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La cura delle patologie cardiovascolari: il contributo dell’Intelligenza Artificiale

Un progetto che grazie alla sinergia tra attività clinica e Intelligenza Artificiale punta a definire modelli predittivi per caratterizzare i pazienti con patologie cardiovascolari al fine di migliorarne le cure.

 

Ci presenta il progetto la dottoressa Cristina Panico, cardiologa di Humanitas. Le nuove tecnologie possono essere di grande aiuto nell’ambito della Ricerca; la strada verso cure definitive è ancora lunga e c’è bisogno del contributo di tutti: ecco perché è importante sostenere la Ricerca donando il proprio 5×1000.

 

Obiettivo della Ricerca

 

Le malattie cardiovascolari rappresentano la principale causa di morte in Italia. Nella loro insorgenza giocano un ruolo fattori di rischio non modificabili (come età, sesso, familiarità e predisposizione genetica) e fattori modificabili, legati in particolare allo stile di vita (vizio del fumo, consumo di alcol, scorretta alimentazione, sedentarietà).

 

Gran parte delle prescrizioni mediche e di informazioni riguardanti fattori decisivi come le comorbidità, lo stile di vita e i farmaci somministrati, sono registrati in forma di testo nelle cartelle cliniche. Pertanto questa tipologia di dato non è automaticamente accessibile in quanto non collezionata in forma “strutturata”. A oggi l’attività di recupero di questi dati per studi di ricerca è fatta interamente a mano, limitando la fattibilità di studi su ampi campioni di popolazione e allungando le tempistiche di realizzazione degli studi.

 

Grazie all’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale, e in particolare delle tecniche dell’elaborazione del linguaggio naturale – NLP (Natural Language Processing), si può estendere l’analisi a campi difficilmente accessibili per mezzo di tecniche standard, come appunto i dati registrati in forma di testo libero. Queste tecniche di elaborazione consentono infatti di leggere e comprendere il testo e, successivamente, di estrarre le informazioni utili dallo stesso e renderla disponibile per ogni tipologia di analisi.

 

Al fine di allenare le reti neurali che si occupano di questi processi è fondamentale la presenza del personale medico che, insieme al team di ingegneri, costruisce dei modelli di esempio da cui le reti stesse andranno a “imparare” e ne supervisiona l’apprendimento.

 

I primi obiettivi della ricerca sono incentrati sul miglioramento della caratterizzazione dei pazienti affetti da patologie cardiovascolari (come scompenso cardiaco, infarto e valvulopatie), sulla stratificazione dei pazienti in base alla prognosi e la validazione sia di nuovi biomarcatori (che possano essere utili per la diagnosi) sia di nuovi trattamenti e procedure.

 

Humanitas A.I. Health Center

 

Humanitas sta costruendo un Centro d’avanguardia focalizzato sulla Ricerca in ambito clinico – Humanitas A.I. Health Center – che unisce il network dei medici e dei ricercatori e un team di ingegneri specializzati in Intelligenza Artificiale.

 

Quali ricercatori sono coinvolti e quali sono le tempistiche del progetto? Nel progetto sono coinvolti diverse figure chiave tra cui cardiologi clinici, ricercatori di base e data scientists.

 

Come si integrano le competenze mediche e le competenze dei data scientist (tecnici)? Il progetto permette di integrare la ricerca traslazionale con l’intelligenza artificiale: dall’ospedale giungono i quesiti clinici, dai laboratori nuovi biomarcatori e trattamenti; protocolli di ricerca vengono pertanto definiti e realizzati grazie al supporto degli ingegneri.

Contro aterosclerosi, stenosi e aneurisma, in Humanitas si studia una nuova strategia terapeutica

Supportare questo progetto potrebbe permettere, nel breve periodo, di sviluppare una nuova tecnologia che potenzialmente potrebbe risolvere uno dei principali problemi clinici tipici della malattia coronarica, ovvero il processo di re-vascolarizzazione stent-dipendente: ecco perché è importante donare il 5×1000 a Humanitas

 

La battaglia contro la malattia coronarica, che rappresenta una delle principali cause di morbilità e mortalità nelle nazioni industrializzate, ha un nuovo alleato: un modulatore in grado di regolare la plasticità delle cellule muscolari lisce dei vasi sanguigni che potrebbe fare la differenza contro uno dei principali problemi clinici tipici della malattia coronarica, ovvero il processo di re-vascolarizzazione dovuto al posizionamento degli stent (stent-dipendente), riducendo per i pazienti il rischio di trombosi e il ricorso a lunghe terapie a base di farmaci anticoagulanti. La notizia arriva da uno studio pubblicato sul The Journal of Clinical Investigation da Leonardo Elia e Manuela Quintavalle dell’Istituto Clinico Humanitas di Rozzano. Il prossimo passo, spiegano i ricercatori, sarà sviluppare una nuova tecnologia che permetta di sfruttare al meglio le caratteristiche di questo modulatore.

 

Cos’è il processo di re-vascolarizzazione

Il processo di re-vascolarizzazione stent-dipendente consiste nella formazione di nuovo tessuto endoteliale dopo l’impianto dello stent. “Una volta che viene impiantato lo stent la parete interna del vaso sanguigno, costituita da cellule endoteliali, si rovina”, spiega il dottor Elia. “Le cellule endoteliali, oltre a rivestire il lume interno del vaso, svolgono anche una funzione protettiva per il vaso stesso e quando questo risulta danneggiato attivano diversi meccanismi di riparazione alcuni dei quali, però, diventano patologici dando vita a complicazioni quali, ad esempio, eventi trombotici. Identificare molecole capaci di regolare il processo di re-vascolarizzazione potrebbe dunque ridurre per i pazienti che si sottopongono a un impianto di stent il rischio di trombosi e il tempo di utilizzo di farmaci anticoagulanti”.

 

La malattia coronarica

La malattia coronarica (o CAD, dall’inglese Coronary Artery Disease) è una patologia caratterizzata dallo sviluppo di placche arteriosclerotiche che riducono il lume dei vasi, limitando il flusso di sangue coronarico. Attualmente  il principale approccio terapeutico per riattivare il flusso coronarico prevede interventi di angioplastica con e senza stent – definiti interventi coronarici percutanei (PCI) – che consentono il ripristino del flusso sanguigno nelle coronarie. Purtroppo la proliferazione cellulare nella parte interna del vaso dovuta al danno che il posizionamento dello stent stesso comporta (definita scientificamente “restenosi in-stent”) rimane uno dei maggiori svantaggi di queste procedure. “Sebbene gli stent medicati abbiano dimostrato di essere efficaci nel ridurre il rischio di restenosi tardiva mediante il rilascio locale di farmaci in grado di inibire la crescita vascolare  e cellulare, il loro impiego attualmente presenta alcuni limiti tra cui la ricrescita incompleta della parete interna dei vasi sanguigni che porta alla trombosi tardiva, la necessità di somministrare agenti anti-piastrinici a lungo termine per evitare l’insorgenza di trombosi e l’ipersensibilità che può svilupparsi a livello locale al materiale di cui è composto lo stent”, precisa Elia. E sono proprio questi limiti che la nuova strategia terapeutica ideata dai ricercatori di Humanitas mira a superare.

 

Il ruolo delle cellule muscolari lisce

Facciamo un piccolo passo indietro. Tra le principali componenti cellulari di un vaso sanguigno ci sono le cellule muscolari lisce, il cui ruolo principale è quello di mantenere il tono contrattile del vaso stesso, così da bilanciare le alterazioni della pressione del sangue. Queste cellule hanno inoltre la capacità di modulare il loro stato differenziativo in risposta a stimoli extracellulari, tra cui quelli indotti da danno vascolare e infiammazione: questa loro caratteristica contribuisce però purtroppo non solo ai meccanismi di riparazione vascolare, ma anche allo sviluppo di patologie cardiovascolari come la restenosi delle arterie coronarie, le malattie vascolari periferiche e l’aneurisma.

 

Lo studio

Nello studio, pubblicato sul The Journal Of Clinical Investigation, “abbiamo dimostrato che il modulatore epigenetico UHRF1 svolge un ruolo fondamentale nella regolazione della plasticità delle cellule muscolari lisce dei vasi sanguigni, sia in condizioni fisiologiche che patologiche. Analizzando l’espressione di UHRF1 in campioni di vasi coronarici umani con patologie connesse al sistema cardiocircolatorio, abbiamo osservato che la sua presenza è direttamente correlata allo sviluppo di un’ampia gamma di patologie vascolari quali aterosclerosi, stenosi e aneurisma. Questi risultati sono stati trasferiti a modelli animali, cosi da valutare se la modulazione di URHF1 avesse, come pensavamo, la potenzialità di inibire lo sviluppo di queste importanti patologie. E così è stato: entrambi gli approcci utilizzati in laboratorio ci hanno permesso di dimostrare la forte potenzialità che l’inibizione di UHRF1 abbia un ruolo protettivo”, spiega il dottor Elia.

 

La prospettiva futura: idrogel con stampa in 3D

“In prospettiva futura l’idea è quella di sviluppare un farmaco basato su delle nanotecnologie capaci di trasportare un oligonucleotide a DNA capace di inibire l’espressione di UHRF1 nei vasi. A tal fine, un sistema di rilascio ideale di questo particolare farmaco dovrebbe essere non trombotico, non infiammatorio e non tossico e dovrebbe facilitare la guarigione vascolare accelerando la ricrescita del rivestimento interno dei vasi (re-endotelializzazione)”, conclude lo studioso. “Per fare ciò vorremmo generare un idrogel mediante delle stampe 3D su cui verranno caricate le nanoparticelle anti-UHRF1, e associarlo a un sistema di rilascio guidato da specifici cateteri così da raggiungere e depositare le nanoparticelle nel distretto vascolare di interesse”.

 

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