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Cancro al colon, campanello d’allarme nel microbioma intestinale

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C’è una forte correlazione tra la composizione del microbioma intestinale e il cancro al colon-retto. La popolazione batterica intestinale di una persona colpita da questo tipo di tumore presenta delle caratteristiche specifiche.

collegamento è stato registrato con chiarezza da un gruppo di ricerca del Dipartimento Cibio dell’Università di Trento in collaborazione con team allo Iigm (Istituto italiano per la medicina genomica) di Torino, al Dipartimento di Informatica dell’Università di Torino e allo Ieo (Istituto europeo di oncologia) di Milano nell’ambito di una più ampia collaborazione scientifica internazionale.

I risultati dello studio, realizzato grazie a un finanziamento della Lega italiana per la lotta contro i tumori (Lilt), sede provinciale di Trento, sono stati pubblicati oggi sulla rivista “Nature Medicine”.

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L’articolo del gruppo dell’Università di Trento è uscito in contemporanea con un lavoro scientifico complementare sullo stesso tema e la medesima testata, guidato da un team di Embl (The European Molecular Biology Laboratory) di Heidelberg con contributi dagli stessi gruppi italiani.

Il carcinoma al colon-retto è una delle più comuni neoplasie di natura maligna e si sviluppa a partire da gruppi di “cellule impazzite“, localizzate nella parete interna della parte finale dell’apparato digerente.

Le cause non sono ancora del tutto chiare, ma nelle forme non ereditarie – che sono la grande maggioranza – la componente genetica può spiegare solo in minima parte l’incidenza della malattia.

Altri fattori che hanno un ruolo nello sviluppo della malattia sono le abitudini alimentari e lo stile di vita.

Il nuovo studio suggerisce ora che anche il microbioma intestinale deve essere preso in considerazione, vista la marcata correlazione tra la composizione del microbioma e presenza di carcinomi.

«Nei campioni fecali di persone affette da cancro al colon abbiamo osservato la presenza di un insieme di batteri “marcatori” del carcinoma, in primis il Fusobacterium nucleatum che era già stato associato alla malattia, ma anche una decina di altri batteri che rafforzano tale associazione» commenta Nicola Segata, responsabile del laboratorio di Metagenomica computazionale al Cibio e coordinatore del lavoro.

Ricercatori e ricercatrici dell’Università di Trento, nella raccolta dei campioni hanno collaborato con l’Ieo di Milano, l’Iigm di Torino e la Clinica Santa Rita di Vercelli, mentre altri gruppi di ricerca hanno fornito campioni provenienti da strutture sanitarie in Germania e Giappone.

«L’aspetto interessante è che l’insieme di batteri fortemente associati al carcinoma del colon-retto è lo stesso in popolazioni completamente distinte che hanno solitamente un microbioma intestinale abbastanza diverso. L’inclusione nell’analisi di campioni raccolti in studi passati ha ulteriormente rafforzato e validato tali risultati» prosegue Segata.

Il metodo di ricerca è consistito nell’analizzare un migliaio di campioni fecali con l’approccio della metagenomica computazionale: «Si tratta del sequenziamento massivo e parallelo del materiale genetico presente in tali campioni che, tramite avanzati metodi bioinformatici sviluppati dal nostro laboratorio, ci permette di identificare organismi e geni microbici presenti nel microbioma intestinale».

Lo studio si è avvalso di un approccio multidisciplinare. «All’analisi metagenomica che genera una gran mole di dati sono, infatti, seguite analisi statistiche e di apprendimento automatico che hanno considerato campioni provenienti da un totale di nove diverse popolazioni mondiali».

Ma non sono solo batteri e altri microorganismi del microbioma a essere associati al cancro al colon-retto. «Abbiamo osservato che nei soggetti affetti da carcinoma, il microbioma possiede un numero statisticamente più elevato di copie di un gene che codifica per un enzima chiamato cutC. Questo enzima è coinvolto nel metabolismo della colina – un composto organico preveniente dalla dieta – e nella conseguente produzione di una molecola (la trimetilammina) che è stata associata in altri studi a un rischio più elevato di contrarre il cancro al colon-retto».

Quanto è importante questa scoperta della connessione tra il microbioma intestinale e il cancro al colon-retto sul piano della diagnosi precoce e dell’efficacia delle terapie?

Segata spiega: «Il fatto che il microbioma rilevato nelle feci sia altamente predittivo per la presenza della malattia è importante perché, combinato con altri test disponibili come quello del sangue occulto nelle feci, potrebbe aumentare l’accuratezza diagnostica di test non invasivi».

Ma aggiunge che «sul piano terapeutico, sebbene si sia visto per altri tumori che la composizione del microbioma è in qualche misura collegata con l’efficacia dei nuovi approcci immunoterapici, è ancora troppo presto per pensare di agire direttamente sul microbioma per migliorare le terapie esistenti».

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Sensori microelettronici e microrna: il mix vincente per la diagnosi del tumore ai polmoni

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Sono passati quasi quattro anni dall’avvio della collaborazione tra università e di aziende nel consorzio miRNA-DisEASY per l’ideazione di un nuovo tipo di dispositivo capace di diagnosticare tempestivamente il tumore al polmone.

Con due studi pubblicati su importanti riviste scientifiche (Analytical Chemistry e Talanta), oggi il consorzio raccoglie i primi frutti e si prepara alla prossima fase operativa: passare alla realizzazione concreta di questi sistemi innovativi di diagnosi fruttando le competenze maturate in biologia molecolare, chimica e optoelettronica.

Questa nuova fase del progetto sarà illustrata e discussa mercoledì prossimo in occasione del seminario “Small but mighty: microRNAs and microtechnologies for the diagnosis of lung cancer” in calendario per domani, mercoledì 13 novembre nella sede del Dipartimento Cibio al Polo scientifico e tecnologico Fabio Ferrari (Povo due, aula B107).

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Il seminario, che si terrà in inglese, sarà rivolto in particolare alla comunità scientifica e al personale medico.

Il progetto “miRNA-DisEASY” (microRNA biomarkers in an innovative biophotonic sensor kit for high-specific diagnosis) è un progetto della durata di quattro anni promosso e coordinato da Optoelettronica Italia srl (Optoi), impresa trentina leader nella sensoristica ottica e nelle tecnologie microelettroniche.

Il progetto è stato finanziato con 450 mila euro nell’ambito del programma quadro europeo per la ricerca e l’innovazione Horizon 2020 (Marie Sklodowska Curie Action) e reso possibile grazie alla mobilità internazionale e intersettoriale di ricercatori e ricercatrici e di personale altamente qualificato.

L’Università di Trento partecipa al consorzio con il Laboratorio di Biologia e Biotecnologia dell’RNA del Dipartimento CIBIO, diretto dalla professoressa Michela Alessandra Denti.

Nell’ambito del progetto europeo l’attività del Laboratorio è finalizzata all’identificazione di microRNA utilizzabili come biomarcatori per i tumori del polmone e all’implementazione della loro misurazione mediante il dispositivo diagnostico sviluppato dalle aziende partecipanti. Al progetto ha lavorato in particolare un giovane ricercatore trentino, Simone Detassis, dottorando di ricerca in Scienze Biomolecolari al Cibio.

Detassis è anche il principale autore del lavoro scientifico “A new platform for the direct profiling of microRNAs in biofluids” pubblicato sul giornale Analytical Chemistry lo scorso aprile.
Cosa sono i microRNA? A spiegarlo è Michela Denti (foto sotto): «I microRNA sono delle piccolissime molecole che regolano l’espressione delle proteine nel nostro organismo e in quello di tutti gli animali.

Dalla scoperta dell’esistenza dei microRNA 25 anni fa, fino ad oggi, si sono progressivamente comprese la vastità e la diversità di questa classe di geni e la loro importanza. Ogni singolo microRNA ha la capacità di inibire la sintesi proteica di oltre seimila geni diversi e ogni gene può essere regolato da centinaia di microRNA diversi. Negli ultimi anni, i microRNA stanno attirando un crescente interesse da parte della comunità scientifica e clinica, come nuovi potenziali marcatori per la diagnosi e prognosi di diversi tipi di tumore e di altre malattie, patologie cardiovascolari incluse.

Inoltre, è recente la consapevolezza che i microRNA sono “impacchettati” dentro a piccole vescicole che vengono poi secrete nel sangue, nel liquido cefalorachidiano e negli altri fluidi biologici. La ricerca sta accumulando prove che dimostrano come, così “impacchettati”, i microRNA possano funzionare da segnali che permettono alle cellule dell’organismo di comunicare tra loro».

«Per sviluppare un dispositivo diagnostico innovativo abbiamo scelto di scommettere sui microRNA perché rispondono a criteri clinici, analitici e pratici, ed hanno quindi tutte le caratteristiche del biomarcatore ideale» spiega Cristina Ress, (foto titolo) coordinatrice del progetto e capo della divisione biomedicale di Optoi. «Forniscono indicazioni affidabili prima dell’insorgenza dei sintomi clinici, quindi sono utili per una diagnosi precoce. Sono sensibili ai cambiamenti della patologia, si possono rilevare facilmente dai fluidi come il sangue, le urine o la saliva. In più sono facilmente trasferibili dai modelli di laboratorio all’essere umano. Lungo la via ci siamo però scontrati anche con alcune sfide di natura tecnica, che abbiamo superato con grande entusiasmo e ricorrendo ad un approccio fortemente interdisciplinare».

«Il limite all’introduzione dei microRNA come validi biomarcatori nella pratica clinica è legato soprattutto alla difficoltà che le attuali tecnologie a nostra disposizione hanno nel garantire sistemi di misurazione economici e soprattutto affidabili» aggiunge Simone Detassis.

Ma Il consorzio miRNA-DisEASY ha raccolto la sfida unendo le tecnologie di Optoi e DestiNA Genomica per realizzare un’analisi diretta dei microRNA nel plasma di pazienti con tumore al polmone. «Le tecnologie standard a nostra disposizione attualmente devono necessariamente estrarre i microRNA dal materiale di partenza e successivamente amplificarlo per poterlo rendere visibile agli strumenti di lettura. Questo processo, non solo è lungo e costoso, ma porta a diversi errori di analisi che non ci possiamo permettere in ambito clinico. Il nostro dispositivo invece, riesce a catturare i microRNA direttamente nel plasma dei pazienti e misurarne la quantità. Si propone quindi, come un modello innovativo di studio dei microRNA nei biofluidi, affidabile ed economico».

«La chimica di DestiNA si sposa perfettamente con la tecnologia fotonica di Optoi. Le due aziende stanno lavorando insieme da qualche anno, generando una forte squadra volta allo sviluppo di una piattaforma tecnologica per la rilevazione diretta di biomarcatori» spiega fferma Hugh Ilyine, direttore esecutivo di DestiNA Genomica, impresa innovativa spagnola operante nel settore delle biotecnologie, che ha sviluppato una tecnologia chimica per il riconoscimento di specifiche sequenze di acidi nucleici.

Per Alfredo Maglione, presidente di Optoi: «La sinergia tra imprese, università e centri di ricerca è uno dei grandi motori per generare quello che amiamo chiamare innovazione concreta. Questo è un primo importante risultato, che pone le basi per ulteriori sviluppi in ambito tecnologico, industriale e applicativo. Il potenziale è enorme, sta a noi tradurlo in realtà a beneficio del progresso nel settore medico-sanitario, della società, delle imprese e del territorio».

Al consorzio partecipano anche il consorzio l’Università di Granada (Spagna), l’Università Federale di Santa Catarina (Brasile), la Hannover Medical School (Germania) e l’impresa bioinformatica GeneXplain (Germania).

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Trasporti sui sentieri: ora ci pensa il mulo robot

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Università di Trento e Istituto Italiano di Tecnologia insieme per implementare le capacità del robot quadrupede HyQ-Blue made in IIT.

Adatto per la montagna, resistente e agile, in grado di muoversi su terreni impervi, trasportare carichi pesanti e andare al trotto. L’accordo coinvolge il Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Ateneo trentino e il laboratorio Dynamic Legged Systems dell’IIT di Genova.

Non segnerà la fine immediata dello sfruttamento degli animali nel trasporto di carichi pesanti su terreni accidentati, ma il robot quadrupede HyQ-Blue (Hydraulic Quadruped) apre senza dubbio le porte a scenari promettenti.

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Il robot, al centro di un accordo di collaborazione tra Università di Trento e Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, è stato trasferito da Genova all’Università di Trento dove verrà studiato per i prossimi tre anni.

L’idea della collaborazione e del comodato d’uso nasce dagli ottimi rapporti tra le due istituzioni e dall’impegno congiunto tra il ricercatore IIT Michele Focchi e Andrea Del Prete, in passato ricercatore IIT, ora ricercatore al Dipartimento di Ingegneria industriale dell’Università di Trento.

L’obiettivo a lungo termine del progetto è creare software, algoritmi e hardware robusti per robot quadrupedi che riescano ad accedere a zone impervie caratterizzate da terreni accidentati e che possano intervenire, quindi, in caso di catastrofi naturali, nelle ispezioni di luoghi inacessibili all’uomo e a supporto di attività gravose in montagna e nell’ambito agricolo.

Una delle prime sfide è il controllo della locomozione. «Cercheremo di migliorare ulteriormente le capacità di HyQ–Blue per avvicinarci sempre più a delle prestazioni necessarie per applicazioni reali. – dichiara Andrea Del Prete, responsabile scientifico dell’accordo per l’Ateneo di Trento – Useremo algoritmi di apprendimento automatico per velocizzare le tecniche di controllo del robot (basate su ottimizzazione numerica) e quindi migliorare le sue capacità di reazione ai disturbi e agli imprevisti. Inoltre, il robot sarà usato come piattaforma di validazione degli algoritmi di controllo sviluppati nelle attività di ricerca del Dipartimento».

«Nel contesto trentino – spiega Michele Focchi, ricercatore IIT – questo robot potrebbe trovare applicazioni per attività in montagna, come ad esempio il trasporto di oggetti pesanti su sentieri estremamente accidentati, dove i robot con ruote o cingoli non riescono a muoversi o in condizioni ambientali e climatiche sfavorevoli a supporto del soccorso alpino».

Progettato e costruito all’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, nel laboratorio Dynamic Legged Systems, diretto da Claudio Semini, HyQ-Blue fa parte della serie di robot animaloidi HyQ azionati idraulicamente (non elettrici), sviluppati dai ricercatori dell’IIT a partire dal 2007 traendo ispirazione dalla natura.

Il design del robot è stato pensato, infatti, ispirandosi per dimensioni e forza, ad animali estremamente resistenti e in grado di muoversi su ogni tipo di terreno. HyQ-Blue pesa 90 chili, è lungo 1 metro, ha il corpo in lega di alluminio, è capace di camminare, trottare, salire e scendere scale, portare e trainare pesi, proprio come farebbero i  muli degli Alpini.

Grazie agli attuatori idraulici HyQ è uno dei pochi robot quadrupedi al mondo che riesce a compiere movimenti veloci e precisi nello stesso tempo. Oltre a sensori di posizione che gli permettono di posizionare accuratamente le zampe, possiede anche sensori di equilibrio (inerziali) e di forza che gli permettono di percepire la forza esercitata sul terreno e all’occorrenza camminare con passo “felpato”.

Inoltre HyQ-Blue è in grado di acquisire e costruire in tempo reale una mappa tridimensionale dell’ambiente che lo circonda, ciò gli permette di avere un alto grado di autonomia nell’evitare ostacoli e nel selezionare dove mettere le zampe proprio come farebbe un animale vero. Per quanto riguarda invece i comandi di più alto livello (come andare avanti/indietro, di lato, ruotare sul posto, alzarsi/abbassarsi) HyQ è teleoperato via wireless tramite un “joypad” da un operatore esterno a cui il quadruede è in grado di inviare la mappa dell’ambiente in cui si trova e le immagini acquisite dalle telecamere di cui è equipaggiato.

Lo sviluppo del robot quadrupede HyQ-Blue rientra nell’accordo tra Università di Trento e Istituto Italiano di Tecnologia. Oggetto dell’accordo, della durata di tre anni, è l’esecuzione di attività di ricerca congiunte nell’ambito della “legged robots”, area della robotica che si occupa di robot che camminano, dotati di gambe e di zampe, che imitano persone, animali e insetti.

Le fasi operative del programma congiunto prevedono il setup del laboratorio per HyQ-Blue robot, miglioramento del software di controllo e sensoristica del robot, miglioramento del software per la locomozione, studio di algoritmi di locomozione per terreni accidentati e terreni deformabili e per traiettorie di salto dei robot quadrupedi.

Responsabile scientifico per UniTrento è Andrea Del Prete, per la fondazione Istituto Italiano di Tecnologia è Claudio Semini.

Le attività svolte per HyQ-Blue robot sono legate inoltre al progetto europeo (H2020) Memmo, al quale Andrea Del Prete partecipa assieme allo studente di dottorato Luca Olivieri e che coinvolge una serie di istituzioni (oltre all’Università di Trento, Max-Planck Institute, Università di Oxford ed Edimburgo, IDIAP e LAAS/CNRS di Tolosa che è il coordinatore).

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Rovereto, la mente a tavola: i meccanismi che guidano le scelte alimentari

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A Rovereto domani, martedì 29 ottobre, un incontro su preferenze per i cibi e disturbi alimentari. L’appuntamento per la cittadinanza è alle 18 nella sede della Fondazione Caritro di Rovereto (Piazza Rosmini, 5)

Come nascono le preferenze alimentari? Cosa sappiamo dei disturbi alimentari? Sono alcune delle questioni che saranno affrontate nell’incontro “La mente a tavola: i meccanismi che guidano le scelte alimentari”.

Sarà un’occasione di dialogo tra le neuroscienze cognitive, le scienze sensoriali e l’ambito clinico, mirato allo studio dell’influenza dei meccanismi sensoriali, affettivi e più in generale, cognitivi, sulle preferenze alimentari e sui comportamenti disfunzionali. L’appuntamento è domani, martedì 29 ottobre alle 18, e sarà ospitato dalla Fondazione Caritro di Rovereto (Piazza Rosmini, 5).

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Saranno illustrate alla cittadinanza le conoscenze su quali siano i fattori che condizionano gusti e scelte alimentari.

«Il carattere multisensoriale della percezione su cui si basa l’attribuzione di un significato alla percezione degli stimoli, e come questo possa essere alla base di forme patologiche di alimentazione, rende il quadro complesso. Per questa ragione, l’attività di ricerca non può prescindere da un approccio multidisciplinare che combini le competenze e le metodologie delle neuroscienze cognitive con quelle delle scienze sensoriali, per fornire possibili suggerimenti da applicare in diversi ambiti della vita quotidiana, compreso quello clinico» si spiega nella presentazione.

Intervengono Massimiliano Zampini (CIMeC, Centro Interdiparmentale Mente/Cervello, Università di Trento), Flavia Gasperi (Fondazione Mach e C3A, Centro Agricoltura, Alimenti, Ambiente, Università di Trento), Carlo Pedrolli (Dietetica e nutrizione clinica, Ospedale Santa Chiara, Azienza provinciale per i servizi sanitari, Trento).

L’incontro si inserisce in un progetto di ricerca su percezione del cibo e obesità, finanziato dal Comune di Rovereto nell’ambito della convenzione con l’Università di Trento.

La serata rappresenta anche “un antipasto” del workshop scientifico (MiMo Mind in Mouth), organizzato dal CIMeC Centro interdipartimentale Mente/Cervello dell’Università di Trento con la Società italiana di scienze sensoriali di Firenze. MiMo Mind in Mouth riunirà esperti ed esperte mercoledì 30 ottobre e giovedì 31 ottobre a Palazzo Fedrigotti (Rovereto – Corso Bettini, 31).

Il convegno è un’opportunità di confronto tra ricercatori e ricercatrici con interesse allo studio dell’influenza dei meccanismi sensoriali, affettivi e più in generale, cognitivi, sulle preferenze alimentari in una prospettiva multidisciplinare tra scienze sensoriali e neuroscienze cognitive.

Le parole chiave sono: preferenze alimentari, percezione multimodale, meccanismi di apprendimento, reward, emozioni, attenzione, attese, memoria, categorizzazione, tempi di reazione, metodi impliciti, text analysis.

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