> FocusUnimore > numero 52 – novembre 2024
FITS project: mapping electrical brain activity to generate mathematical models of nerve circuits
The project ‘(dis)Functional Information Transfer in ex vivo human brain Samples: a multiscale investigation through in vitro and in silico approaches’ – FITS, coordinated by Prof. Jonathan Mapelli of the Department of Biomedical, Metabolic and Neural Sciences, aims to map the electrical activity of single neurons and nerve microcircuits obtained from human brain tissue, enabling the generation of mathematical models of nerve circuits. This will make it possible to implement the first step of an innovative personalised medicine based on the use of in vitro and in-silico drug tests directly on the cells of patients suffering from drug-resistant neuropathologies. The idea behind the project is to combine experimental and modelling characterisation of human neuronal activity to identify fingerprints of the electrical activity of circuits. These fingerprints will be used to identify alterations associated with specific diseases such as epilepsy or cortical dysplasias. The project won a cascade competition that enabled it to obtain a grant of 150,000 euros, entirely financed by Unimore.
Il progetto “(dis)Functional Information Transfer in ex vivo human brain Samples: a multiscale investigation through in vitro and in silico approaches” (Trasferimento di informazioni (dis)funzionali in campioni di cervello umano ex vivo: un’indagine multiscala attraverso approcci in vitro e in silico) – FITS, coordinato dal Prof. Jonathan Mapelli del Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze, ha come obiettivo quello di mappare l’attività elettrica di singoli neuroni e microcircuiti nervosi ottenuti da tessuto cerebrale umano consentendo di generare modelli matematici dei circuiti nervosi.
In questo modo sarà possibile implementare il primo passo di un’innovativa medicina personalizzata basata sull’utilizzo di test farmacologici in vitro ed in-silico direttamente sulle cellule dei pazienti affetti da neuropatologie farmacoresistenti. Il progetto ha vinto un bando a cascata che gli ha permesso di ottenere un’agevolazione di 150mila euro, interamente finanziati da Unimore.
L’idea alla base del progetto è quella di combinare una caratterizzazione sperimentale e modellistica dell’attività neuronale umana per identificare delle fingerprint dell’attività elettrica dei circuiti. Queste caratteristiche salienti verranno utilizzate per identificare delle alterazioni associate a specifiche patologie come l’epilessia o le displasie corticali.
“All’interno di FITS – commenta il Prof. Mapelli – ci focalizzeremo sulla raccolta e successiva analisi dei dati elettrofisiologici in grado di generare delle descrizioni accurate delle funzioni e disfunzioni dei microcircuiti corticali e dell’ippocampo. I dati funzionali, unitamente ad immagini morfo-anatomiche ad alta risoluzione ottenute con tecniche avanzate di microscopia non-lineare, e alla generazione di dettagliati modelli in silico, consentiranno di progredire nella conoscenza delle funzioni neurofisiologiche, della neurofarmacologia ed in generale nello sviluppo delle neurotecnologie”.
La transizione dalle scoperte scientifiche alla medicina innovativa che porti a strumenti di diagnostica avanzata richiede infatti di sviluppare nuovi strumenti come la farmacologia personalizzata o la medicina in silico.
“Nell’ambito di FITS – prosegue il Prof. Mapelli – utilizzeremo tecniche di elettrofisiologia ad alta risoluzione temporale per registrare l’attività elettrica intracellulare da singoli neuroni e le matrici a microelettrodo (HD-MEA) per registrare simultaneamente da oltre 4000 canali. L’utilizzo di tessuto umano proveniente da pazienti sottoposti ad intervento chirurgico consentirà di testare farmaci e terapie innovative direttamente su neuroni umani ex-vivo fornendo importanti informazioni per i clinici e per gli stessi pazienti”.
Sono meno di 20 i centri di ricerca al mondo che hanno la possibilità di avvalersi dell’opportunità di utilizzare tessuto cerebrale umano che verrebbe altrimenti eliminato dopo la rimozione durante la procedura chirurgica.
Questa iniziativa si inserisce in una serie di progetti caratterizzati da collaborazioni nazionali ed internazionali che il nostro gruppo sta sviluppando da qualche anno quali EBRAINS, HIPPOCOMP, o l’infrastruttura di ricerca finanziata dal PNRR “EBRAINS-Italy” e all’interno dei quali la raccolta di dati funzionali e morfologici sta consentendo la creazione di modelli computazionali di aree cerebrali con risoluzione di singola cellula.
