La promessa di AHEAD? Riabilitare la vita di milioni di pazienti neurologici in tutto il mondo

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!

Leggere il cervello, neurone per neurone. 

È questa l’idea alla base del progetto AHEAD, che punta a cambiare il modo in cui si studiano le malattie neurodegenerative e si sviluppano nuovi farmaci.

«Il cervello umano è una rete molto complessa di cellule, i neuroni, che comunicano tra loro attraverso minuscoli segnali elettrici. Ogni pensiero, ogni movimento, ogni ricordo nasce da questa attività invisibile. Per anni, la scienza ha potuto osservare il cervello solo in modo indiretto: attraverso immagini, comportamenti o misure medie dell’attività cerebrale. Un po’ come cercare di capire una città guardando solo le luci accese dall’alto, senza sentire le voci delle persone.» Esordisce, con questa potente metafora, Giuseppe Santella, CEO di Corticale, giovane realtà italiana che sta attirando l’attenzione nel mondo della neurotecnologia, con l’ambizione di rivoluzionare il modo in cui si studia il cervello e si sviluppano terapie per le malattie neurologiche.

Questo significa entrare nel cuore dei meccanismi della malattia, invece di osservarne solo le conseguenze. 

Al centro di questa innovazione c’è la tecnologia SiNAPS, sviluppata da Corticale.

Il progetto AHEAD nasce dalla connessione di tre realtà con competenze molto diverse ma estremamente complementari, unite da un obiettivo condiviso: accelerare la scoperta di nuovi farmaci per le malattie neurologiche attraverso tecnologie di frontiera.

AHEAD è un progetto biennale finanziato dalla Regione Lombardia avviato dalla startup Corticale in collaborazione con il Dipartimento di danno neurologico e cardiovascolare dell’Istituto Mario Negri e la software house Inmatica, esperta in software avanzato, AI e machine learning.

L’obiettivo dichiarato della società è ambizioso: sviluppare interfacce cerebrali di nuova generazione (dispositivi che leggono l’attività elettrica del cervello con precisione e dettaglio senza precedenti) per supportare la ricerca scientifica, potenziare la diagnostica e, in prospettiva, aprire la strada a nuove applicazioni cliniche e terapeutiche.

La piattaforma utilizzata è ad altissima risoluzione ed è basata sulla tecnologia SiNAPS la cui caratteristica è legata alla presenza di sensori in grado di registrare l'attività elettrica neurone per neurone. 

«Corticale è stata creata per portare questa tecnologia fuori dal laboratorio e renderla disponibile all’industria e alla comunità scientifica internazionale», spiega Santella.

Lo scopo è quello di comprendere le risposte neuronali a danni come ictus o traumi e lavorare sull’avvio di nuove terapie farmacologiche e trattamenti neuroprotettivi.

E i risultati portati da Santella già parlano chiaro: «Negli ultimi anni l’azienda ha pubblicato risultati scientifici e ha avviato collaborazioni internazionali che confermano il potenziale della tecnologia SiNAPS, con la promessa di realizzare la prossima generazione di BCI utili a riabilitare la vita di milioni di pazienti neurologici in tutto il mondo.»

Il ruolo dell’AI? L’intelligenza artificiale entra in gioco come strumento per riconoscere questi segnali all’interno di enormi quantità di dati, facendo emergere correlazioni che sarebbero impossibili da individuare manualmente.

Cos’è Corticale e come nasce?

«Fondata nel 2021 a Genova, Corticale SRL è un’azienda neurotech OEM (Original Equipment Manufacturer) dedicata alla progettazione, produzione e commercializzazione di dispositivi elettronici impiantabili ad altissima densità in grado di ascoltare l’attività del cervello a livello di singolo neurone.

La nascita dell’azienda nasce da un passaggio di testimone tra ricerca accademica e impresa: la tecnologia su cui si basa, chiamata SiNAPS (Simultaneous Neural Active Pixel Sensors), ha le sue radici nei laboratori dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova (IIT). 

Il team di Corticale combina competenze scientifiche, ingegneristiche e manageriali, e include co-fondatori con esperienza nella ricerca avanzata sui dispositivi BCI (brain-computer interface) e nella microelettronica, oltre a figure con consolidata esperienza industriale per guidare la crescita dell’azienda.»

In cosa consiste il progetto AHEAD (AI-driven High-density Electrophysiology for Advanced Drug Discovery)?

«Il progetto AHEAD consiste nello sviluppo e nella validazione di una piattaforma tecnologica avanzata per la ricerca preclinica sui farmaci, basata sulla combinazione di elettrofisiologia in vivo ad altissima risoluzione spazio-temporale e modelli di intelligenza artificiale.

In sintesi, AHEAD mira a:

• realizzare una piattaforma hardware e software capace di registrare l’attività elettrica di migliaia di neuroni simultaneamente, con risoluzione a livello di singola cellula, mediante sonde neurali ad altissima densità (tecnologiaSiNAPS);
• integrare l’acquisizione dati con infrastrutture software locali e cloud, includendo algoritmi di AI e machine learning per l’analisi automatica dei segnali elettrofisiologici;
• identificare biomarcatori elettrofisiologici affidabili e predittivi per lo studio della neurodegenerazione e della risposta ai trattamenti farmacologici;
• migliorare la qualità e la capacità predittiva dei modelli animali nella fase preclinica, riducendo tempi, costi e numero di animali impiegati;
• validare la piattaforma su un caso di studio rilevante, il trauma cranico (TBI), come modello controllato di insorgenza della neurodegenerazione, con potenziale estensione ad altre patologie (Alzheimer, Parkinson, SLA, demenze).

• Dal punto di vista operativo, il progetto copre l’intera catena del valore preclinico:
• progettazione e sviluppo dell’hardware di acquisizione dati e del firmware real-time;
• sviluppo del software di acquisizione, visualizzazione e gestione dei dati;
• realizzazione di una piattaforma cloud per storage e analisi avanzata;
• addestramento e validazione di modelli AI per l’estrazione di pattern e biomarcatori;
• validazione sperimentale in modelli animali secondo protocolli consolidati.

• Il partenariato vede:
• Corticale SRL come capofila e responsabile delle componenti hardware e della piattaforma elettrofisiologica;
• Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri per la validazione preclinica e scientifica;
• Inmatica SpA per lo sviluppo software, cloud e AI.

L’obiettivo finale è raggiungere un prototipo pre-commerciale con TRL 7, pronto per l’adozione in contesti di ricerca farmaceutica avanzata, capace di accelerare il drug discovery e migliorare la traslazione dei risultati preclinici verso la clinica.»

Come nasce il progetto e la sua join venture con l’Istituto Mario Negri e la società Inmatica?

«Il progetto AHEAD nasce dalla connessione di tre realtà con competenze molto diverse ma estremamente complementari, unite da un obiettivo condiviso: accelerare la scoperta di nuovi farmaci per le malattie neurologiche attraverso tecnologie di frontiera.

La collaborazione tra queste tre realtà è nata proprio perché nessuno dei partner, da solo, avrebbe potuto coprire tutte le fasi necessarie per realizzare una piattaforma così avanzata:

• Corticale ha la tecnologia di sensori;
• Mario Negri ha l’esperienza scientifica su modelli preclinici e farmacologia;
• Inmatica ha i sistemi software necessari per l’analisi dei dati. 

Mettere insieme queste competenze ha permesso di progettare un’iniziativa in grado non solo di essere finanziata con successo, ma di produrre risultati con un potenziale impatto scientifico, tecnologico e socio-economico internazionale.

Secondo i partner, AHEAD non si limita alla ricerca tecnologica: punta a ridurre tempi e costi nella scoperta di nuovi farmaci, a offrire dati più affidabili e dettagliati per capire come i neuroni rispondono a danni o a trattamenti, e in prospettiva a fornire strumenti che possano essere adottati ovunque nel mondo per migliorare i percorsi di ricerca farmacologica nel campo delle malattie neurologiche.»

Quali sono i suoi destinatari?

«I destinatari del progetto AHEAD sono principalmente:

• aziende farmaceutiche e biotech impegnate nello sviluppo di nuovi farmaci per patologie neurologiche e neurodegenerative;
• centri di ricerca preclinica e organismi di ricerca che utilizzano modelli animali per la valutazione di efficacia e sicurezza dei farmaci;
• CRO (Contract Research Organization) attive nel drug discovery e nello sviluppo preclinico;
• istituti di ricerca pubblici e privati interessati a metodologie avanzate di analisi dell’attività cerebrale;
• in prospettiva, il sistema sanitario e i pazienti, come beneficiari indiretti di terapie più efficaci sviluppate in tempi più rapidi.

Il progetto non è rivolto direttamente al paziente finale, ma agli attori della filiera della ricerca e sviluppo farmacologico.»

Quali patologie tratta AHEAD?

«Il progetto è focalizzato sulle patologie neurodegenerative, con particolare attenzione a:

• trauma cranico (TBI – Traumatic Brain Injury), utilizzato come modello principale di studio;
• malattia di Alzheimer;
• malattia di Parkinson;
• sclerosi laterale amiotrofica (SLA);
• demenze e altre condizioni neurodegenerative progressive.

Il TBI è scelto come caso di studio perché rappresenta un modello in cui l’evento scatenante della neurodegenerazione è noto e temporalmente definito, consentendo di studiare in modo controllato i meccanismi di transizione dal danno acuto alla degenerazione cronica. 

Le metodologie sviluppate sono comunque progettate per essere trasferibili ad altre patologie neurodegenerative.»

Quale scopo si prefigge il progetto?

«Lo scopo del progetto AHEAD è sviluppare e validare una piattaforma tecnologica integrata che migliori in modo significativo l’efficacia, la predittività e l’efficienza della fase preclinica nello sviluppo di nuovi farmaci per le malattie neurodegenerative.

In particolare, il progetto si prefigge di:

• fornire uno strumento avanzato per la raccolta di dati elettrofisiologici in vivo ad altissima risoluzione spazio-temporale;
• integrare tali dati con algoritmi di intelligenza artificiale per l’identificazione automatica di biomarcatori e pattern patologici;
• aumentare la capacità predittiva dei modelli animali rispetto agli esiti clinici;
• ridurre tempi, costi e numero di animali utilizzati nella sperimentazione preclinica;
• accelerare il processo di drug discovery e la selezione dei candidati terapeutici più promettenti;
• arrivare a una piattaforma validata in ambiente operativo realistico, con livello di maturità tecnologica TRL 7, pronta per l’uso pre-commerciale.

In sintesi, AHEAD mira a colmare il divario tra ricerca preclinica e applicazione clinica, introducendo nuovi standard tecnologici per lo sviluppo di terapie neurofarmacologiche.»

Quale tecnologia viene utilizzata per leggere il cervello neurone per neurone?

«Leggere il cervello, neurone per neurone. 

È questa l’idea alla base del progetto AHEAD, che punta a cambiare il modo in cui si studiano le malattie neurodegenerative e si sviluppano nuovi farmaci.

Il cervello umano è una rete complessissima di cellule, i neuroni, che comunicano tra loro attraverso minuscoli segnali elettrici. Ogni pensiero, ogni movimento, ogni ricordo nasce da questa attività invisibile. Per anni, la scienza ha potuto osservare il cervello solo in modo indiretto: attraverso immagini, comportamenti o misure medie dell’attività cerebrale. Un po’ come cercare di capire una città guardando solo le luci accese dall’alto, senza sentire le voci delle persone.

Il progetto AHEAD fa un passo oltre. Grazie a una nuova tecnologia, è possibile ascoltare direttamente ciò che fanno i singoli neuroni, uno per uno, mentre il cervello è in funzione. Questo significa entrare nel cuore dei meccanismi della malattia, invece di osservarne solo le conseguenze. 

Al centro di questa innovazione c’è la tecnologia SiNAPS, sviluppata da Corticale SRL.»

Cos’è la tecnologia SiNAPS?

«SiNAPS è una sonda microscopica (inferiore alla dimensione di un capello umano), realizzata in silicio, progettata per essere inserita nel cervello in modo minimamente invasivo. Sulla sua superficie sono integrati migliaia di sensori micrometrici, ciascuno capace di rilevare l’attività elettrica dei neuroni vicini.

Per rendere l’idea, è come passare da una fotografia sfocata a un’immagine ad altissima risoluzione. Dove prima si vedeva solo un segnale generale, ora si distinguono i singoli neuroni e il modo in cui comunicano tra loro. Tutti questi segnali vengono raccolti e trasformati in dati, che possono poi essere analizzati da computer e algoritmi di intelligenza artificiale.

Perché è così importante? Perché molte malattie del cervello, come Alzheimer, Parkinson o le conseguenze di un trauma cranico, iniziano molto prima che compaiano i sintomi evidenti. Con una tecnologia come SiNAPS è possibile individuare segnali precoci di malattia e osservare in modo diretto come il cervello reagisce a un farmaco, quasi in tempo reale.

Nel contesto del progetto AHEAD, questo approccio permette di testare nuove terapie in modo più preciso e affidabile. Le ricercatrici e i ricercatori possono capire prima se un trattamento funziona, ridurre i tempi di sviluppo dei farmaci e limitare il numero di animali utilizzati negli studi preclinici.

In altre parole, SiNAPS consente di “ascoltare” il cervello come non lo era mai stato.»

Quali sono i risultati ottenuti fino ad oggi? Ci sono dati evidenziati che possano essere degni di nota?

«Negli ultimi anni la ricerca neuroscientifica ha dimostrato che osservare il cervello con un livello di dettaglio sempre più fine non è solo possibile, ma anche estremamente informativo. 

Le sonde SiNAPS sviluppate da Corticale hanno già mostrato, in ambito preclinico, di poter “ascoltare” l’attività di molti neuroni contemporaneamente in modo stabile e affidabile, restituendo un quadro molto più ricco rispetto alle tecniche tradizionali. Questo ha permesso alle scienziate e agli scienziati di vedere non solo se il cervello funziona o no, ma come funziona, momento per momento, e come cambia nel tempo.

Queste evidenze sono importanti perché indicano che nei segnali elettrici del cervello sono presenti informazioni profonde sullo stato di salute del tessuto nervoso. In diversi studi scientifici, pattern specifici di attività neuronale sono già stati messi in relazione a condizioni patologiche, a fasi di progressione della malattia o a risposte a trattamenti sperimentali. In altre parole, il cervello parla, e queste tecnologie permettono finalmente di ascoltarlo con sufficiente chiarezza.

È su questa base che nasce il progetto AHEAD. L’idea non è ripartire da zero, ma costruire su risultati già concreti: se le sonde SiNAPS riescono a generare dati così dettagliati e affidabili, allora esistono i presupposti per usarli in modo sistematico per individuare segnali ricorrenti, cioè biomarcatori, legati alle neuropatologie. L’intelligenza artificiale entra in gioco come strumento per riconoscere questi segnali all’interno di enormi quantità di dati, facendo emergere correlazioni che sarebbero impossibili da individuare manualmente.

In questo senso, AHEAD rappresenta un passo naturale successivo: trasformare dati elettrofisiologici ad altissima risoluzione in conoscenza utile per la ricerca farmacologica. Se è possibile capire come cambia l’attività del cervello quando una malattia inizia o quando un farmaco funziona, diventa anche possibile testare nuove terapie in modo più rapido, mirato e affidabile.

In sintesi, le evidenze scientifiche già disponibili indicano che la tecnologia SiNAPS funziona, che i dati che produce sono ricchi di informazioni e che, con l’aiuto dell’intelligenza artificiale, questi dati possono diventare la chiave per individuare biomarcatori utili alla scoperta e allo sviluppo di nuovi farmaci. Su queste basi solide, il progetto AHEAD non è solo ambizioso, ma realisticamente realizzabile.»

Qual è il ruolo dell’AI all’interno della piattaforma tecnologica utilizzata per la scansione?

«All’interno della piattaforma tecnologica sviluppata nel progetto AHEAD, l’intelligenza artificiale svolge un ruolo centrale e abilitante: è lo strumento che rende davvero possibile interpretare ciò che viene ascoltato dal cervello.

Le sonde neurali utilizzate nel progetto sono in grado di registrare l’attività elettrica di migliaia di neuroni contemporaneamente, producendo una quantità enorme di dati. Ogni secondo di registrazione genera informazioni estremamente complesse, fatte di impulsi, variazioni e interazioni tra neuroni. Senza strumenti avanzati di analisi, questi dati resterebbero in gran parte inutilizzabili.

Nel contesto della ricerca farmacologica, questo approccio è particolarmente prezioso. L’AI consente di confrontare in modo oggettivo l’attività cerebrale prima e dopo la somministrazione di un farmaco, aiutando le ricercatrici e i ricercatori a capire se e come un trattamento stia realmente modificando il funzionamento del cervello. Non si tratta più solo di osservare effetti indiretti o comportamentali, ma di vedere direttamente l’impatto del farmaco sull’attività neuronale.

Un altro aspetto chiave è la riduzione della variabilità e dell’errore umano. L’analisi tradizionale dei dati neurobiologici è spesso influenzata dall’esperienza dell’operatrice o dell’operatore e da interpretazioni soggettive. L’intelligenza artificiale, invece, applica criteri coerenti e ripetibili, rendendo i risultati più affidabili e confrontabili nel tempo.

In prospettiva, l’AI permette anche di accelerare in modo significativo lo sviluppo di nuovi farmaci. Identificando rapidamente segnali di efficacia o inefficacia, la piattaforma AHEAD consente di concentrare risorse e investimenti solo sui trattamenti più promettenti, riducendo tempi, costi e il numero di animali utilizzati nella sperimentazione.

In sintesi, nell’ecosistema tecnologico di AHEAD l’intelligenza artificiale non è un elemento accessorio, ma il motore interpretativo della piattaforma: è ciò che trasforma l’ascolto dettagliato del cervello, neurone per neurone, in conoscenza utile per sviluppare terapie più efficaci contro le malattie neurodegenerative.»

Come vede l’espansione dell’AI nel settore dell’elettrofisiologia medicale?

«L’espansione dell’intelligenza artificiale nel settore dell’elettrofisiologia medicale è vista come un passaggio chiave e ormai inevitabile.

L’elettrofisiologia moderna genera enormi quantità di dati complessi e ad altissima risoluzione, difficili da interpretare con strumenti tradizionali. L’AI consente di trasformare questi dati grezzi in informazione utile, individuando pattern, segnali precoci di malattia e risposte ai trattamenti.

Un aspetto sempre più centrale è il ruolo dell’AI come integratore di dati biomedicali eterogenei. 

Oltre ai segnali elettrofisiologici, l’intelligenza artificiale permette di combinare e analizzare congiuntamente:

• dati comportamentali;
• biomarcatori ematici e molecolari;
• dati di imaging;
• informazioni genetiche e genomiche.

Questa integrazione multimodale consente una visione più completa dei meccanismi di malattia, superando l’analisi di singole misure isolate e migliorando la capacità predittiva dei modelli.

Nel complesso, l’AI sta guidando il settore verso:

• analisi automatizzate e riproducibili;
• biomarcatori più robusti e clinicamente rilevanti;
• una maggiore correlazione tra attività cerebrale, stato biologico e risposta terapeutica.

In prospettiva, la combinazione di elettrofisiologia ad alta risoluzione e AI multimodale è, secondo noi, destinata a diventare uno standard nella ricerca preclinica e, progressivamente, nelle applicazioni cliniche.»