Stazione Leopolda, Pisa
Sabato 25 maggio, 14.00-16.00 – Auditorium Stazione Leopolda, Pisa
Comitato Organizzatore
Marco Fontanelli, Rossano Massai, Mauro Ferrari, Pericle Salvini, Marcello Mele
Comitato Scientifico
Marco Fontanelli, Cristina Nali, Giuseppe Conte, Francesca Galli, Elisa Pellegrini, Giovanni Rallo
Tecnologie per la sostituzione di organi: sfinteri artificiali per l'incontinenza urinaria
In questo talk verranno descritti gli sforzi di ricerca e la loro evoluzione in attività imprenditoriali nel campo della sostituzione di organi e tessuti con sostituti artificiali impiantabili. In particolare, l’intervento affronterà lo sviluppo di sfinteri artificiali per il trattamento dell’incontinenza urinaria.
Stimoli biofisici e medicina rigenerativa
Gli stimoli biofisici comprendono varie forme di energia, come la luce, i campi elettrici o magnetici e gli ultrasuoni. Un utilizzo appropriato di queste forme d'energia potrebbe rappresentare il quarto pilastro dell'ingegneria tissutale, determinando il differenziamento di cellule staminali e di conseguenza la guarigione e la rigenerazione di cellule e tessuti. In aggiunta l'utilizzo di materiali responsivi a questi stimoli biofisici può ulteriormente migliorare l'efficienza di questo approccio promettente promuovendo la rigenerazione tissutale e un rilascio di farmaci localizzato.
Stimolazione biofisica applicata al trattamento dell'osteoartrosi
Questo talk si focalizza sulla sinergia tra stimolazione biofisica e materiali compositi per favorire il ripristino della funzionalità della cartilagine articolare, e la rigenerazione del tessuto cartilagineo in persone affette da osteoartrosi. Difatto, questa malattia comporta la degenerazione della cartilagine, ed è una delle cause più comuni di dolore e disabilità nelle persone. Durante l'intervento, verranno riportati i risultati del progetto ADMAIORA, in cui ci siamo proposti di esplorare il potenziale dei materiali nanocompositi intelligenti e delle cellule staminali, in sinergia con stimoli fisici esterni (basati su ultrasuoni a bassa intensità), per arrestare la degenerazione della cartilagine durante l'osteoartrosi nelle fasi iniziali e favorire processi rigenerativi.
Robot e medicina rigenerativa: rigenerare tessuti con il bioprinting in situ
La stampa 3D ha mostrato negli ultimi anni grandi potenzialità nel settore della medicina rigenerativa, grazie alla possibilità di avere un preciso controllo sulla deposizione di biomateriali e alla capacità di fabbricare strutture dall’elevata complessità geometrica. Questo approccio, tuttavia, presenta molteplici svantaggi che ne limitano le applicazioni cliniche, quali la difficoltà nel maneggiare e trasportare i costrutti stampati, la facilità di contaminazione prima del trapianto e la necessità di un periodo di maturazione in bioreattori che simulino i parametri fisiologici. Una possibile strategia per superare questi limiti è stata proposta negli ultimi anni con l’avvento del “bioprinting in situ”. Questa tecnologia innovativa consiste nella deposizione precisa e controllata di biomateriali e cellule direttamente sul tessuto/organo danneggiato del paziente. In tale approccio il corpo del paziente stesso agisce da bioreattore favorendo una migliore e più rapida integrazione dei costrutti stampati. La rigenerazione di un tessuto in situ richiede la capacità di seguire complesse traiettorie durante la deposizione dei materiali e, per tale motivo, l’utilizzo di un robot risulta l’approccio più promettente in quanto garantisce una elevata precisione nell’esecuzione dei percorsi di stampa, minimizzando al tempo stesso l’errore umano. Il workflow operativo include quattro fasi distinte: i) acquisizione del modello digitale del difetto anatomico; ii) pianificazione della traiettoria di stampa; iii) registrazione del percorso nel workspace del robot; iv) deposizione del materiale in situ attraverso diverse tecnologie di stampa, anche utilizzate in combinazione. In questo intervento verranno presentati i principali vantaggi e limiti di questa tecnologia, valutati attraverso lo sviluppo di una piattaforma robotica opportunamente ingegnerizzata per il bioprinting in situ.
CELLOIDS: imitare la natura a scale microscopiche
Numerose invenzioni di grande successo utilizzano la natura come fonte di ispirazione: le strategie adottate dal mondo vegetale e animale possono suggerire soluzioni tecnologiche innovative in grado di superare le limitazioni dell’ingegneria tradizionale. Dai robot inspirati a rettili, insetti, invertebrati e pesci, fino ai robot antropomorfi, pensati per imitare caratteristiche umane, la biomimesi ha il potenziale di rivoluzionare la robotica classica. E se pensassimo di usare tale principio per realizzare robot a scale sempre più piccole, al di sotto del millimetro? Potrebbe venirci in aiuto l’unità funzionale degli organismi viventi: la cellula. I globuli bianchi del nostro sistema immunitario, ad esempio, sono in grado di raggiungere distretti corporei remoti deformandosi attraverso spazi ristretti e con geometrie complesse. A tale comportamento si ispira CELLOIDS, un progetto europeo con l’obiettivo di realizzare microrobot intelligenti, in grado di muoversi nei tessuti imitando le capacità dei globuli bianchi. Con un involucro ispirato alle membrane cellulari e un corpo liquido contenente uno sciame di particelle in grado di auto-propellersi e riprodurre comportamenti collettivi tipici di alcune specie animali, i celloidi sono progettati per navigare autonomamente all’interno di ambienti complessi, rispondendo a stimoli locali ed esterni e potrebbero rappresentare uno strumento innovativo per rendere la medicina ancora più precisa e meno invasiva.
Abel: il robot sociale empatico che può rivoluzionare l’approccio alla cura della salute mentale
"Annualmente, i disturbi mentali colpiscono circa 165 milioni di individui all'interno dell'UE, rappresentando più del 4% del PIL dei paesi dell'UE. Un fattore cruciale che contribuisce a questo impatto sostanziale è l'insorgenza tipicamente precoce di queste condizioni; circa il 75% dei problemi di salute mentale inizia prima dei 25 anni. Questa precoce insorgenza comporta notevoli costi sociali riducendo gli anni disponibili per l'educazione, l'impiego e la partecipazione sociale attiva [1]. Attualmente, l'assenza di marcatori fisiologici per la diagnosi e, crucialmente, per la previsione dell'insorgenza dei disturbi mentali sottolinea l'urgente necessità di identificare correlati fisiologici affidabili e specifici. Inoltre, il trattamento si basa prevalentemente su approcci farmacologici, che, a volte, non sono sufficientemente mirati e tendono a sopprimere la volontà e la consapevolezza dell'individuo [2]. Questa lacuna nella diagnostica predittiva, insieme ai limiti delle attuali modalità di trattamento, sottolinea la necessità di una ricerca e innovazione rivoluzionarie nella cura della salute mentale. La ricerca di marcatori fisiologici non è solo una ricerca scientifica, ma un passo cruciale verso l'abilitazione di interventi precoci e strategie di trattamento personalizzate. L'identificazione di biomarcatori specifici potrebbe portare a una comprensione più profonda dei disturbi mentali, superando l'approccio ""taglia unica"" tipico della farmacoterapia a largo spettro [3,4]. L'integrazione pionieristica dell'intelligenza artificiale (IA) con la robotica antropomorfa empatica, combinata al monitoraggio multimodale, non invasivo e senza contatto dei dati biologici, comportamentali e ambientali, attraverso la modellazione computazionale avanzata, segna una frontiera innovativa nella salute mentale. L’architettura è basata su Abel, un robot sociale altamente realistico per stabilire esperienze terapeutiche personalizzate avanzate e innovative. Abel ha le sembianze di un adolescente con caratteristiche androgine [5,6]. È dotato di attuatori all'avanguardia, veloci e silenziosi, che gli permettono di imitare le espressioni umane muovendo i muscoli del viso, il collo, gli occhi, le labbra, le braccia e le mani. Il robot parla utilizzando gli strumenti fondamentali di un LMM, rendendo le sue interazioni ancora più coinvolgenti e realistiche. [1] Wittchen HU, Jacobi F, Rehm J, Gustavsson A, Svensson M, Jönsson B, Olesen J, Allgulander C, Alonso J, Faravelli C, Fratiglioni L, Jennum P, Lieb R, Maercker A, van Os J, Preisig M, Salvador-Carulla L, Simon R, Steinhausen HC. The size and burden of mental disorders and other disorders of the brain in Europe 2010. Eur Neuropsychopharmacol. 2011 Sep;21(9):655-79. doi: 10.1016/j.euroneuro.2011.07.018. PMID: 21896369. [2] Elsevier. ""Brain imaging identifies biomarkers of mental illness."" ScienceDaily. ScienceDaily, 9 November 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/11/231109141454.htm>. [3] Xiao X., Hammond C., Salmeron B.J., Wang D., Gu H., Zhai T., Nguyen H., Lu H., Ross T.J., Yang Y., “Brain Functional Connectome Defines a Transdiagnostic Dimension Shared by Cognitive Function and Psychopathology in Preadolescents”, (2023) Biological Psychiatry. DOI: 10.1016/j.biopsych.2023.08.028 [4] Brückl, T.M., Spoormaker, V.I., Sämann, P.G. et al. The biological classification of mental disorders (BeCOME) study: a protocol for an observational deep-phenotyping study for the identification of biological subtypes. BMC Psychiatry 20, 213 (2020). https://doi.org/10.1186/s12888-020-02541-z [5] Cominelli, L., Feri, F., Garofalo, R., Giannetti, C., Meléndez-Jiménez, M.A., Greco, A., Nardelli, M., Scilingo, E.P., Kirchkamp, O., “Promises and trust in human–robot interaction, (2021) Scientific Reports, 11 (1), art. no. 9687. [6] Marin Vargas, A., Cominelli, L., Dell’Orletta, F., Scilingo, E.P., “Verbal Communication in Robotics: A Study on Salient Terms, Research Fields and Trends in the Last Decades Based on a Computational Linguistic Analysis”, (2021) Frontiers in Computer Science, 2, art. no. 591164. "