(dys)Functional Information Transfer in ex vivo human brain tissue Samples: a multiscale investigation through in vitro and in silico approaches
Progetto La complessità del cervello umano è scarsamente catturata dai modelli di tessuti animali o dalle cellule staminali pluripotenti umane. Sebbene la neurofisiologia animale abbia fatto avanzare le neuroscienze di base, la sua traduzione nei disturbi del cervello umano spesso fallisce. Gli organoidi e le colture di cellule staminali corrispondono certamente ai dettagli genetici personalizzati, ma inevitabilmente mancano di citoarchitettura dei tessuti e di realismo dei microcircuiti. FITS combina in modo unico elettrofisiologia, imaging e modellazione in silico all'avanguardia con l'accesso di routine a campioni di tessuto umano fresco, ottenuti da neurochirurgia terapeutica resettiva. Questo nuovo percorso di indagine riepiloga i componenti sinaptici e a livello di rete dell'eccitabilità anomala e della neurodegenerazione, in particolare per le patologie dell'ippocampo e della corteccia. Unendo l'eccellenza accademica e clinica, grazie a una vicinanza geografica unica tra laboratori di ricerca e neurochirurgia, FITS sfrutta la caratterizzazione avanzata a livello di cellule e microcircuiti concentrandosi sui ritmi cerebrali in condizioni di salute e malattia. Utilizzando infine i dati per costruire accurati gemelli in silico dei microcircuiti di interesse, FITS chiude un ciclo concettuale: dalle proprietà biofisiche di singole cellule e (sub)cellulari ai ritmi di rete (dis)funzionali. In definitiva, la caratterizzazione sperimentale e modellistica combinata fungerà da impronta digitale compatta, collegando l'attività di attivazione e l'elettroreattività su scale temporali offrendo in futuro un'identificazione (non) supervisionata di alterazioni significative associate alla neurodegenerazione come la displasia neuronale e l'attività epilettica. I set di dati elettrofisiologici, i dati di imaging dal vivo e strutturali e i modelli porteranno a descrizioni computazionali accurate di neuroni e microcircuiti corticali umani (dis)funzionali, rappresentando un'ulteriore prospettiva per lo screening farmacologico personalizzato e la medicina predittiva in una piastra. La combinazione multimodale di dati funzionali/strutturali e modelli in silico di FITS farà avanzare le nostre conoscenze e aumenterà enormemente la portata e il significato della neurofisiologia, delle neurotecnologie, dello screening farmacologico e delle ricostruzioni mesoscopiche dei gemelli digitali cerebrali