18.09.2020 12:00
I VPHi awards a 4 giovani ricercatori del Politecnico
Assegnisti e dottorandi impegnati in progetti di ricerca nel campo della biomedicina dei sistemi computazionali
Ottimo risultato di quattro giovani ricercatori del Politecnico di Milano alla conferenza VPH2020, dove sono stati premiati con importanti riconoscimenti ai loro studi.
L'evento, organizzato dal VPH Institute di Parigi, è dedicato alla ricerca sul Virtual Physiological Human, e più in generale alla biomedicina dei sistemi computazionali, nonché alle applicazioni in contesti clinici, a sostegno del passaggio verso la medicina predittiva personalizzata.
Conosciamo insieme i quattro ricercatori.
Anna Corti – Best VPHi student award
Il premio è attribuito da un apposito comitato per premiare il lavoro più rilevante tra quello degli studenti che hanno fatto una presentazione alla Conferenza VPH.
Il progetto di ricerca presentato da Anna Corti è parte di “TIME - From TIssue to Molecular mechanisms of restenosis after peripheral Endovascular interventions”, finanziato da Fondazione Cariplo e coordinato dal dottor Claudio Chiastra. Il team del LaBS (Laboratory of Biological Structure Mechanics) è completato da Monika Colombo, con la collaborazione di Francesco Migliavacca, Jose F. Rodriguez Matas e Giancarlo Pennati, ed il coinvolgimento della University of Florida, Houston Methodist Hospital (USA) e del Politecnico di Torino.
L’obiettivo principale del progetto è quello di studiare i meccanismi di restenosi in arterie periferiche umane a seguito di procedure endovascolari. La restenosi consiste nella riocclusione parziale o totale di arterie trattate con stent, ossia un dispositivo costituito da maglie metalliche e impiantato nell’arteria per tenere aperto il vaso.
In particolare, Anna ha sviluppato un modello paziente-specifico basato su diversi metodi computazionali (simulazioni CFD e modello agent-based) che permette di studiare gli effetti dell’emodinamica locale e del livello di infiammazione sistemica sull’esito dell’intervento, utilizzando l’approccio emergente della “systems biology”.
Questo studio è un esempio di come i modelli matematici e le simulazioni computazionali siano strumenti dotati di alte potenzialità, che, offrendo un ambiente virtuale per testare ipotesi cliniche, possono contribuire alla comprensione dei complessi processi alla base della patologia e guidare lo sviluppo di più efficaci terapie, volte al miglioramento dell’esito post-chirurgico. Un’importante innovazione dello studio riguarda l'integrazione di dati paziente-specifici di espressione genica con un modello che replica le dinamiche cellulari, che getta le basi verso lo sviluppo di un approccio di medicina personalizzata e predittiva.
Ho scelto di intraprendere il dottorato in Bioingegneria al Politecnico di Milano, dopo aver svolto la tesi magistrale a Houston (USA), su un progetto legato a TIME. Lavorare a questo progetto, seguita da supervisori e ricercatori che mi hanno motivata e con cui tutt’oggi lavoro, mi ha appassionata al mondo della ricerca e della modellistica computazionale in ambito vascolare, tanto da scegliere di approfondire questo studio con un percorso di dottorato al LaBS
Sara Bridio – Student Poster Award
Il premio è attribuito dal comitato scientifico di VPH2020 ai migliori poster scientifici realizzati da studenti.
Il poster presentato da Sara Bridio è “Intra-arterial thrombectomy: a numerical workflow for patient-specific computational simulations”, ed è parte del progetto H2020 INSIST (IN Silico clinical trials for acute Ischemic Stroke).
Scopo del progetto INSIST è realizzare test clinici in silico, cioè “virtuali”, per testare la sicurezza e l’efficacia di procedure e strumenti per il trattamento dell’ictus ischemico acuto. Questo si verifica quando un coagulo di sangue (trombo) blocca un’arteria cerebrale, impedendo la perfusione del tessuto cerebrale a valle. Il trattamento più efficace, introdotto recentemente, è la trombectomia intra-arteriosa: è una procedura mininvasiva che consiste nel raggiungere il sito dell’occlusione con uno stent-retriever, usato per intrappolare il trombo, trascinarlo fuori dall’arteria occlusa e ristabilire la perfusione dei tessuti cerebrali.
Per mettere sul mercato nuovi dispositivi o fare entrare nella pratica clinica nuovi trattamenti sono necessari lunghi e costosi test clinici. La realizzazione di test clinici in silico permette di affiancare o sostituire i test clinici su pazienti reali, riducendo tempi, costi ed effetti indesiderati sui pazienti. L'obiettivo è di creare un registro di pazienti virtuali e creare modelli computazionali dei trattamenti per gli ictus ischemici e della risposta dei pazienti.
L’obiettivo specifico del gruppo di ricerca di Sara al LaBS è la creazione di simulazioni computazionali della procedura di trombectomia. In particolare, nel lavoro presentato al VPH2020, ha descritto il flusso di lavoro che è stato implementato per creare modelli computazionali paziente-specifici di trombectomia.
Nel team, anche i professori Francesco Migliavacca, José F. Rodriguez Matas, Gabriele Dubini e la dottoressa Giulia Luraghi.
La decisione di intraprendere il percorso del dottorato si è consolidata durante la mia prima esperienza di ricerca, quando ho trascorso sei mesi ad Atlanta per lavorare al progetto di laurea magistrale in collaborazione tra Emory University e il LaBS. Durante quel periodo mi sono appassionata all’applicazione di modelli computazionali allo studio e al trattamento di patologie vascolari, che ho ora l’opportunità di approfondire lavorando al progetto INSIST
Luca Antonini – Student Poster Award
Il poster presentato da Luca Antonini è “Stent Deployment within Patient-Specific Coronary Artery: Numerical Comparison between DES and BVS”.
Il tema trattato è la realizzazione di simulazioni paziente-specifiche di impianto di stent coronarici, ovvero l’analisi numerica delle performance di questi dispositivi medici quando utilizzati per trattare arterie virtuali ricostruite sulla base di immagini cliniche ottenute da pazienti reali.
Il lavoro si colloca all’interno del progetto europeo triennale H2020 InSilc, che si occupa dello sviluppo di una piattaforma virtuale (in-silico) finalizzata allo sviluppo, progettazione e verifica di stent coronarici, simulandone l’impianto in una popolazione di pazienti virtuali.
Luca è dottorando presso il LaBS - Laboratory of Biological Structure Mechanics, e lavora al progetto InSilc sotto la supervisione dei professori Giancarlo Pennati e Lorenza Petrini.
Durante il primo anno di lavoro mi sono appassionato all’ambito delle simulazioni agli elementi finiti, allo sviluppo di modelli digitali e alle numerose sfide che ti sottopone il mondo della ricerca universitaria. La decisione di intraprendere la carriera da dottorando è stata, quindi, una naturale conseguenza, ed oggi ho l’opportunità di continuare tale percorso attraverso la realizzazione del mio progetto di dottorato
Francesco Regazzoni - Young Investigator Presentation Award
Il premio è attribuito dal comitato scientifico di VPH2020 alle migliori presentazioni di ricercatori emergenti.
Francesco Regazzoni è assegnista di ricerca presso il laboratorio MOX – Modellistica e Calcolo Scientifico, dove lavora al progetto H2020 iHEART, sotto la guida del professor Alfio Quarteroni.
L’orizzonte del progetto europeo è quello di costruire un cuore virtuale, fatto di equazioni matematiche che descrivano la complessa interazione di fenomeni fisici alla base del battito cardiaco.
Durante il suo dottorato, Francesco ha sviluppato un modello matematico che spiega come il tessuto cardiaco sia in grado di generare una forza attiva e quindi contrarsi. Grazie agli strumenti del calcolo stocastico, ha potuto rappresentare le complesse interazioni fra le proteine che compongono i cardiomiociti - le cellule muscolari cardiache – in una struttura matematica di dimensioni molto compatte. La principale innovazione portata da questo modello è che permette, per la prima volta, di simulare in pochi secondi di calcolo (su un normale computer portatile) la contrazione di una cellula cardiaca, senza rinunciare a una descrizione dettagliata dei processi fisici in corso. Questo apre nuove possibilità nello studio di patologie che originano da alterazioni dei meccanismi contrattili, come la cardiomiopatia ipertrofica, una grave patologia che colpisce una persona ogni 500.
Nella sua tesi, ha poi utilizzato il modello di contrazione cellulare sviluppato, in unione a modelli preesistenti di elettrofisiologia e di meccanica cardiaca. Ha così ottenuto un modello multi-scala che permette di simulare il battito del cuore intero o di una delle sue camere. Dato l'elevato costo computazionale di tali simulazioni, ha sviluppato una nuova tecnica di Intelligenza Artificiale, in particolare di Machine Learning, in grado di costruire un emulatore del modello cellulare a partire da una collezione di simulazioni effettuate in precedenza. L'emulatore, incredibilmente più rapido del modello originale, permette di ridurre in modo considerevole il costo computazionale delle simulazioni.
Siamo solo all'inizio. Un naturale sviluppo del lavoro svolto finora è la customizzazione del cuore virtuale sulla base dei dati di un paziente specifico. Si costruirebbe un "gemello digitale" del paziente, una replica virtuale del cuore di un individuo, partendo dai suoi dati biometrici ed esami diagnostici. In futuro, si potrebbe pensare di dare in mano al cardiochirurgo o al cardiologo questo cuore gemello, per vagliare diverse terapie o strategie di intervento prima di agire sul paziente reale, ottimizzando e personalizzando la cura sulle caratteristiche peculiari di ciascun paziente
Nelle immagini:
1-2: Anna Corti e il progetto TIME
3-4: Sara Bridio e il progetto INSIST
5-6: Luca antonini e il progetto InSilc
7-8: Francesco Regazzoni e il progetto iHEART