Diabete: un modello matematico fa luce sulle cause della malattia

Investigati i meccanismi responsabili del difetto di secrezione insulinica nei pazienti diabetici. 

Lo studio, coordinato dall'Istituto di neuroscienze del Cnr di Padova, migliora la comprensione di questa malattia integrando studi in vitro e in vivo e superando i limiti degli approcci puramente sperimentali. 

I risultati sono stati pubblicati su 'Diabetes'. 

Il diabete è una malattia metabolica caratterizzata da aumentati livelli di glucosio nel sangue, che costituiscono un importante fattore di rischio per complicanze cardiovascolari, renali e retiniche. 

Due principali fattori concorrono a produrre gli elevati livelli di glucosio: la diminuita capacità di azione dell'insulina e un difetto delle cellule del pancreas (le beta-cellule) che secernono insufficienti quantità di insulina (o 'di questo ormone'). 

Sebbene nella letteratura scientifica siano presenti studi in vivo, nonché ricerche in vitro sul difetto di secrezione insulinica, è ancora in buona parte sconosciuta la dinamica dei processi responsabili del difetto beta-cellulare che caratterizza questa malattia. Una fondamentale difficoltà di queste ricerche è infatti l'impossibilità di adottare in vivo, nell'uomo, le tecniche d'indagine usate in laboratorio.

Grazie a uno studio, coordinato dall'Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (In-Cnr) di Padova in collaborazione con l'Istituto di fisiologia clinica del Cnr di Pisa e le università di Pisa e di Pittsburgh (Usa), è stato possibile confrontare i risultati ottenuti in vitro con quelli su pazienti diabetici ed avere conferma dei meccanismi responsabili del difetto di secrezione insulinica, fondamentale nello sviluppo del diabete di tipo 2, la forma più comune che interessa il 90% dei casi e che si sviluppa prevalentemente a partire dai 40 anni di età. I risultati sono stati pubblicati su 'Diabetes'.

"Nella letteratura scientifica sono presenti studi in vivo sul ruolo della disfunzione delle beta-cellule, mentre la ricerca in vitro ha chiarito i meccanismi chiave (detti di 'attivazione' e 'amplificazione') che controllano la secrezione di insulina", spiega Andrea Mari, ricercatore dell'In-Cnr e co-autore dello studio, ora pubblicato sulla prestigiosa rivista internazionale 'Diabetes'. 

"Attraverso l'analisi dei dati ottenuti dagli studi in vitro, abbiamo sviluppato un modello matematico che rappresenta i meccanismi secretori della beta-cellula normale. Lo stesso modello è poi stato utilizzato con successo per simulare le risposte secretorie ottenute in una serie di esperimenti classici sull'uomo, dimostrando la congruità tra gli studi in vitro e quelli in vivo".

"Basandoci su questa coerenza interpretativa, siamo stati in grado di verificare che la risposta diabetica dipende dai meccanismi di amplificazione della secrezione, mentre quelli di attivazione non appaiono coinvolti", conclude Eleonora Grespan, dell'In-Cnr. 

"La ricerca, inoltre, conferma il potenziale applicativo dei modelli matematici nella comprensione della fisiopatologia, in particolar modo quando gli studi in vivo sono limitati da ragioni pratiche o etiche e nei casi in cui l'analisi di molteplici condizioni sperimentali rappresenti la chiave per comprendere i difetti funzionali a livello cellulare".

Roma, 19 febbraio 2018

La scheda

Chi: Istituto di neuroscienze di Padova (In-Cnr)

Che cosa: Un modello matematico spiega il difetto di secrezione insulinica tipico del diabete: Defective Amplifying Pathway of β-cell Secretory Response to Glucose in Type 2 Diabetes: Integrated Modeling of in vitro and in vivo Evidence. Grespan Eleonora, Giorgino Toni, Arslanian Silva, Natali Andrea, Ferrannini Ele, Mari Andrea.

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Salute. Ictus, nuovo approccio per il recupero della mobilità

L'Istituto di neuroscienze del Cnr e l'Istituto di biorobotica della Scuola Superiore Sant'Anna hanno individuato una strategia terapeutica che prevede l'impiego di strumenti robotici e il ripristino della normale comunicazione dei due emisferi cerebrali. 

Lo studio pubblicato su eLife.

Un nuovo approccio integrato per il recupero delle funzioni motorie lesionate da ictus attraverso la riabilitazione robotica e il ripristino di una normale comunicazione tra i due emisferi cerebrali: questi i risultati dello studio realizzato congiuntamente dall'Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (In-Cnr) di Pisa e dall'Istituto di biorobotica della Scuola Superiore Sant'Anna, pubblicati sulla rivista eLife, che aprono a nuove possibilità terapeutiche per trattare l'emiparesi dovuta a ischemia cerebrale.

La ricerca, coordinata da Matteo Caleo dell'In-Cnr e da Silvestro Micera della Scuola Superiore Sant'Anna, ha individuato una nuova strategia terapeutica capace di migliorare significativamente la funzione motoria dell'arto superiore colpito da paresi: il trattamento prevede un'inattivazione transitoria di una piccola porzione dell'emisfero sano, combinata con la riabilitazione fisica guidata da strumenti robotici, i quali a loro volta permettono un preciso controllo dell'esercizio svolto e la raccolta di dati su forze, velocità e traiettorie esercitate dal soggetto.

"Siamo partiti dalla nozione che, nel cervello sano, esiste un bilanciamento perfetto tra i due emisferi cerebrali, mediato dal corpo calloso, che consente una precisa coordinazione delle funzioni svolte dalle due metà cerebrali", spiega Cristina Spalletti, ricercatrice dell'In-Cnr e prima autrice del lavoro pubblicato. "Il danno ischemico, tuttavia, altera questo equilibrio e l'emisfero sano prende il sopravvento, limitando il potenziale plastico del tessuto cerebrale intorno alla lesione".

Il trattamento combinato ha portato miglioramenti molto significativi, riequilibrando la comunicazione tra i due emisferi, aumentando la plasticità perilesionale e ripristinando le capacità motorie a valori molto vicini a quelli misurati prima della lesione. "I risultati sono stati valutati mediante tecniche di elettrofisiologia per verificare lo stato di attività cerebrale, di neuroanatomia per visualizzare i cambiamenti plastici nelle aree perilesionali e su compiti motori per misurare il recupero funzionale in un modello animale", aggiunge Spalletti.

Lo studio effettuato fa parte del progetto FAS salute 2014 'Robotica indossabile personalizzata per la riabilitazione motoria dell'arto superiore in pazienti neurologici' promosso dalla Regione Toscana, e del quale fanno parte anche l'Istituto Tecip della Scuola Sant'Anna e l'Azienda Ospedaliera Pisana; si tratta di un progetto multidisciplinare in cui le informazioni raccolte dalla ricerca di base servono da guida per le strategie riabilitative, applicate sui pazienti neurologici grazie a una specifica palestra robotica.

L'ischemia cerebrale, o ictus, è una delle principali cause di disabilità a lungo termine, una condizione che, soprattutto quando affligge l'arto superiore, costituisce un grosso ostacolo allo svolgimento delle attività quotidiane più semplici. 

La riabilitazione motoria rappresenta l'unica speranza di recuperare le funzioni perdute, e negli ultimi anni molte speranze sono state rivolte verso l'utilizzo di dispositivi robotici per aumentare l'efficacia dell'esercizio fisico. 

La comunità scientifica inoltre è andata alla ricerca di trattamenti 'plasticizzanti' che rendano il tessuto cerebrale sopravvissuto più propenso a rimodellarsi per compensare il danno funzionale. "Lo studio recentemente pubblicato offre un esempio concreto di come neuroscienze di base, bioingegneria, robotica e clinica possono costruire insieme percorsi sperimentali con l'obiettivo finale di assicurare ai pazienti neurologici un migliore recupero funzionale dopo ictus", conclude Spalletti. 

Le due immagini al microscopio raffigurano il tessuto che circonda la lesione ischemica dove si vedono in blu tutte le cellule, in verde i neuroni e in rosso il tessuto cicatriziale.

Roma, 29 gennaio 2018

  

La scheda

Chi: In-Cnr di Pisa e Istituto di biorobotica della Scuola Superiore Sant'Anna

Che cosa: Individuato un nuovo approccio terapeutico per il recupero della mobilità dopo ictus: "Combining robotic training and inactivation of the healthy hemisphere restores pre-stroke motor patterns in mice".

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Salute: l’insonnia raddoppia il rischio di incidenti stradali

Per la prima volta una ricerca condotta dal Dipartimento di Neuroscienze dell'Università di Genova e pubblicato sulla rivista internazionale"Plos One" dimostra la stretta correlazione tra insonnia ed incidenti stradali.

Genova, 2 novembre 2017 – L'insonnia, associata  talvolta a malattie come l'apnea notturna (OSA), può moltiplicare significativamente il rischio di incidenti stradali, fino a tre volte.  Lo rivela uno studio - pubblicato il 31 ottobre 2017 sulla prestigiosa rivista californiana Plos One - ideato e coordinato dal neurologo  Sergio Garbarino del Dipartimento di Neuroscienze dell'Università di Genova diretto dal prof. Gianluigi Mancardi in convenzione con la multinazionale CNH-Industrial IVECO e con la favorevole collaborazione  del Dipartimento di Scienze della Salute dell'Università di Genova e del professore di Medicina del Lavoro Nicola Magnavita dell'Istituto di Salute Pubblica dell'Università Cattolica Sacro Cuore di Roma. 

Lo studio fa parte del "Progetto CNH Iveco Industrial Check-Stop", un'azione internazionale per la sicurezza stradale, sostenuta dall'Autorità UE per la sicurezza stradale e dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (MIT).

La letteretatura scientifica da anni ha documentato l'esistenza di una correlazione tra insonnia e rischio di incidenti stradali. Ma nessuna ricerca, fino ad oggi, aveva realizzato un sondaggio così ampio su una singola categoria lavorativa (949 autotrasportatori hanno completato l'esame clinico e i questionari) arrivando a conclusioni scientifiche sorprendenti e inattese: l'insonnia tanto lamentata dagli italiani, e non solo, rappresenta un fattore di rischio che raddoppia la probabilità di incidenti e infortuni , nonchè di ammalarsi di patologie croniche metaboliche e cardiovascolari.

"Un primo dato sorprendente", chiarisce Garbarino - " è rappresentato dal fatto che nel 27,5% dei partecipanti è stata posta diagnosi di insonnia e la maggiore parte di questi presenta una maggiore prevalenza di malattie cardiovascolari, diabete, depressione e disturbi respiratori. Inoltre gli autotrasportatori con insonnia risultano avere un rischio quasi doppio di incidenti stradali e un rischio aumentato tre volte più elevato di quasi incidenti (NMA: Near Miss Accident) rispetto ad altri conducenti che non presentano la concomitante presenza di altre malattie e/o disturbi del sonno. Per questo l'insonnia è alla base non solo di un maggiore rischio di incidenti ma predispone anche all'insorgenza delle principali malattie croniche del nostro tempo".

"L'insonnia" aggiunge infine Magnavita,-" dovrebbe essere considerata un fattore di rischio per gli incidenti indipendentemente dalla durata del sonno e dalla presenza contemporanea di OSA e di altre malattie. La formazione e l'istruzione dei dipendenti e la responsabilità dei dipendenti per l'opportunità di dormire in modo adeguato e l'assistenza medica per i disturbi del sonno sono una parte essenziale di questi programmi di prevenzione ".

CNR: disabilità intellettive, un possibile approccio

Le disabilità intellettive sono spesso causate da difetti genetici. 

Un recente studio dell'Istituto di neuroscienze del Cnr di Milano, ha dimostrato che negli affetti dalla mutazione del gene TM4SF2, l'azione di una particolare molecola è in grado di migliorare l'attività cerebrale, favorendo il corretto transito cellulare del neurotrasmettitore glutammato. 

Il lavoro pubblicato su Cerebral Cortex.

I disordini dello sviluppo intellettivo si manifestano durante i primi anni di vita, provocando deficit cognitivi nell'ambito della socializzazione e delle capacità pratiche. Le cause più frequenti legate all'insorgenza di queste patologie sono i disturbi genetici, tra cui, le mutazioni di geni localizzati sul cromosoma X, come quelle che riguardano il gene TM4SF2. Questo gene reca l'informazione necessaria per la produzione della proteina TSPAN7, in assenza della quale vengono alterati numerosi processi cellulari, provocando squilibri intellettivi nella popolazione degli affetti.

Per esaminare la funzione di questa proteina, Luca Murru e Maria Passafaro dell'Istituto di neuroscienze del Cnr di Milano (In-Cnr), hanno condotto uno studio, pubblicato su Cerebral Cortex, utilizzando il topo come modello sperimentale. Sono stati generati animali mutanti per il gene TM4SF2 e successivamente indagate le loro reazioni. La mutazione del gene comporta un malfunzionamento nelle comunicazioni nervose e l'alterata attività del recettore per il glutammato. Una serie di test comportamentali condotti sugli animali, hanno poi mostrato difetti in diverse funzioni cognitive, come il riconoscimento di oggetti e l'orientamento spaziale. "Tale proteina è essenziale per regolare l'attività di un recettore per il glutammato, indispensabile per il corretto funzionamento dei neuroni", afferma Maria Passafaro. "Negli animali in studio sono stati riscontrati difetti funzionali nell'ippocampo, un'area del cervello strettamente implicata nei processi di apprendimento e memoria". 

Ad oggi non esiste alcuna terapia per la cura dei disturbi di tipo intellettivo, tuttavia, "gli esiti delle ricerche, suggeriscono che il trattamento con la molecola CX516, è in grado di potenziare l'attività del recettore per il glutammato e correggere i difetti neurologici evidenziati negli animali geneticamente modificati. Il recettore per il glutammato può quindi rappresentare un valido 'target' terapeutico nel trattamento dei difetti cognitivi, in pazienti affetti da mutazioni del gene TM4SF2", conclude la ricercatrice Cnr.

Roma, 15 ottobre 2017

La scheda

Chi: Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Milano (In-Cnr)

Che cosa: studio su disabilità intellettive causate da disturbo genetico, 'Pharmacological Modulation of AMPAR Rescues Intellectual Disability-Like Phenotype in Tm4sf2−/y Mice' (doi: 10.1093/cercor/bhx221)

CNR: prevenire il tumore con una App

Prevenire il tumore con l’aiuto di una App

Si chiama “A third less” e fornisce indicazioni sull’alimentazione da seguire e sull’attività fisica da svolgere attraverso contenuti multimediali. 

È stata realizzata da un team coordinato dall’Istituto di Neuroscienze del Cnr, con il supporto dell’Università di Padova e dell’Istituto Oncologico Veneto e sponsorizzato da Takeda

Avere a disposizione sul proprio cellulare indicazioni utili a prevenire il tumore. È possibile grazie a “A third less”, la App multipiattaforma (Ios, Android, Windows Phone) attiva e scaricabile gratuitamente. 

A realizzarla il Consorzio di ricerca Luigi Amaducci, tramite un team coordinato dall’Istituto di neuroscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (In-Cnr) e composto anche da Università di Padova (Dipartimento di Neuroscienze; Unità operativa di riabilitazione ortopedica), Istituto Oncologico Veneto e azienda Openview, con la sponsorizzazione di Takeda.

“L’applicazione offre un aiuto nella riduzione del rischio di ammalarsi, fornendo indicazioni sull’alimentazione da seguire, sull’attività fisica da praticare e aiutando a mantenere il peso forma. Ogni utente ha un suo avatar che deve trasformare in un ‘supereroe’ della salute, inserendo nella App informazioni circa i cibi che assume e lo sport che pratica”, spiega Stefania Maggi dell’In-Cnr, coordinatrice del board del progetto insieme a Gaetano Crepaldi e a Marianna Noale. 

Secondo l’analisi condotta dal World Cancer Research Fund/American Institute for Cancer Research circa un terzo delle più comuni forme di tumore potrebbe essere evitato attraverso uno stile di vita sano, con vantaggi anche per la prevenzione di altre malattie, prime tra tutte quelle cardiovascolari. Da qui, il nome dell’app ‘A third less’. 

“Le scelte nutrizionali possono influenzare la formazione del cancro a diversi livelli, ad esempio interferendo nella proliferazione, differenziazione e morte delle cellule, nell’espressione degli oncogeni e degli oncosoppressori. Anche una regolare attività fisica sembra associata a un ridotto rischio di tumori del colon e della mammella e a una diminuzione del rischio per prostata, polmone e utero”, prosegue Maggi.

Varie le funzionalità fornite dalla App: profilazione dell’utente per identificare gli stili di vita, così da poter consigliare gli esercizi da fare e i piatti da cucinare tramite brevi video. All’applicazione sono collegati anche il portale web di approfondimento, nel quale vengono ulteriormente spiegati i ‘consigli pratici’ forniti da “A third less” e viene ospitato il blog del progetto. È stata creata, inoltre, una pagina Facebook dedicata all’iniziativa, per condividere i contenuti del blog e per ospitare materiale proveniente da altre fonti che trattano temi analoghi.

"Il nostro team riabilitativo è impegnato da anni nell’ambito della prevenzione e trattamento delle patologie oncologiche, la battaglia contro queste ultime risulta essere oggi una delle più grandi sfide per preservare la salute della nostra società. Per tale motivo abbiamo contribuito con entusiasmo alla realizzazione della App "A third less", commenta Stefano Masiero, ordinario di Medicina fisica e riabilitativa del dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Padova. “È un dispositivo comodo, interattivo, personalizzato, facile da utilizzare in ogni ambito e rivolto all'intera popolazione. Incoraggia l’attività fisica mediante un suggerimento pratico di esercizi quotidiani. Il nostro auspicio, e la nostra sfida, è che questa nuova App, innovativa e ambiziosa nella sua concezione, incontri le esigenze e le aspettative di coloro che ne usufruiranno, diventando uno strumento utile nel miglioramento degli stili di vita, in particolare nel campo della prevenzione oncologica".

“Siamo orgogliosi di aver contribuito, con un partner d’eccellenza come il Cnr, allo sviluppo di questa applicazione, che conferma quanto sia necessario l’impegno nel campo della prevenzione e il mettere al centro di questa il paziente”, afferma Alfonso Gentile, direttore medico di Takeda Italia.

Roma, 27 settembre 2017

La scheda

Chi: Istituto di Neuroscienze del Cnr, Takeda, Università di Padova, Istituto oncolo