta comunicazione dei neuroni e quindi in ultima istanza delle funzioni cerebrali.»
Come sono legati i due aspetti tra loro?
«Capacità cognitive, qualità del sonno, e benessere generale sono ovviamente connesse tra loro. Una persona che dorme meglio avrà più capacità di concentrarsi e apprendere, e viceversa. Una persona che ha meno difficoltà di apprendimento e dorme meglio ha un migliore qualità della vita e viceversa.»
Ci spiega che cos'è il GABA?
«È un neurotrasmettitore cerebrale, quindi una molecola prodotta dai neuroni che ne media la comunicazione.»
Altri utilizzi della molecola
Per quali altre patologie neurologiche il bumetanide può essere di beneficio?
«Il Bumetanide è stato testato in modelli preclinici e in studi clinici di fase due con risultati incoraggianti in circa 30 differenti indicazioni terapeutiche che spaziano dai disturbi del neurosviluppo a malattie neurodegenerative e neurologiche, ma anche tumori.»
Utilizzi e impieghi attuali
Qual è attualmente l’utilizzo concreto del farmaco?
«Ad oggi l’unico uso approvato dagli enti regolatori è quello diuretico. Da qui l’importanza degli studi clinici di fase due su pazienti, come ad esempio quello dell'Ospedale Pediatrico Bambino Gesù su persone con sindrome di Down per poterne valutare, in un contesto professionale e sicuro, l’eventuale efficacia nel recupero delle capacità di apprendimento e memoria e in generale della qualità della vita.»
Scenari futuri
Quali sono gli scenari di applicazione futura del farmaco secondo lei?
«Come già menzionato, ci numerose altre indicazioni terapeutiche per le quali il riposizionamento di bumetanide potrebbe essere efficace.
Studi clinici su pazienti specifici dovranno essere realizzati prima di poter sapere con esattezza su quante di queste ci sarà un effettivo miglioramento della vita.»