Progetto di Eccellenza (CHRONOS)

CHRONOS

CHRONOS - CHRonical multifactorial disorders explored by NOvel integrated Strategies

Il progetto di Eccellenza del Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze ‘CHRonical multifactorial disorders explored by NOvel integrated Strategies (CHRONOS)’ è un progetto ambizioso che è stato selezionato e finanziato dal "Fondo per il finanziamento dei dipartimenti universitari di eccellenza - D.L. n.232 del 11/12/2016, Vol I, Comm 314-338 ". Si tratta di un finanziamento competitivo che ha premiato i migliori dipartimenti con l’obiettivo di supportare ricerche innovative, formazione anche attraverso la realizzazione di infrastrutture ed il reclutamento di personale qualificato.

L'OBIETTIVO di CHRONOS è quello di affrontare sotto il profilo della ricerca pre-clinica, didattica e terza missione lo studio dei meccanismi alla base di malattie croniche multifattoriali (tumori e malattie neurodegenerative) e del processo di invecchiamento che con queste condivide molti dei fattori intrinseci, legati alla genetica ed alla fisiologia degli individui, ed estrinseci, come la nutrizione, lo stile di vita e l'ambiente.

Il Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze intende proporsi come centro di riferimento per lo sviluppo di una nuova visione sistemica dei meccanismi di innesco e cronicizzazione di malattie e di senescenza allo scopo di progettare nuove strategie di PREVENZIONE E DIAGNOSI più efficaci. Per questa ragione il progetto prevede la realizzazione di 4 nuove piattaforme, il reclutamento di ricercatori e docenti, numerosi scambi e attività di formazione con altri istituti italiani e stranieri e la riqualificazione del personale del dipartimento attraverso percorsi dedicati.

Il valore complessivo del progetto è di 7.350.000 Euro di cui 6.075.00 saranno finanziati dal MIUR. L’obiettivo ultimo è di diventare un centro di riferimento per il territorio e attrarre oltre a ricercatori e scienziati anche aziende private interessate ad investire nelle tematiche del progetto.

La vision

Il progetto di eccellenza del Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze parte dalla consapevolezza che il 20% della popolazione Europea ha più di 65 anni. Questo trend è in crescita e porta a un incremento dell'incidenza di malattie croniche invalidanti, come demenza e cancro con un forte impatto sociale connesso alla gestione dei pazienti. In aggiunta a ciò, oltre la metà della popolazione mondiale è concentrata nelle grandi città  con conseguenti effetti negativi sullo stile di vita.

Compito della ricerca è quello di comprendere come questi cambiamenti possono influenzare i sistemi biologici e quali interventi di mitigazione possono essere apportati. Sulla base di queste premesse ci siamo posti l’obiettivo di affrontare lo studio dei meccanismi alla base di queste malattie croniche non limitandosi alle cellule bersaglio, ma considerando l'ambiente tissutale ed organismico che le circonda e valutando gli aspetti genetici, epigenetici, funzionali e la  modulazione da parte di fattori ambientali.

Lo studio di questa complessità biologica richiede lo sviluppo di sistemi analitici e sperimentali complessi, e capacità di analisi multifattoriale per estrarre informazione e strutturarla in conoscenza. Partendo dalle informazioni ottenuti potremmo sviluppare con nuovi approcci diagnostici e soprattutto lavorare sulla prevenzione, sugli stili di vita impattando sul territorio e sulla società.

Le basi scientifiche del progetto Chronos

Il progetto considera intende affrontare in modo integrato lo studio delle malattie croniche multifattoriali i (tumori e malattie neurodegenerative) e dei processi di invecchiamento.

Invecchiamento

Dal punto di vista biologico è un progressivo declino funzionale dell’organismo che aumenta la vulnerabilità alle insidie ambientali (stress, agenti patologici) ed accresce il rischio di contrarre malattie. L'invecchiamento è un processo multifattoriale che coinvolge almeno quattro processi cellulari fondamentali (hallmarks): il metabolismo, la resistenza agli stress, la regolazione dell'espressione dei geni e il controllo delle estremità dei cromosomi. Con l'avanzare dell'età, l'attività metabolica subisce profondi cambiamenti che riducono l'efficienza con cui si ottiene energia dai nutrienti e la capacità di ripristinare le componenti deteriorate dell'organismo. Anche la regolazione dell'espressione genica e le divisioni cellulari si alterano e i telomeri si accorciano.

Tumori

Sono malattie multifattoriali, in cui l'accumulo di mutazioni origina una varietà genetica che insieme a fattori epigenetici ed ambientali risulta nella proliferazione incontrollata delle cellule tumorali. Sebbene ciascun tumore presenti caratteristiche diverse, sono state identificati elementi comuni, i cosiddetti hallmarks of cancer. Tra questi l'instabilità genomica e l'infiammazione promuovono l'acquisizione di una sostenuta segnalazione proliferativa, l'insensibilità ai soppressori della crescita, l'elusione della morte programmata e l'acquisizione di un potenziale replicativo illimitato, l'evasione dalla distruzione immunitaria, l'invasione di tessuti e organi (metastatizzazione) e la deregolazione del metabolismo energetico.

Malattie neurodegenerative

Alzheimer, Parkinson, Huntington, Sclerosi Laterale Amiotrofica, etc. sono patologie neurologiche croniche del sistema nervoso centrale dovute alla degenerazione di specifiche popolazioni di neuroni e dei circuiti neuronali preposti a tali funzioni. Anche la neurodegenerazione è causata da fattori genetici, epigenetici e ambientali che producono alterazioni molecolari e funzionali che includono: neuroinfiammazione, accumulo di proteine aberranti non-funzionali, alterazione del trasporto neuronale, disfunzione dei mitocondri, stress ossidativo e metabolico, con conseguente alterazione di diversi processi cellulari e dell'omeostasi neuronale.

Per poter incidere sui meccanismi che regolano l'invecchiamento e lo sviluppo e la penetranza di tumori e malattie neurodegenerative, BtBs intende concentrare la propria ricerca su 3 aspetti comuni a tali processi:

Multifattorialità

Invecchiamento, cancro e neurodegenerazione sono determinati da fattori genetici, epigenetici ed ambientali che influenzano lo sviluppo, l'aggressività e la farmaco-resistenza.

Alterazione del metabolismo e infiammazione

Invecchiamento e malattie croniche sono caratterizzate da alterazioni metaboliche e fenomeni infiammatori che si accompagnano e/o guidano lo sviluppo della malattia.

Complessità biologica

Queste malattie si sviluppano alterando complessi circuiti regolatori caratterizzati da diversi tipi cellulari e strutture di ordine superiore. Per esempio, oltre ai neuroni il processo neurodegenerativo coinvolge altre cellule (microglia, astrociti, etc.) che partecipano attivamente alla funzionalità neuronale ed alla neurotrasmissione. Nei tumori solidi, le cellule cancerose interagiscono col microambiente tumorale (TME), i cui componenti includono cellule del sistema immunitario, vasi sanguigni e la matrice extracellulare. L'habitat complesso del TME condiziona quindi fortemente lo sviluppo e le proprietà del tumore. Per esempio, il TME può esercitare una forza meccanica sulle cellule tumorali agendo da modulatore funzionale della progressione del tumore, sulla sua riprogrammazione metabolica, sulle difese antiossidanti e la sensibilità o resistenza al trattamento farmacologico.

Le azioni

Le strategie adottate per raggiungere gli obiettivi di Chronos sono:

Infrastrutture

Realizzazione di 4 LID e loro integrazione.

LID di Modelli Multicellulari Avanzati

Attrezzato per lo studio di modelli sperimentali prodotti in casa o ottenuti da centri di biobanking specializzati. I modelli includeranno colture miste, colture 3D sviluppate con biostampa 3D o integrate con sistemi di microfluidica che permettono di analizzare in condizioni controllate (in termini ambientali, genetici ed epigenetici) i meccanismi cellulari e molecolari alla base di eventi chiave nello sviluppo delle patologie, quali ad esempio la progressione metastatica.

LID di BioAnalitica e HTS

Finalizzato alla separazione di miscele complesse, quali ad esempio quelle presenti in alimenti o estratti cellulari, alla implementazione di saggi biochimici o cellulari condotti su alto numero di campioni. Verranno inoltre implementate tecniche analitiche in grado di seguire in termini molecolari e strutturali il destino di singole cellule e discendenze cellulari con tecniche microscopiche e post-genomiche ad alta risoluzione spaziale e temporale.

LID di Bioriconoscimento molecolare

Oltre alla interazione tra singole molecole, anche in miscele complesse, come quelle di metaboliti e macromolecole biologiche ottenute per via estrattiva da fonti naturali, il nuovo LID consentirà lo studio di interazioni molecolari su nanostrutture, tra cui gli aggregati macromolecolari (ad esempio aggregati amilidogenici), e su cellule intere.

LID di Analisi di dati post-genomici e Modellistica dei circuiti biologici

Finalizzato alla analisi di big e open data relativi alle matrici cellulari, ambientali, alimentari e alla ricostruzione della complessità biologica attraverso la definizione di modelli matematici, che consentano di riprodurre la logica molecolare delle funzioni biologiche coinvolte nelle patologie in studio.

Personale

Si prevede l’acquisizione di 1 PA e 3 RicB in 3 ambiti strategici: Bioinformatica e analisi dei sistemi; Chimica analitica per matrici complesse e HTS; Modelli multicellulari complessi. Queste figure saranno fondamentali per guidare la trasformazione in atto verso la nuova visione sistemica dei processi biologici e per implementare i corsi di laurea e dottorato fornendo nuove competenze anche in ambito I 4.0 come analisi di Big e Open Data.

Premialità

La premialità, rappresenta lo strumento per la riqualificazione del personale e sarà destinata all’incentivazione della realizzazione di azioni in 6 ambiti specifici: coordinamento del progetto, gestione delle infrastrutture; supporto attività didattiche; attività di networking; disseminazione e comunicazione; reperimento fondi e trasferimento tecnologico.

Didattica

Il progetto di sviluppo didattico si declina sul doppio binario dell’eccellenza scientifica e dello sviluppo di capacità di trasferimento tecnologico, manageriale, di comunicazione e interazione con la società e prevede attività coordinate e a ricaduta sui due livelli di formazione accomunate da una forte vocazione internazionale. In tale contesto si prevede l’attivazione di posizioni di visiting professor e di corsi di alta formazione e didattica. Si realizzeranno anche azioni per il reclutamento di personale di elevato profilo attraverso:

  • Joint Lab e Joint PhD da sviluppare a partire dal dottorato o in collaborazione con centri come HT e Citta della Salute
  • Percorsi di Laurea in gemellaggio (alcuni già attivi come Parigi 7)
  • Visiting scientists di fama internazionale con disponibilità di potenziamento stipendiale e copertura costi per attività di didattica e di ricerca (Wellcome Grant)

Comitato coordinatore

Direttore  e coordinatore generale

  • Prof.ssa Marina Lotti

Comitato scientifico

  • Prof. Marco Vanoni (Resposnabile scientifico)
  • Prof. Maria Pia Longhese
  • Prof. Davide Prosperi
  • Prof. Massimo Labra

Commissione didattica

  • Prof.ssa Poala Branduardi
  • Prof.ssa Laura Cipolla
  • Prof.ssa Paola Fusi