L’ingegnera Chiara Magliaro, ricercatrice del Centro Enrico Piaggio dell’Università di Pisa, coordina il progetto europeo NAP (twiN-on-a-chip brAins for monitoring individual sleeP habits), che ha preso il via a marzo, con l’obiettivo di produrre “miniature” del cervello umano “cyborg” che permetteranno una diagnostica avanzata per malattie neurodegenerative come il Parkinson. Con l’esperta facciamo il punto sulle potenzialità dei “mini” cervelli in provetta.

Finanziato con tre milioni di euro dal programma per la ricerca e l’innovazione dell’Unione Europea “Horizon Europe” – di cui 800.000 destinati all’Ateneo pisano –, il progetto NAP ha come obiettivo quello di utilizzare, per la prima volta in questo particolare campo di indagine, degli organoidi cerebrali, ossia dei modelli cellulari tridimensionali avanzati del cervello umano.

“Riuscire ad individuare per tempo il morbo di Parkinson, anche prima che inizino i tremori tipici, è fondamentale per controllare la malattia, gestirne l’evoluzione e garantire al paziente una miglior qualità della vita – spiega Magliaro – Con la tecnologia che intendiamo sviluppare grazie al progetto NAP, sarà possibile farlo in maniera personalizzata”.

Una diagnosi precoce, quella a cui punta l’Ateneo pisano, resa ancor più importante dall’attuale mancanza di una cura efficace contro il Parkinson. Ad oggi, infatti, il paziente si rende conto di avere questo morbo solo all’insorgere dei primi tremori quando, però, circa il 90% dei suoi neuroni è ormai già compromesso.

“A differenza delle classiche tecniche di diagnosi – prosegue Magliaro – quella che stiamo approntando non è invasiva e permetterà di individuare il morbo di Parkinson attraverso screening precoci e di capire la predisposizione o meno di un soggetto a questa malattia che, come altre di tipo neurodegenerativo, ha un’incidenza crescente in una società come la nostra, che invecchia sempre di più”.

Il progetto, che è partito il 1° marzo, coinvolge un consorzio internazionale multidisciplinare, con competenze che spaziano dall’ingegneria biomedica alle biotecnologie, dalla microfabbricazione all’analisi dei segnali. Tale consorzio, coordinato dall’Università di Pisa, è composto da altri due enti di ricerca, l’Università di Friburgo (Germania) e l’Università di Amsterdam (Olanda) e da tre imprese, Organotherapeutics Gmbh (Lussemburgo), Atlas Neuroengineering (Belgio) e SleepActa (spin-off dell’Università di Pisa).

NAP ha come obiettivo quello di utilizzare per la prima volta gli organoidi cerebrali, per studiare il sonno e i suoi disturbi. Gli organoidi si presentano come delle palline biancastre di pochi millimetri di diametro: sono costrutti cellulari avanzati fatti da cellule staminali che differenziano sotto opportuni stimoli per ricreare l’anatomia e le funzionalità salienti del cervello umano. Grazie all’utilizzo delle cellule pluripotenti indotte di specifici individui, gli organoidi permetteranno lo studio del sonno in maniera personalizzata. Durante il progetto, si misurerà in laboratorio il metabolismo e la massa degli organoidi cerebrali, poiché tali parametri, in tutti gli esseri viventi, sono intimamente legati ai ritmi di sonno e veglia. Si utilizzeranno tali informazioni per “svegliare” gli organoidi ciclicamente seguendo ritmi fisiologici o simulando la privazione di sonno. Grazie a un nuovo dispositivo, realizzato durante il progetto, si potrà per la prima volta valutare la funzionalità di tutti i neuroni negli organoidi cerebrali.

Quanto è importante la componente tecnologica nel progetto?

Sviluppare il cervello cyborg è fondamentale. Abbiamo la necessità di registrare l’attività elettrofisiologica di tutte le cellule che compongono l’organoide, perché il sonno (ma anche la veglia!) coinvolge tutte le aree del cervello. Per questo, durante il progetto svilupperemo una camerina di coltura particolare, con all’interno tantissimi elettrodi sottilissimi: questi elettrodi ci permetteranno di ‘ascoltare’ le conversazioni tra tutti i neuroni, senza però disturbarli. In questo modo, avremo delle informazioni mai ottenute prima d’ora su questi costrutti avanzati del cervello umano, che ci aiuteranno non solo all’interno del progetto.

Quali prospettive apre questo tipo di ricerche?

Utilizzando la tecnologia sviluppata grazie al progetto NAP, si identificheranno gli effetti della deprivazione del sonno e si individueranno precocemente sintomi del morbo di Parkinson, legati ai disturbi del sonno, in maniera personalizzata.

A più ampio respiro, si spera che tutta la comunità scientifica gioverà di uno strumento per lo studio di nuovi trattamenti farmacologici e nuove strategie di diagnosi di neuropatie.