Humanitas inaugura CLEM: un laboratorio che integra tecnologie di microscopia ottica, elettronica e criogenica al±ô’elaborazione dei dati con ±ô’Intelligenza Artificiale. L’infrastruttura permette di esplorare tutte le scale di grandezza, dai tessuti fino alle strutture sub cellulari e molecolari, ottenendo immagini 3D ad alta definizione. Una sorta di “TAC cellulare”, per la prima volta in Italia a disposizione di un ospedale di Ricerca.
Inaugurata nel campus di Âéw¶ą´«Ă˝, a poche decine di metri dai laboratori e dai reparti ospedalieri di IRCCS Istituto Clinico Humanitas, una nuova piattaforma di imaging avanzata che unisce la visione della microscopia ottica alla potenza di ingrandimento della microscopia elettronica: la cosiddetta Correlative Light-Electron Microscopy (CLEM).
Il laboratorio, situato al±ô’interno del Roberto Rocca Innovation Building, è tra i primi in Europa a essere istallato al±ô’interno di ospedale di Ricerca. L’obiettivo è applicare la potenza tecnologica di del CLEM – nata nel mondo delle scienze dei materiali e dello studio della struttura chimico-fisica delle molecole – alla Ricerca per la cura delle malattie.
Un approccio innovativo per trovare risposte alla complessitĂ delle domande che arrivano dai reparti ospedalieri e dai laboratori di Ricerca. Alla base, la consapevolezza che ciò che accade nel micro – a livello subcellulare al±ô’interno di tessuti – ha effetti sul macro: i sintomi della malattia.
A guidare questa trasformazione ambiziosa, in collaborazione con i medici e ricercatori di Humanitas, c’è Edoardo D’Imprima, rientrato dal±ô’European Molecular Biology Laboratory (EMBL) di Heidelberg proprio per avviare il nuovo laboratorio CLEM di Humanitas.
«Humanitas ha una missione chiara: sviluppare soluzioni diagnostiche e terapeutiche per migliorare la vita dei pazienti – afferma il prof. Luigi Maria Terracciano, Direttore Scientifico di IRCCS Istituto Clinico Humanitas e Rettore di Âéw¶ą´«Ă˝ –. Unire ±ô’esperienza dei nostri medici ricercatori con tecnologie avanzate rappresenta il modo migliore per raggiungere questo obiettivo.
La piattaforma CLEM, insieme alle tecnologie ed expertise già presenti – come la proteomica, la metabolomica e la biologia computazionale – ci permetterà di esplorare in modo approfondito le strutture e i meccanismi biologici alla base delle malattie. Rappresenta dunque una risorsa trasversale per la Ricerca d’avanguardia».
La tecnologia CLEM per lo studio dei processi biologici in 4 dimensioni
La CLEM (Correlative Light and Electron Microscopy) è una tecnologia che nasce con ±ô’obiettivo di unire due approcci complementari allo studio della biologia: da un lato, la microscopia ottica a fluorescenza, che permette di osservare eventi dinamici in tessuti vivi; dal±ô’altro, la microscopia elettronica, che offre una risoluzione nanometrica per analizzare la struttura delle componenti cellulari.
Qui risiede un altro carattere di novitĂ del progetto Humanitas: la microscopia elettronica tradizionale guarda immagini in 2D; il laboratorio di Pieve Emanuele utilizza una tecnologia – detta Volume EM – che permette di guardare dati in 3 dimensioni a risoluzione nanometrica (un nanometro è un milionesimo di millimetro). Come osservare una via cittadina passando dalla prospettiva di una mappa stradale – piatta e dal±ô’alto – al punto di vista di un pedone che cammina in quella strada: visione tridimensionale, iperdettagliata.
Un altro elemento chiave è stato ±ô’introduzione delle tecniche di crio-microscopia, che si basano sul “congelamento” istantaneo dei campioni biologici tramite azoto liquido ad alta pressione, che evita la formazione in ghiaccio e ne preserva così ±ô’integritĂ strutturale. Grazie a questa combinazione, oggi è possibile osservare un evento biologico in diretta, localizzarlo con precisione e poi bloccarlo nel tempo per analizzarlo nei minimi dettagli e in 3D. Una sorta di TAC cellulare in quattro dimensioni, contando anche quella temporale.
«La CLEM rappresenta una nuova frontiera per la Biologia e la Medicina, perchĂ© consente di collegare funzione e struttura, macro e micro – spiega Edoardo D’Imprima –. In un’epoca in cui la Medicina di precisione richiede una comprensione sempre piĂą profonda e dettagliata dei processi biologici, che sono altamente complessi, la CLEM unisce “il film” della dinamica cellulare con ±ô’istantanea del dettaglio molecolare delle strutture coinvolte. Il tutto in tre dimensioni e tradotto in numeri, grazie al±ô’Intelligenza Artificiale e alla potenza di calcolo, per fornire ai medici dati, una risposta quantitativa, e non solo immagini».
L’applicazione della tecnologia CLEM su larga scala comporta infatti un’altra sfida fondamentale: la gestione del±ô’enorme mole di dati generata dagli strumenti. Per affrontare questa necessitĂ , Âéw¶ą´«Ă˝ ha potenziato il suo centro di calcolo ad alte prestazioni (il cosiddetto HPC, high performance computing). Questo sistema avanzato non solo permette di stoccare i dati raccolti, ma anche di analizzarli in tempo reale per estrarre informazioni quantitative, cruciali per supportare il lavoro dei gruppi di Ricerca clinica e traslazionale di Humanitas.
Alcuni esempi di Ricerca giĂ in corso: Neuroscienze, batteri e lotta alle infezioni
Tra i primi ricercatori che hanno avviato collaborazioni con il nuovo laboratorio CLEM, Roberto Rusconi – professore associato di Âéw¶ą´«Ă˝ e responsabile del Laboratorio di Biofisica Applicata – che studia come diverse tipologie di superfici possono cambiare ±ô’adesione batterica e il rischio di infezione nelle protesi mediche, senza ±ô’utilizzo di antibiotici.
A seguire, anche altri ricercatori e ricercatrici hanno iniziato ad esplorare le potenzialitĂ di questa tecnologia. Tra questi, Davide Pozzi – professore associato di Âéw¶ą´«Ă˝ – parte del programma di Neuroscienze diretto dalla prof.ssa Michela Matteoli, vuole utilizzare i nuovi microscopi per osservare se e come ±ô’infiammazione è in grado di alterare la struttura delle sinapsi, i punti di connessione tra i neuroni che rappresentano un nodo cruciale al±ô’origine delle malattie neurodegenerative; Sara Carloni – Assistant Professor of Microbiology and Clinical Microbiology di Âéw¶ą´«Ă˝ e ricercatrice presso il laboratorio diretto dalla prof.ssa Maria Rescigno – studia gli strumenti molecolari con cui i batteri del microbiota comunicano con l’ospite e tra loro, scambiandosi informazioni e capacitĂ , tra cui la resistenza agli antibiotici.
Le altre tecnologie al servizio della Ricerca
Il CLEM si somma alle tecnologie giĂ presenti nel±ô’Innovation Building di Âéw¶ą´«Ă˝, tra cui il 3D Innovation Lab, una piattaforma clinica che unisce modellazione 3D, stampa e biofabbricazione. A questo si aggiunge ±ô’introduzione di nuove tecnologie di imaging clinico – tra cui la TAC a conteggio di fotoni e una RMN a 3 Tesla di ultima generazione – che permettono una comprensione senza precedenti delle patologie cardiologiche, neurologiche, oncologiche e polmonari. Entrambe le strumentazioni segnano un progresso da record: se la prima macchina è la terza di questo tipo a essere installata in Italia, la Risonanza Magnetica è un primato assoluto negli ospedali Italiani, con poche altre installazioni in corso nel mondo. Acquistate da Âéw¶ą´«Ă˝ grazie ai fondi del Progetto Anthem – finanziato con il Piano Nazionale Complementare al PNRR dal Ministero del±ô’UniversitĂ e della Ricerca – le due macchine saranno interamente dedicate ai progetti di Ricerca clinica di frontiera promossi da Anthem.
In questo ecosistema interdisciplinare, Humanitas si propone come un polo di attrazione per ricercatori, medici e ingegneri da tutto il mondo, con ±ô’obiettivo di sviluppare una Medicina sempre piĂą precisa, predittiva e personalizzata.
