Descrizione del modulo "Metodi e Modelli Matematici in Fisiopatologia (ME.P02.031.001)"

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  • Descrizione del modulo "Metodi e Modelli Matematici in Fisiopatologia (ME.P02.031.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le ricerche sui metodi e modelli matematici in ambito diabetologico, e in particolare i metodi di valutazione della funzione beta-cellulare e dell'insulino-sensibilità, trovano largo impiego negli studi clinici del settore condotti in collaborazione con diversi centri clinici di importanza internazionale e all'interno di progetti europei finalizzati all'individuazione di protocolli terapeutici ottimizzati (medicina personalizzata). (literal)
Tematiche di ricerca
  • Il principale filone di ricerca riguarda diversi aspetti dello sviluppo e applicazioni di modelli e metodi matematici nel campo dello studio quantitativo della fisiopatologia in ambito metabolico. I settori principali sono: valutazione in vivo della funzionalità metabolica (in particolare insulino-sensibilità e funzione beta-cellulare) nello studio del diabete, obesità e patologie cardiovascolari; studio delle caratteristiche, dei meccanismi di azione e dell'efficacia di farmaci; studio dei processi di legame ligando-recettore per mezzo di modelli di dinamica molecolare. Un secondo filone di ricerca si occupa di metodi non invasivi per la misura della glicemia e natriemia. La commessa studia inoltre le problematiche di elaborazione del segnale mioelettrico coinvolte nella realizzazione di esoscheletri robotici per applicazioni di riabilitazione motoria. (literal)
Competenze
  • Metodologie matematiche e ingegneristiche per lo sviluppo e la simulazione di modelli. Modelli molecolari. Simulazioni high-throughput e distribuite. Metodi statistici e computazionali per la stima parametrica. Metodi di elaborazione di segnali biomedici. Competenze per lo sviluppo di software. Competenze di statistica ed epidemiologia. Competenze per l'analisi di cinetica e dinamica dei farmaci con metodi di popolazione (ad effetti misti). Metodologie di analisi Markoviane di dati categoriali, in particolare delle dinamiche del sonno. Metodologie per l'analisi di traccianti per lo studio del metabolismo in vivo. Metodologie per la valutazione della sensibilità all'insulina e della secrezione di insulina in vivo. Conoscenze della fisiopatologia del sistema omeostatico del glucosio. Metodologie di laboratorio inerenti a misure non invasive e/o continue di glicemia e natriemia. Elaborazione del segnale mioelettrico per la realizzazione di esoscheletri robotici. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Parte delle ricerche sono rilevanti per l'industria farmaceutica, in quanto sviluppano metodiche per le valutazioni delle proprietà dei farmaci. Queste metodiche consentono lo studio dei meccanismi di azione e dell'efficacia di farmaci antidiabetici e sono già state impiegate in collaborazioni con varie industrie. Inoltre, i metodi di modellizzazione della dinamica molecolare possono consentire individuare siti di interazione molecolare e di guidare la progettazione razionale di nuove molecole ottimizzate in termini di affinità e cinetiche. Le ricerche sulle misure non invasive e/o continue della glicemia, e di eventuali altri composti (ad esempio ioni), possono trovare applicazioni future in dispositivi di monitoraggio dei pazienti o in apparecchiature ospedaliere. (literal)
Tecnologie
  • Le ricerche si basano su tecnologie e strumentazioni commerciali relativamente standard. Gli studi di dinamica molecolare usano computer multiprocessore (incluse GPU) e software dedicato (ACEMD, VMD). Le simulazioni high-througput sfruttano la rete di calcolo distribuito GPUGRID.net. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo principale delle ricerche è fornire alla ricerca sperimentale e clinica metodi e modelli matematici per lo studio della fisiopatologia e delle proprietà dei farmaci, principalmente nel campo del diabete e dell'obesità, che sono patologie di grande rilevanza sociale. Le ricerche si sviluppano in stretta collaborazione con gli sperimentatori e si prefiggono sia di creare metodi nuovi sia di applicare quelli già sviluppati a studi di meccanismo e trial clinici di larga scala. Obiettivo del gruppo di ricerca è quindi anche la partecipazione a consorzi internazionali che perseguono finalità più generali di miglioramento delle terapie e di sviluppo di nuovi farmaci. (literal)
Stato dell'arte
  • Nello studio quantitativo della fisiopatologia e nello sviluppo di farmaci è tipico l'uso di metodi e modelli matematici per ottenere conoscenze più approfondite sui sistemi di interesse e sui meccanismi di azione di sostanze endogene o farmaci. Nel campo del metabolismo del glucosio, del diabete e dei farmaci antidiabetici molte questioni rimangono aperte; lo studio di questi processi richiede da un lato opportune metodiche quantitative di analisi dei dati sperimentali e dall'altro si può avvantaggiare di modelli del sistema, dalle molecole all'organismo intero, per chiarirne i meccanismi di funzionamento. Le ricerche sviluppano modelli innovativi e collaborano alla progettazione e analisi degli studi sperimentali con centri clinici ed industrie farmaceutiche. Nel settore delle misure non invasive e continue della glicemia, le tecnologie disponibili non sono pervenute ad una soluzione soddisfacente. La ricerca affronta il problema con tecniche impedenziometriche e spettrometriche. Lo studio è anche rivolto alla misura continua della glicemia, e di alcuni ioni (in particolare il sodio) durante emodialisi. (literal)
Tecniche di indagine
  • I modelli e metodi matematici nel campo dello studio quantitativo della fisiopatologia e delle proprietà dei farmaci sono sviluppati sulla base delle conoscenze del sistema e in relazione al problema da risolvere. Gli studi si basano su dati sperimentali ottenuti in collaborazione con altri gruppi di ricerca e tipicamente sviluppano un modello esplicativo dei fenomeni osservati o impiegano modelli e metodi precedentemente realizzati per analizzare i dati. Per questi obiettivi gli studi impiegano principalmente software di simulazione e di stima parametrica. Il laboratorio di bioelettronica e bioelettrochimica impiega tecniche di spettroscopia di impedenza e spettroscopia ottica. Le ricerche si servono di strumentazione relativamente standard per la simulazione di modelli e l'analisi di dati e in particolare di computer multiprocessore (incluse GPU) e software generale (Matlab, R) o dedicato a specifici problemi (NONMEM, Monolix, ACEMD, VMD). Il laboratorio di bioelettronica e bioelettrochimica dispone di strumenti e accessori per spettroscopia di impedenza e spettroscopia ottica (UV-visibile-IR). (literal)
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