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«Un termine chiave in relazione al modello di essere umano fisiologico virtuale (VPH, Virtual Physiological Human) è medicina personalizzata», spiega John Fenner, membro del team di coordinamento del progetto VPH-CaSE e docente associato di fisica medica presso l’Università di Sheffield, nel Regno Unito. «Prendiamo ad esempio i farmaci. Secondo una prassi abbastanza comune, i medici prescrivono diversi dosaggi in base al peso dei pazienti. Le decisioni relative a quali farmaci vengono prescritti, tuttavia, tendono a basarsi più grossolanamente su gruppi di popolazione distinti, una soluzione che si configura solitamente come indifferenziata per tutti».
L’approccio VPH punta a risolvere la questione mediante l’impiego di modelli computazionali e si fonda su una migliore comprensione delle modalità di funzionamento generale del corpo umano. In questo modo, i farmaci inefficaci possono essere scartati prima di passare alla fase di sperimentazione, con conseguenti possibili risparmi nel loro sviluppo per importi nell’ordine di miliardi di euro. «Ciò può contribuire ad assicurare trattamenti più efficaci, caratterizzati da una minore quantità di effetti collaterali e personalizzati», aggiunge Fenner. «Lo stesso vale per le protesi e gli strumenti medici».
Un altro elemento importante di VPH è la modellizzazione multiscala, che simula e mette in relazione tra loro processi che vanno dalla macroscala alla microscala. Comprendere le ossa su scala macroscopica (ad esempio fattori quali robustezza, peso, rigidità, ecc.) non è sufficiente per sviluppare protesi efficaci, in quanto è necessario anche pensare agli impatti esercitati a livello cellulare. «Si pensi all’attività fisica in palestra», afferma Fenner. «Quando ci si allena con i pesi i muscoli si ingrossano a causa di micro-cambiamenti nelle cellule muscolari. Ciò di cui abbiamo bisogno è una modellizzazione che abbracci tutte queste scale, dalla struttura scheletrica ai processi cellulari».
Cure cardiache migliori
Nell’ambito dell’Iniziativa VPH, nel 2015 è stato avviato il progetto VPH-CaSE, finanziato dall’UE, con l’obiettivo di sviluppare potenziali nuovi strumenti e metodi per migliorare le cure cardiache. Il progetto, finanziato attraverso il programma Marie Skłodowska-Curie dell’UE, ha riunito 14 giovani ricercatori in fase iniziale di carriera allo scopo di esaminare una vasta gamma di argomenti, dal comportamento delle cellule cardiache all’analisi delle popolazioni. «Tutti questi studi hanno contribuito al lavoro di altri ricercatori», osserva Fenner. «Questo proficuo interscambio, attraverso il quale ci si avvale di risultati e modelli generati da altri per potenziare la propria attività di ricerca, fa integralmente parte della filosofia di VPH».
I 14 progetti di ricerca erano incentrati su tre aree principali, ovvero funzione del tessuto cardiaco e supporto cardiaco, emodinamica cardiovascolare (lo studio della circolazione sanguigna) e diagnosi basata su immagini. Sono stati coinvolti partner del mondo industriale e di quello clinico, una partecipazione che ha fornito al team di ricerca una preziosa esperienza di lavoro e ha garantito che i progetti sviluppati puntassero a risolvere sfide del mondo reale.
«Alcuni studenti sono stati inseriti in piccole aziende al fine di aiutare a creare e testare migliori apparecchiature di diagnostica per immagini», aggiunge Fenner. «Per un’istituzione accademica come la nostra, l’opportunità di lavorare a fianco dell’industria in questo modo ha un valore incommensurabile».
Un futuro luminoso
Andrew Narracott, collega di Fenner attivo presso l’Università di Sheffield, descrive il progetto VPH-CaSE come un altro tassello nel mosaico per lo sviluppo della medicina personalizzata e il miglioramento della tecnologia per la diagnostica medica. «Si tratta di un lungo percorso di sviluppo; c’è molta strada da fare e, per arrivare a destinazione, bisogna posare adeguatamente i tasselli», spiega.
«Un buon parametro per misurare il successo ottenuto è senza dubbio la qualità della formazione ricevuta dai nostri studenti. Il fatto che abbiano proseguito gli sforzi compiuti in questo progetto effettuando ulteriori attività di ricerca o collaborando con l’industria è gratificante. Uno dei nostri studenti lavora ora al National Physical Laboratory (il laboratorio nazionale per le unità di misura del Regno Unito). Per noi, si tratta di un grande successo».
Inoltre, alcune delle tecnologie sviluppate nel corso del progetto sono state ulteriormente approfondite. Ad esempio, un sistema di controllo ultrasonico si sta ora convertendo in un nuovo strumento per controllare i sistemi di diagnostica per immagini (RMI).
«Stiamo dando seguito alla collaborazione che abbiamo intrapreso durante lo svolgimento di VPH-CaSE con le PMI con l’intenzione di commercializzare infine le tecnologie, laddove possibile», osserva Fenner. «Uno dei nostri studenti ha continuato il proprio lavoro con un partner industriale al fine di contribuire a sviluppare soluzioni computazionali a supporto degli interventi chirurgici. Queste interazioni, attualmente in corso, dimostrano come l’industria e i ricercatori abbiano preso ispirazione dalle idee dotate di potenzialità per migliorare le cure cardiovascolari».
Secondo quanto ritenuto da Fenner, un vantaggio a più ampio ventaglio apportato dal progetto è stato il contribuito alla coscienza comune per quanto concerne il valore dei metodi computazionali nel campo della medicina. «Un punto saliente di particolare interesse è stato il nostro coinvolgimento in un’esposizione artistica a Londra», afferma.
«Una delle tecnologie di modellizzazione sviluppate nell’ambito del progetto è stata esposta come opera rappresentante una scultura dinamica. Ciò si è rivelato un esercizio molto appagante e ha fornito una prospettiva completamente diversa sulla nostra ricerca. Inoltre, l’interazione con il pubblico ha obbligato i nostri ricercatori a pensare in modo diverso al proprio lavoro, prendendo forse in maggiore considerazione i vantaggi sociali rispetto a quanto facessero di solito. Il valore di questa più ampia prospettiva sarà inestimabile per le loro carriere».