Progetto di eccellenza Impact Medicine 2023-2027

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Medicina digitale

Il Dipartimento di Medicina e Chirurgia (DMC) dell’Università MIlano Bicocca rappresenta una Faculty of Medicine al passo con i tempi, con una forte vocazione interdisciplinare imperniata su tre assi portanti: clinico- assistenziale, di ricerca traslazionale e di didattica innovativa.

IMPACT MEDICINE è il progetto di eccellenza del DMC per il quinquennio 2023-27 e vuole concretizzare  il nostro processo di crescita convergendo le sue attività nel Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale.

Il Centro affronta il tema della digitalizzazione come nucleo portante per perseguire gli obiettivi del progetto, consolidando la ricerca a livelli di eccellenza e competitività internazionale.

Il denominatore comune del progetto è l’applicazione delle tecnologie di avanguardia collegate alla patologia digitale e all’imaging molecolare (radiomica). Attraverso il potenziamento tecnologico-strutturale, il Centro vuole mettere al servizio dei pazienti piattaforme impattanti sui bisogni di salute percepiti  direttamente dal real world clinico. Inoltre lo scenario di ricerca potrà aumentare il suo orientamento multidisciplinare contando su core facilities, intese come persone e attrezzature, trasversali per gruppi di investigatori diversi e complementari grazie all’integrazione di  solide competenze bioinformatiche e biostatistiche.

Attraverso il progetto IMPACT MEDICINE, il Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale vuole proporre un modello originale di vision universitaria che sceglie di applicare nel settore medico tecnologie altamente innovative in problemi clinici che corrispondono a bisogni di salute percepiti.

Tutto questo per aumentare le possibilità di successo, dal momento che la spinta alla ricerca viene direttamente dalla richiesta pressante degli stakeholders, in primis dai pazienti.  

Complessivamente, il modello segue l’idea che si debba passare dal semplice concetto di malattia a “traiettorie di malattie”, in cui solo un approccio tecnologicamente complesso, basato su piattaforme di nuova generazione può raffinare il livello di comprensione. Questa complessità va integrata a livello clinico-patologico per ottenere una conoscenza fruibile.

Si è scelto di coltivare un processo di rinnovamento omogeneo e dedicato a tutti gli assi portanti dell’impianto, sia legati al capitale umano che strutturale, ponendo l'innovazione tecnologica alla base del Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale.

Il tema selezionato, capace di dare continuità ai risultati del primo progetto di Eccellenza PREMIA, è lo studio delle patologie croniche (di fegato, polmoni, cuore, midollo osseo, cervello), orfane di farmaci efficaci, con prognosi severa e ad alto impatto sulla qualità di vita del paziente e sulla spesa sanitaria.

Il Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale, diretto dal Prof Fabio Pagni si articola nelle seguenti core facility (CF) intese come unità di mezzi e persone, ritenute cruciali per il conseguimento degli obiettivi progettuali.

  • CF 1 - Digital Pathology  
  • CF 2 - Imaging in vivo e Radiomica
  • CF 3 - Statistica biomedica e bioinformatica
  • CF 4 - Modelli animali

Core Facility 1 -  Digital Pathology
Responsabile scientifico: Dott. Vincenzo L’Imperio

Obiettivo della Core Facility è irrobustire le piattaforme di imaging molecolare high-throughput, aggiungendo scanners per vetrini istologici di nuova generazione (ad alto carico di slides e integrati a microscopia ottica e fluorescente).
L’istopatologia digitale permette in primis di costruire un percorso “a distanza” in telemedicina e implementare i network internazionali per il reclutamento di casistiche. Il modello gestionale di utilizzo della piattaforma renderà fruibile, in tempi brevi e a costi d’uso, percorsi personalizzati, con conseguenti ricadute sia sanitarie che economico-sociali.
La digital pathology è il tool di partenza per la caratterizzazione molecolare in situ non distruttiva dei tessuti (imaging molecolare) al centro degli interessi del Centro che è già l’unico in Italia a disporre di una core facility proteomica per lo studio morfologico e molecolare di firme di tessuti patologici e che ci si propone di upgradare ad un impianto multi-level  inclusivo di trascrittomica e metabolomica per approfondire la complessità biologica dei fenomeni oggetto di indagine. Gli sviluppi sinergici della patologia digitale sono inoltre alla base delle applicazioni di intelligenza artificiale (AI).


Core Facility 2 - Imaging in vivo e Radiomica
Responsabile scientifico: Prof.ssa Rosa Maria Moresco

La piattaforma avrà come obiettivo generale il potenziamento degli approcci di imaging e l’integrazione con le altre tecniche diagnostiche per la fenotipizzazione complessa dei pazienti.

Nell'ambito del Centro verranno applicati approcci innovativi di imaging diagnostico con l’utilizzo di nuovi algoritmi di analisi della distribuzione di mezzi di contrasto,  con AI  per quantificare le modificazioni anatomo-strutturali espressione del substrato patologico o del piano terapeutico instaurato. Per la medicina nucleare la CF potrà occuparsi di sviluppare nuovi radiofarmaci da validare in fase preclinica in modelli animali dei pillars.

Obiettivo generale è colmare i gap formativi sull’ applicazione dell’AI nelle immagini biomediche rafforzando i percorsi multidisciplinari e diffondendo le metodologie innovative di AI alla diagnostica per immagini anche a discipline non direttamente legate.


Core facility 3 - Statistica biomedica e bioinformatica
Responsabile scientifico: Prof.ssa Mariagrazia Valsecchi

Il management dei big data diventa il core portante del progetto Impact Medicine e del Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale. E’ fondamentale il supporto di statistici medici con ampia esperienza nella collaborazione con clinici, ricercatori di base, biologi e farmacologi per la pianificazione, conduzione ed analisi di studi preclinici e clinici.

Si utilizzeranno soluzioni innovative che integrano approcci statistici computazionalmente intensivi e tecniche di AI. I metodi di machine learning, deep learning ed i sistemi fuzzy sono infatti potenti e flessibili strumenti per l’analisi di complesse strutture di dati di differente natura che sono potenzialmente interconnessi fra loro (e.g. clinici, istopatologici, di imaging ed omici).


Core facility 4 - Modelli animali
Responsabile scientifico: Prof. Guido Cavaletti

Per valutare il ruolo di possibili biomarcatori nella patologia umana, non si può prescindere dalla sperimentazione animale destinata alla verifica di ipotesi generate dall'esperienza clinica ed alla valutazione della potenziale efficacia di approcci terapeutici mirati, nonché alla verifica di nuovi potenziali biomarcatori L’ottimizzazione delle 4 CF consentirà al Centro  di diventare un riferimento di ricerca per la caratterizzazione multi-omics di patologie a patogenesi complessa e per l’integrazione dell’ AI nell’imaging medico.

PILLAR 1 LUNG  
Responsabile scientifico: Prof. Fabrizio Luppi

Negli ultimi anni - oltre alla fibrosi polmonare idiopatica (IPF) - è stato identificato un nuovo gruppo di interstiziopatie polmonari (ILD) fibrosanti progressive (PF) In considerazione dell’esistenza di farmaci volti a ridurre il declino funzionale di queste malattie, è fondamentale una diagnosi precoce, avvalendosi di programmi di screening e di corretta fenotipizzazione del singolo paziente.


PILLAR 2 - LIVER  
Responsabile scientifico: Dott. Alessio Gerussi

Le frontiere di sviluppo dell’area di ricerca Liver abbracciano la caratterizzazione multiomica delle malattie autoimmuni del fegato (AILD - includenti l’Epatite Autoimmune (EIA), la Colangite Biliare Primitiva (CBP) e la Colangite Sclerosante Primitiva (CSP)), per raggiungere una classificazione “molecolare” di malattia, per supportare la diagnosi (supporto al radiologo e al patologo), la stratificazione prognostica (sottotipi di malattia e nuovi biomarkers) e l’identificazione di nuovi target terapeutici.


PILLAR 3 BONE MARROW  
Responsabile scientifico: Prof. Rocco Piazza

I ricercatori di questo pillar hanno recentemente identificato uno specifico meccanismo, causato da mutazioni a carico del gene SETBP1, responsabile di fibrosi midollare, prevalentemente di grado 1-2.

Con l’obiettivo di caratterizzare le vie di segnale responsabili dell’insorgenza di fibrosi nel contesto del microambiente midollare,  studiano le cellule ematopoietiche midollari lineage- e lstromali utilizzando un approccio trascrittomico combinato. Nell’ambito di PREMIA è stato messo a punto un modello murino di fibrosi midollare caratterizzato da mutazioni attivanti SETBP1. Questo modelloonsente di studiare la fibrosi midollare durante il suo sviluppo e di valutare potenziali trattamenti volti a contrastare questo fenomeno.


PILLAR 4- HEART
Responsabile scientifico: Prof. Luigi Badano

L’evoluzione terapeutica ha creato un aumento esponenziale di casi di pazienti con scompenso cardiaco a frazione d’eiezione conservata, soprattutto nel sesso femminile. In questi pazienti, lo sviluppo progressivo di fibrosi miocardica interstiziale e perivascolare è sicuramente uno dei principali fattori coinvolti. PREMIA ha consentito di raggruppare una coorte storica di circa 900 ipertesi e 500 controlli di cui è già disponibile la fenotipizzazione completa ed una biobanca per valutazione multiomica.
Nuove tecniche di AI  profili di pazienti a rischio di sviluppo di scompenso cardiaco a frazione d’eiezione conservata che debbano essere monitorati e trattati più aggressivamente e su cui poter sviluppare modelli animali di patologia per lo sviluppo di terapie specifiche antifibrotiche.


PILLAR 5 - BRAIN
Responsabile scientifico: Prof. Giuseppe Citerio

Il pillar studia le traiettorie di recupero dalla fase acuta del danno cerebrale analizzando l’impatto di alterazioni fisiopatologiche, quali la pressione endocranica elevata e l’ischemia-riperfusione cerebrale; valutaanche i danni a lungo termine e mediante imaging strutturale e funzionale (RMN 3T – PET FdG). Sono in fase di validazione biomarcatori evolutivi di malattie neurodegenerative (sia trauma che ictus sono fattori di rischio per la malattia di Alzheimer), con un particolare focus sull’effetto dell’invecchiamento e della fragilità. È attivo un Laboratorio di Ricerca sullo Stroke Sperimentale. 

Comitato Esecutivo
Direttore del Dipartimento di Medicina e Chirurgia:
prof. Pietro Invernizzi

Direttore del Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale:
prof. Fabio Pagni

Referente Project Manager:
Alessia Vargiolu

Responsabili Azioni Core Facility:
Dr Vincenzo L’imperio
Prof.ssa Rosa Maria Moresco
Prof.ssa Maria grazia Valsecchi
Prof. Guido Angelo Cavaletti

Responsabili Pillars Progetti Scientifici
Prof. Fabrizio Luppi
Dott. Alessio Gerussi
Prof. Rocco Piazza
Prof. Luigi Badano
Prof. Giuseppe Citerio

Comitato di Coordinamento
Direttore di Dipartimento:
prof. Pietro Invernizzi

Referente Project Manager:
Alessia Vargiolu

Responsabile Infrastrutture:
prof. Guido Cavaletti

Responsabile alta formazione:
prof.ssa Maria Grazia Valsecchi

Scientific Advisory Board (SAB) esterno per il monitoraggio del progetto Impact Medicine e del Centro studi dipartimentale di Medicina Digitale composto da quattro esperti esterni di alto profilo scientifico provenienti da enti di ricerca nazionali/ internazionali e dal settore dell’impresa:

  • Francesco Biancardi  , Marketing & Business Development Manager, Zeiss.
  • Francesco Bonella, Interstitial and Rare Lung Disease Unit, Universitätsklinikum Essen, Germany
  • Filippo Fraggetta, presidente Società Italiana Anatomia Patologica e Citologia SIAPEC
  • Massimo Pinzani, Professor of Medicine,Director of the UCL Institute for Liver and Digestive Health, Sheila Sherlock Chair of Hepatology,University College London