Conoscere meglio neuroplasticità e connettività neuronale per migliorare diagnosi e cura delle malattie neurodegnerative. Questo l'obiettivo del progetto dello “Spoke 2” del Partneriato Esteso “MNESYS” sulle Neuroscienze finanziato dal Ministero della Università e della Ricerca attraverso i fondi PNRR. Il Partneriato, che ha la sede centrale di coordinamento (Hub) a Genova, si pone l’obiettivo di sviluppare un’estesa rete di atenei, istituti di ricerca ed aziende tecnologiche che collaborano su diverse tematiche (Spoke) per lo sviluppo di nuovi approcci per le neuroscienze sperimentali e cliniche in una prospettiva di medicina di precisione, personalizzata e predittiva che abbiano un impatto trasformativo sulla cura delle patologie del sistema nervoso e del comportamento.
L’Università della Campania “Luigi Vanvitelli”, in qualità di capofila dello Spoke 2, coordina 17 enti in totale, tra cui nove atenei pubblici e sette istituti di ricerca accreditati dal Ministero della Salute, ed ha organizzato il meeting che ha visto la partecipazione di cospicue ed autorevoli delegazioni di ricercatori da ciascuno degli enti Partner del progetto, e la presentazione di 60 contributi scientifici dalle ricerche avviate duranto il primo anno di progetto, sotto forma di poster e comunicazioni orali, sulla tematica della “neuroplasticità e connettività neuronale”.
La “neuroplasticità” è una caratteristica peculiare del cervello che discende dalla capacità naturale del sistema nervoso di modificarsi, funzionalmente e strutturalmente, in risposta agli stimoli e le perturbazioni che provengono dall’esterno o dall’interno del corpo e che lo stesso cervello deve continuamente elaborare e metabolizzare. Lo studio della neuroplasticità è cruciale, non solo per la comprensione dei processi di sviluppo e invecchiamento naturale del sistema nervoso, ma anche per la valutazione delle patologie che si possono verificare e che in modo diverso possono produrre un danno a questo insostituibile organo. Inoltre, per affrontare in maniera più completa ed efficace la complessità delle manifestazioni neurologiche nelle patologie neurodegeneraitive, il tema della neuroplasticità è strettamente associato a quello della “connettività neuronale” visto che i sintomi che caratterizzano queste patologie non sono mai il risultato di alterazioni a carico di uno singolo specifico neurone o area cerebrale, quanto, piuttosto, un effetto (o un difetto) di sincronizzazione tra gruppi di neuroni diversi e distribuiti su larga parte del cervello grazie a miliardi di connessioni.
Il paradigma generale adotattato da tutti gli Spoke del partneriato MNESYS è quello di uno studio multi-disciplinare e multi-scalare che fa leva su approcci sperimentali complementari che coprono tutta la fenomenologia del sistema nervoso, dal molecolare e cellulare all’organismo in toto, dalle valutazioni cliniche e psicologiche agli approcci farmacologici innovativi ed anche alle tecniche computazionali basate sulla creazione di modelli virtuali dell’individuo attraverso i cosiddetti “gemelli digitali” (digital twins) che permettono di simulare al computer l’effetto di un farmaco o di altro trattamento capace di innescare un fenomeno di neuroplasticità. In particolare, nello Spoke 2, si punta ad associare una descrizione clinica accurata dei sintomi neurologici e delle variegate espressioni (e disordini) del comportamento e del movimento, alla connettività del cervello umano, indagata tanto nella sua globalità (approccio su larga scala o connettomico) quanto nella chimica e nella morfologia che caratterizza le connessioni di ristretti gruppi di neuroni dello stesso tipo (approccio su piccola scala).
L’Università della Campania “Luigi Vanvitelli” ha implementato il paradigma MNESYS nello Spoke 2 coinvolgendo dodici docenti da diverse discipline e dipartimenti, reclutando una ventina di giovani ricercatori, tra cui dottorandi e assegnisti di ricerca, ed ampliando le attrezzature scientifiche ed i materiali a disposizione di alcuni laboratori, proprio grazie al finanziamento PNRR riservato a questo progetto. In particolare, l’analisi del connetoma cerebrale in pazienti affetti da diverse patologie neurologiche è attualmente condotta da diversi gruppi di ricerca multi-disciplinare del Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche Avanzate, costituito da neurologi, neuroradiologi e ingegneri biomedici, già operativi presso il centro di ricerca sulle Neuroimmagini dell’Ateneo. Ad esempio, il gruppo, coordinato da. Fabrizio Esposito (ingegnere biomedico e coordinatore dello Spoke 2), insieme con Alessandro Tessitore (Direttore della Clinica Neurologica dell’AOU Vanvitelli) e Mario Cirillo (Neuroradiologo), ha avviato una serie di nuove ricerche con l’obiettivo di complementare lo studio connetomico del cervello, tipicamente condotto attraverso l’elaborazione avanzata delle neuroimmagini, con ulteriori “scale” di osservazione della neuroplasticità e connettività neuronale. Una linea di sviluppo MNESYS del progetto dello Spoke 2 coinvolge infatti il gruppo di Neuroanatomia dei docenti Michele Papa che con Giovanni Cirillo sta realizzando presso il Dipartimento di Salute Mentale e Medicina Preventiva e Fisica uno studio integrato ex-vivo delle connessioni cerebrali ad una scala microscopica.
Un’altra linea coinvolge, invece, il gruppo di Alessandro Usiello del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali Biologiche e Farmaceutiche, che tramite le metodologie della biochimica analitica, sta indagando il ruolo di alcune molecole (D-Aminoacidi) di cui è adesso più nota l’attività neuromodulatoria, cioè quel tipo di azione che potrebbe indurre particolari fenomeni di neuroplasticità nel contesto di una patologia neurologica o psichiatrica. Una parte significativa del progetto è, infine, dedicata all’utilizzo dell’intelligenza artificiale e dei modelli computazionali avanzati anche per favorire una maggiore o diversa integrazione tra diverse discipline e scale di osservazione ed arrivare a comprendere sempre meglio, sia le funzioni cerebrali (in condizioni fisiologiche e patologiche) che il movimento ed il comportamento umano. Ulteriori contributi che si inquadrano su queste linee provengono dal gruppo di Fisica Teorica di Lucilla De Arcangelis del Dipartimento di Matematica e Fisica e dal gruppo di Neuropsicologia di Luigi Trojano e di Gabriella Santangelo del Dipartimento di Psicologia che stanno rispettivamente indagando la validità dei modelli computazionali per lo studio dei fenomeni di neuroplasticità e connettività eccitatoria ed inibitoria, anche attraverso l’impiego di modelli in-vitro delle cellule nervose e delle reti neuronali, e le caratteristiche del connetoma che possono influenzare alcuni aspetti della cognizione sociale.