SPOKE 3
Modelli Predittivi
Modelli avanzati di predizione per la prognosi, la risposta terapeutica e per testare l’efficacia e la sicurezza di nuovi farmaci e trattamenti in modo rapido e personalizzato.
Spoke Leader ed Expertise
Università degli Studi di Palermo
L’Università degli Studi di Palermo è riconosciuta per una consolidata expertise nella biologia cellulare, nella ricerca traslazionale e nello sviluppo di modelli sperimentali avanzati per la medicina di precisione. Nell’ambito di HEAL Italia, lo Spoke 3 rappresenta il ponte tra la comprensione dei meccanismi biologici della malattia e la previsione della risposta alle terapie, contribuendo in modo diretto alla personalizzazione dei trattamenti.
Partner
- BI-REX – Big Data Innovation & Research Excellence
- IRCCS IFO – Istituti Fisioterapici Ospitalieri
- Istituto Oncologico del Mediterraneo S.p.A.
- Istituto Superiore di Sanità
- Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri
- Sapienza Università di Roma
- SIT – Sordina IORT Technologies S.p.A.
- Università degli Studi di Roma Tor Vergata
- Alma Mater Studiorum Università di Bologna
- Università degli Studi di Cagliari
- Università degli Studi di Catania
- Università degli Studi di Foggia
- Università degli Studi di Milano-Bicocca
- Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
- Università di Pisa
- Università Politecnica delle Marche
Referente Scientifico
Prof. Giorgio Stassi
Missione
La missione del network tematico (Spoke 3) è anticipare la risposta del paziente alle terapie, riducendo l’incertezza clinica e migliorando l’appropriatezza dei trattamenti. In medicina di precisione, comprendere in anticipo se una terapia sarà efficace o meno consente di evitare trattamenti inutili o potenzialmente dannosi.
Lo Spoke 3 lavora per rendere questa previsione possibile attraverso modelli sperimentali e computazionali che riproducono il comportamento delle cellule e dei tessuti malati.
Obiettivi
- Migliorare la capacità di previsione della risposta terapeutica individuale.
- Ridurre il fallimento dei trattamenti attraverso una selezione più mirata.
- Supportare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.
- Fornire strumenti predittivi utilizzabili negli studi clinici.
Attività
Le attività dello Spoke 3 si concentrano sulla creazione e sull’utilizzo di modelli predittivi avanzati che simulano la risposta biologica a farmaci, radiazioni e terapie innovative. Un elemento centrale è lo sviluppo di organoidi, strutture tridimensionali coltivate in laboratorio a partire da cellule del paziente, che riproducono in modo fedele le caratteristiche del tessuto di origine.
Accanto agli organoidi, lo Spoke sviluppa modelli cellulari e animali per studiare i meccanismi di resistenza ai trattamenti e per identificare nuovi bersagli terapeutici. Le attività includono anche la progettazione di modelli computazionali che integrano dati biologici e clinici, permettendo di simulare scenari terapeutici e prevedere l’evoluzione della malattia nel tempo.
Un ulteriore ambito di attività riguarda lo studio dei fattori biomeccanici e metabolici che influenzano il comportamento delle cellule tumorali e la loro risposta alle terapie.
Aree di lavoro
Integrazione di modelli sperimentali e computazionali per colture cellulari 3D umane caratterizzate da specifiche mutazioni genetiche o alterazioni della biogenesi di RNA / proteine.
- Simulazione 3D di strutture sferoidali mediante Machine Learning
- Circuiti molecolari regolatori della crescita cellulare 3D nei fenotipi fisio-patologici
Simulazione di proteine mutate e strutture complesse tramite Quantum Computing e AI
- Tecniche di Quantum Computing applicate ai sistemi biochimici, alla biologia molecolare e alla chimica organica
- Valutazione integrata in silico dell’impatto delle mutazioni su struttura, funzione e interazioni proteiche
Simulazioni di docking dinamico farmacoforico di molecole con alterazioni genetiche
- Ottimizzazione computazionale del legame molecolare e dell’affinità di docking
- Sintesi molecolare per la validazione sperimentale dei modelli computazionali
- Diagnostica precoce: traslazione degli strumenti dal laboratorio alla clinica (Bench to Bedside)
Modelli preclinici per strategie di prevenzione, terapia e diagnostica di precisione
- Modellazione di strutture sferoidali 3D per la stima del rischio di insorgenza e progressione patologica
- Sviluppo di modelli in vitro per la risposta alla radioterapia e all’ipertermia locale (HT)
- Validazione sperimentale a risoluzione di singola cellula (Single-cell level)
- Generazione e ottimizzazione di modelli animali preclinici basati sull’impiego di organoidi
- Modelli murini per lo studio del metabolismo mitocondriale
- Sistemi innovativi per radioterapia elettronica FLASH: dalla modellazione in silicoalla validazione preclinica in modelli animali e organoidi per tumori profondi
Progetti finanziati tramite Bandi a Cascata
MECHANOMET
Tracing, studying, and disabling and cross talk between mechanotransduction, cancer cells, and CAFs in the metastatic breast cancer tumor microenvironment
Il progetto mira a decifrare l’influenza delle proprietà bio-meccaniche della matrice extracellulare sulla biologia delle cellule metastatiche e dei fibroblasti tumorali, integrando sistemi organotipici e modelli murini transgenici di cancro alla mammella per testare l’impatto funzionale della meccanotrasduzione in contesti preclinici. Attraverso l’impiego della biologia sintetica e lo sviluppo di nuovi strumenti di visualizzazione cellulare ad alta risoluzione, la ricerca ricostruirà le interazioni dinamiche tra cellule malate e microambiente dell’ospite, fornendo una piattaforma avanzata per caratterizzare molecole farmacologiche innovative. L’obiettivo finale è l’identificazione di bersagli in grado di modulare il rimodellamento della matrice e superare la resistenza ai trattamenti convenzionali, stabilendo nuove strategie terapeutiche per prevenire efficacemente la ricaduta metastatica agendo sulle basi fisiche e molecolari della progressione tumorale.
PLANNING
A PLAtform to ideNtify aNd characterIze mitochoNdrial druGs
Il progetto è finalizzato allo sviluppo di una pipeline di farmaci mitocondriali innovativi, denominati Opanibs, Micanibs, Mikatibs e Precinibs, mirati a colpire selettivamente bersagli molecolari chiave quali la proteina Opa1, l’uniporter del calcio mitocondriale ($Ca^{2+}$), il canale $K_{ATP}$ mitocondriale e il recettore P2. Attraverso la modulazione di queste specifiche vie di segnalazione, la ricerca intende fornire soluzioni terapeutiche avanzate per contrastare il cancro, le malattie neurodegenerative e l’infiammazione, trasformando la regolazione delle funzioni mitocondriali in una strategia clinica efficace per ripristinare l’omeostasi cellulare in diverse condizioni patologiche.
