Temi di ricerca

Il seguente e' un elenco, non limitativo, dei temi di ricerca attualmente in corso presso i Dipartimenti che ospitano le attivita' del Dottorato. Nuovi temi potrebbero aprirsi in seguito agli sviluppi di quelli attuali.

01.    Bioingegneria elettronica: cardiotocografia e monitoraggio fetale
La cardiotocografia (CTG) è oggi il più utilizzato metodo di monitoraggio del benessere fetale nella pratica clinica. Essa prevede la registrazione simultanea della FCF (attraverso ultrasuoni) e delle contrazioni uterine (attraverso un sensore di pressione esterno). Sebbene l'esame sia di facile esecuzione, è complessa l'analisi delle variazioni della FCF, che richiede un approccio multiparametrico. Gli ostetrici sono in grado di predire il benessere del feto alla nascita quando la FCF durante la gravidanza mostra una reattività del feto. Tuttavia, quando i tracciati sono negativi (feto non reattivo), il bambino alla nascita sta bene nel 50% dei casi e accade che possa essere stato deciso un intervento non necessario. Nel periodo prenatale questo problema è spesso complicato dall’età gestazionale del feto.
 

02.    Bioingegneria elettronica: analisi dei movimenti oculari per la valutazione di sistemi in e-learning
L’attività di ricerca si propone di sviluppare una metodologia di valutazione dei sistemi di e-learning basata sull’analisi dei movimenti oculari di esplorazione dell’interfaccia uomo-macchina. Il progetto si articola in varie fasi quali: la definizione degli scenari di e-learning da valutare, la definizione dei protocolli sperimentali, lo sviluppo del SW di acquisizione ed analisi dei movimenti oculari di scansione, la raccolta di dati da una ampia popolazione di soggetti, l’analisi di tali dati e la loro interpretazione, la definizione di linee guida per lo sviluppo di sistemi di e-learning ottimizzati. Il progetto è svolto in collaborazione con i numerosi partner europei
 

03.    Bioingegneria elettronica: modelli naturali e artificiali del controllo sensori-motorio
Lo studio è rivolto prevalentemente al coordinamento occhi-testa al fine di comprendere le differenti strategie che il sistema nervoso centrale utilizza per stabilizzare la visione o per esplorare l'ambiente circostante in differenti condizioni ambientali. Infatti, il sistema oculomotore ha da sempre svolto un ruolo di primo piano nello studio del controllo sensori-motorio, per la relativa semplicità sia della sua organizzazione neurale, sia dell’impianto da controllare. Tale sistema pertanto costituisce un ideale banco di prova per lo studio del coordinamento motorio, della pianificazione e dell’adattamento del movimento. Riguardo al coordinamento, l’interazione/integrazione coi movimenti del capo ne rappresenta, per il sistema oculomotorio, la prima e la più naturale forma, essendo il capo la piattaforma mobile di supporto dell’apparato oculomotore. Inoltre, come tutte le altre funzioni senso-motorie, anche il controllo dei movimenti del capo e degli occhi manifesta spiccate proprietà plastiche e capacità di adattamento e/o di apprendimento. In tutti questi meccanismi svolgono un ruolo di primo piano diversi canali sensoriali, in particolare quello visivo e quello vestibolare.
I temi di ricerca riguardano quindi sia le caratteristiche specifiche dei due sistemi sensori-motori e dei loro componenti, sia le modalità e le strategie della loro interazione, sia le manifestazioni della loro plasticità. Essi vengono affrontati sul piano sperimentale, su quello della modellazione matematica e su quello della simulazione mediante modelli fisici biomimetici.
 

04.    Bioingegneria elettronica: realizzazione di tessuto osseo
La ricerca si occuperà dello sviluppo di competenze nell’ambito della realizzazione di tessuti biologici di supporto (ossa), con particolare attenzione sia alla caratterizzazione sperimentale sia alla modellazione analitica e numerica. Con i metodi dell’Ingegneria dei Tessuti, partendo dalle cellule stromali del midollo osseo di un paziente, si mira a costruire in laboratorio un tessuto osseo funzionale e vascolarizzato il quale sarà impiantato successivamente nel paziente stesso. L’uso delle cellule stromali assicura la completa compatibilità immunologica del tessuto ottenuto. Le cellule, durante la coltura, vengono sottoposte a differenti stimoli meccanici, sia statici che dinamici, al fine di indurle a proliferare e a differenziarsi, esprimendo il desiderato fenotipo. Il percorso verso il desiderato fenotipo (produzione di matrice extracellulare, morfologia e distribuzione spaziale delle cellule) è monitorato in funzione degli stimoli meccanici applicati. Per garantire la funzionalità meccanica del tessuto verranno utilizzati supporti di crescita per le cellule (scaffolds) di leghe particolari (tantalio e titanio).
 

05.    Bioingegneria informatica: analisi intelligente di dati in nefrologia
Una vasta classe di problemi di monitoraggio clinico comporta l'analisi e l'interpretazione di un grande numero di dati, raccolti in modo longitudinale su orizzonti temporali variabili. In questo ambito, possiamo distinguere due tipologie di problemi: il monitoraggio a lungo termine, legato alle patologie croniche, ed il monitoraggio a breve termine, usualmente legato alle patologie acute. Nel monitoraggio clinico le metodologie dette di Analisi "intelligente" dei dati (o Intelligent Data Analysis, IDA), che combinano le tecniche provenienti dall'Intelligenza Artificiale con gli usuali approcci basati sulla statistica classica giocano un ruolo sempre più rilevante. In particolare queste tecniche sembrano particolarmente utili in alcuni domini clinici che presentano sia aspetti di monitoraggio a breve termine che a lungo termine. Uno di questi e' rappresentato dal trattamento emodialitico nell'uremia cronica.
 

06.    Bioingegneria informatica: modelli di crescita tumorale in vitro e in vivo e studi di farmacocinetica per lo sviluppo di nuovi farmaci
In collaborazione con Nerviano Medical Science, in questo ambito viene affrontato il problema della valutazione dell'efficacia di un farmaco antitumorale durante i vari stadi del processo di sviluppo del farmaco. In particolare sono attualmente allo studio tecniche innovative per l'analisi di dati provenienti sia da esperimenti in vitro sia da esperimenti in vivo su modelli animali. Questa ricerca include anche lo studio dell'effetto del composto a livello di espressione genica tramite l'uso sia di mircoarray di espressione sia di PCR.
 

07.    Bioingegneria informatica: sistemi di gestione delle conoscenze mediche
La ricerca si propone di promuovere l’utilizzo delle nuove metodologie e delle tecnologie di gestione delle conoscenze in Sanità. Lo scopo principale è quello di aumentare l’efficienza e l’efficacia dei processi di lavoro nelle Organizzazioni Sanitarie facilitando la cooperazione e la comunicazione fra gli operatori, permettendo un più rapido utilizzo della conoscenza medica prodotto dalla ricerca. Un settore di attività riguarderà l’utilizzo di tecnologie di “workflow management” per la gestione dei processi di cura, così come sta avvenendo in molte realtà industriali e commerciali. Per un loro utilizzo in Sanità occorre prevedere meccanismi di valutazione delle performance che, oltre a indicatori economici, utilizzino indicatori di efficacia clinica per stimare il miglioramento della salute della popolazione e del singolo paziente, misurato in termini di vita attesa e/o di qualità di vita. Per questa ragione, la ricerca si propone di realizzare Workflow Management System basati su un modello del processo derivato da linee guida sviluppate e convalidate da meta-analisi e studi milti-centrici.
 

08.    Bioingegneria informatica: teleassistenza di pazienti con Diabete Mellito
Il progetto, M2DM, è stato finanziato dall’Ue nell’ambito del V Framework e riguarda l’implementazione e la sperimentazione di un sistema intelligente di telemedicina in grado di assistere pazienti affetti da diabete insulino-dipendente. Rappresenta inoltre un caso di studio nell’ambito del progetto FIRB Il servizio utilizza un’architettura multi-accesso per consentire lo scambio di dati e di informazione fra i diversi attori coinvolti nella gestione della patologia. In particolare, l’accesso alla base di dati può essere effettuato sia tramite un Web server, sia tramite un server di Computer-Telephony interaction, sia mediante un servizio dedicato per l’acquisizione di dati inviati via modem dalla casa del paziente. Inoltre, il servizio permette agli utenti di comunicare via e-mail e via SMS ed infine, l’interazione via Web è stata differenziata a seconda della tipologia di browser, permettendo di ottimizzare la visualizzazione delle pagine anche su Web-TV. Il cuore di questo servizio è rappresentato da uno strato software che tiene traccia di tutte le interazioni degli utenti con il sistema e permette di lanciare delle attività automaticamente: il multi-access server organizer.
 

09.    Bioingegneria informatica: sistemi di dialogo intelligente in medicina
Nel monitoraggio domiciliare degli effetti della terapia occorre acquisire informazioni frequenti sullo stato di salute dei pazienti ai fini di adattare, se necessario, le modalità di trattamento. Questo allo scopo di evitare il più possibile sia effetti collaterali indesiderati sia trattamenti non efficaci. L’acquisizione delle informazioni può essere realizzata utilizzando le moderne tecnologie di comunicazione. Accanto al sempre più diffuso uso di Internet, è necessario progettare e realizzare sistemi che utilizzino sistemi di comunicazione telefonica, sia fissa che mobile. In molti casi la quantità di informazioni che periodicamente deve essere raccolte è tale da poter essere inviata tramite una breve telefonata. Perché tale informazione possa essere memorizzata nella cartella clinica del paziente, si possono usare sistemi di computer telephony molto diffusi che richiedono di utilizzare la tastiera numerica del telefono per rispondere ad una serie di domande che si susseguono secondo una sequenza prefissata.’implementazione e la sperimentazione di un sistema intelligente di telemedicina in grado di assistere pazienti affetti da diabete insulino-dipendente. Rappresenta inoltre un caso di studio nell’ambito del progetto FIRB Il servizio utilizza un’architettura multi-accesso per consentire lo scambio di dati e di informazione fra i diversi attori coinvolti nella gestione della patologia. In particolare, l’accesso alla base di dati può essere effettuato sia tramite un Web server, sia tramite un server di Computer-Telephony interaction, sia mediante un servizio dedicato per l’acquisizione di dati inviati via modem dalla casa del paziente. Inoltre, il servizio permette agli utenti di comunicare via e-mail e via SMS ed infine, l’interazione via Web è stata differenziata a seconda della tipologia
 

10.    Bioinformatica: analisi di dati di DNA Microarrays in genomica funzionale: aggregazione e classificazione di serie temporali, scelta del tempo di campionamento ed estrazione di modelli fenomenologici
I DNA microarrays sono utilizzati per determinare i livelli di espressione di migliaia di geni. Misurando le espressioni geniche in diversi istanti temporali otteniamo una serie temporale di espressioni geniche (una serie temporale per ogni gene), detta anche profilo di espressione genica. I profili di espressione genica sono stati utilizzati per raggruppare (cluster analysis) geni ''simili'', sotto l'ipotesi che geni con profili temporali simili (e quindi appartenenti ad uno stesso cluster) concorrano ad una medesima funzione Nell’ambito della genomica funzionale il problema di confrontare e raggruppare serie temporali assume delle peculiarità legate al numero molto ridotto di campioni raccolti nel tempo (solitamente inferiore a 20) ed alla presenza di un numero molto elevato di serie temporali (dell'ordine delle centinaia/migliaia). L’applicazione dei metodi classici di clustering a serie temporali “corte” richiede notevole attenzione. Ad esempio infatti, i metodi basati su trasformate non possono essere utilizzati così come i metodi che utilizzano modelli complessi che non possono essere stimati con precisione.
 

11.    Bioinformatica: studi di popolazioni isolate e studi di associazione.
L'obbiettivo della ricerca, condotta in collaborazione con il DIBIT dell'Istituto Scientifico San Raffaele di Milano e l'istituto di genetica molecolare del CNR di Pavia, e' lo studio storico, medico e genetico di una popolazione isolata. Lo studio prevede lo sviluppo di un sistema per la gestione, la memorizzazione e la navigazione sia dei caratteri genealogici sia di quelli di tipo clinico e genetico. Da un punto di vista metodologico la ricerca si occupa anche di individuare le tecniche migliori per l'analisi dei dati genetici al fine di estrarre cirrelazioni tra la presenza di gruppi di SNPs (single nuclotide polimorfisms) e la patologia.
 

12.    Biogenesi: riprogrammazione funzionale di nuclei di cellule terminalmente differenziate
Si intende impiegare la tecnica di trasferimento di nuclei somatici di cellule terminalmente differenziate in oociti enucleati di topo per determinare quali fattori a livello di citoplasma dell'oocita e quali geni a livello del nucleo somatico siano implicati nei processi di de-differenziamento e ri-differenziamento dei nuclei somatici. Lo studio riguardera' solo le prime fasi di sviluppo dell'embrione ricostituito fino allo stadio di blastocisti (l'ultimo stadio di sviluppo dell'embrione in vitro) senza alcuna finalita' di clonazione di tipo riproduttivo.
Lo scopo dello studio e' infatti di definire i percorsi molecolari che intervengono nel differenziamento cellulare e nei processi che lo rendono reversibile aprendo la possibilita’ di ottenere in vitro la de-differenziazione di una cellula somatica prelevata da un individuo adulto e poi di guidarne la ri-differenziazione fino ad ottenere popolazioni cellulari differenziate ad hoc per future applicazioni in ambito biomedico.
 

13.    Biogenesi: regolazione dell'espressione genica durante lo sviluppo preimpianto dell'embrione di topo.
La conoscenza dei meccanismi molecolari che regolano il differenziamento cellulare durante lo sviluppo embrionale, con il passaggio da una condizione di totipotenza, pluripotenza sino allo stato differenziato, e' centrale per la comprensione dei processi differenziativi inclusi quelli coinvolti nella progressione di malattie genetiche.
L'attivazione di geni embrionali (zygotic genome activation, ZGA) avviene nel topo a partire dallo stadio di due cellule e rappresenta un evento cruciale nella vita dell'embrione, poiche' la mancata o scorretta attivazione dell'espressione di geni embrionali determina la morte dell'embrione stesso. La ricerca si propone come obiettivo di definire le dinamiche temporali dell'espressione quantitativa di geni chiave (geni zigotici e geni metabolici) durante lo sviluppo preimpianto dell'embrione di mammifero ottenuti per fecondazione in vitro.
 

14.    Biogenesi: differenziamento delle cellule germinali maschili in condizioni di eterozigosita' cromosomica.
La spermatogenesi e' un complesso processo differenziativo caratterizzato dall'attivazione di un elevato numero di geni testicolo-specifici l'espressione dei quali avviene in precisi stadi della citodifferenziazione del gamete maschile. Eterozigosita' strutturali del cariotipo sono in grado di alterare il processo di formazione del gamete a vari livelli citodifferenziativi.
Recenti studi hanno messo in evidenza come la localizzazione spaziale dei cromosomi risulti essere un fattore cruciale per una corretta coordinazione globale del funzionamento del genoma, della regolazione dei processi cellulari di base quali replicazione del DNA ed espressione genica.
In topolini portatori di eterozigosita' strutturali del cariotipo, ci si propone di studiare la relazione tra I cambiamenti dei territori cromosomici all'interno del nucleo (dovuti alla presenza di eterozigosita') ed il corretto andamento del processo citodifferenziativo delle cellule germinali maschili. Il cambiamento nell'interazione fisica di specifiche porzioni genomiche potrebbe alterare l'espressione di geni e quindi le funzioni cellulari cosi' da danneggiare il citodifferenziamento delle cellule germinali.
 

15.    Bioingegneria informatica: valutazione economica di interventi sanitari
La ricerca si propondi commisurare gli outcomes sulla salute ai costi necessari per raggiungerli. In particolare l'applicazione in corso riguarda la valutazione economica di uno screening neonatale per la diagnosi precoce della Sindrome QT-lungo.
 

16.    Bioingegneria informatica: risk management in sanita'
La ricerca si propone di mettere a punto tecniche di validita' generale per l'analisi e la gestione del rischio inteso sia come rischio del paziete ch come rischio dell'organizzazione: nel primo caso i rischi riguardano piu' propriamente la salute, mentre nel secondo caso riguardano aspetti piu' generali compresi il danno economico e il danno di immagine.
 

17.    Bioinformatica: proteomica.
un settore della bioinformatica ed in particolare della proteomica verso cui la ricerca scientifica sta focalizzando il proprio interesse è la proteomica clinica sierica, il cui obiettivo è scoperta di biomarcatori per la patologia d’interesse tramite l’individuazione delle differenze fra le proteine presenti nel siero di un paziente sano e di uno patologico.
Una delle tecniche più utilizzate in questo campo è l’analisi differenziale di spettri di massa SELDI-TOF, e in particolare delle intensità corrispondenti a tutti i rapporti massa-carica che compongono spettri associati a campioni patologici e spettri generati da campioni di controllo. Nonostante la ricerca abbia già lavorato molto in questa direzione, non è ancora stata stabilita una procedura standard da seguire per effettuare tale analisi.
L’obiettivo del progetto è la messa a punto di una metodologia standard per l’analisi di dati di espressione proteica ottenuti tramite spettrometria di massa SELDI-TOF finalizzata alla scoperta di biomarcatori per una certa patologia d’interesse.
 

18.    Bioinformatica: system biology.
L'obiettivo è sviluppare tecniche di identificazione ad hoc per modelli ibridi di reti di regolazione genica, con particolare riferimento ai modelli affini a tratti (PWA). In questi modelli le dinamiche di una rete genetica sono descritte da una componente continua e da una discreta, in grado di cogliere le interazioni essenzialmente switch-like tra geni. Il processo di identificazione complessivo può essere scomposto in quattro task principali: riconoscimento delle commutazioni in profili di espressione genica, classificazione dei dati rispetto a possibili modi di funzionamento, ricostruzione dei valori di soglia che caratterizzano il modello, stima dei parametri cinetici. La ricostruzione di reti genetiche a partire da dati sperimentali di espressione genica prevede lo sviluppo e l'integrazione di tecniche specifiche per affrontare i vari task.
 

19.    Biogenesi: effetti delle gonadotropine sull'espressione genica dell'oocita di topo durante la sua maturazione.
La crescita del follicolo ooforo e' governata da ormoni endocrini e da fattori paracrini e autocrini. L'ormone follicolo stimolante (FSH, follicle-stimulating hormone) induce il differenziamento delle cellule follicolari della granulosa stimolando la biosintesi degli ormoni steroide e l'espressione dei recettori per l'ormone luteinizzante (LH, luteinising hormone) nei follicoli in via di maturazione. Un picco di LH induce la rottura del follicolo, l'ovulazione e la successiva luteinizzazione. Questa sequenza di eventi e' accompagnata da un'aumento dell'espressione di molti geni sensibili alla presenza di FSH e di LH (FSH- e LH-responsive genes) nelle cellule follicolari della granulosa e, probabilmente, attraverso fattori di tipo paracrino e autocrino anche nell'oocita. Mentre l'effetto delle gonadotropine sulla regolazione dell'espressione genica nella granulosa dei follicoli in crescita e' stato studiato molto in profondita', molto poco si conosce sul controllo ormonale della trascrizione nel gamete femminile. Per meglio comprendere la relazione tra ormoni gonadotropi e regolazione dell'espressione genica durante la crescita dell'oocita, in questo studio analizzeremo gli effetti delle gonadotropine sull'espressione di geni coinvolti nel fenomeno dell'apoptosi e altri regolatori della crescita dell'oocita.
 

20.    Bioingegneria elettronica: sensoristica intelligente integrata su dispositivi indossabili
L'attivita' di ricerca fa riferimento al progetto europeo ProeTex: MicroNanoStructured fibre systems for Emergency-Disaster Wear, volto alla produzione di indumenti nei quali vengono integrati dispositivi di rilevameno di segnali vitali, sensori di movimento e di temperatura, dispositivi di trasmissione per operatori che agiscono in condizioni di emergenza e/o calamita' naturali (Pompieri, Protezione Civile, ...). Il progetto e' svolto in collaborazione con aziende leader nel settore dei dispositivi wearable.