Cellule staminali: una grande promessa per la medicina

Oggi vi voglio proporre una  brillante conferenza TED in cui Susan Solomon illustra le grandi prospettive dell'uso di cellule staminali umane per debellare alcune delle malattie più gravi del nostro tempo, oltre che per lo sviluppo di una vera e propria medicina personalizzata (di cui abbiamo già parlato qui). Dopo una carriera di successo come avvocato e imprenditrice, Solomon, frustrata dalla lentezza con la quale i risultati scientifici della ricerca biomedica vengono tradotti nella pratica clinica, ha deciso di impiegare la sua esperienza imprenditoriale per accelerare il passo della ricerca. Dopo aver consultato numerosi medici e ricercatori in campo biomedico, la Solomon ha scelto di dedicare i suoi sforzi a facilitare la ricerca sulle cellule staminali, vedendo in queso campo di ricerca, in molti paesi fortemente osteggiato per motivi ideologici, il maggior potenziale per migliorare drasticamente la qualità delle cure mediche e la salute delle persone. Nel 2005, Solomon ha fondato la "New York Stem Cell Foundation" che oggi è una delle più grandi organizzazioni di ricerca non-profit dedita alla ricerca sulle staminali: dallo sviluppo di nuove tecniche di coltura delle cellule alla messa a punto di metodi per il loro utilizzo nei processi di drug discovery. Proprio nello sviluppo di farmaci il contributo delle cellule staminali potrebbe essere enorme. Infatti, potendosi differenziare in quasi qualunque tipo di cellula specializzata, le staminali offrirebbero la possibilità di testare i farmaci in vitro su ogni tipo di cellula presente nel nostro corpo già allo stadio pre-clinico, riducendo enormemente i tempi di sviluppo e i rischi di effetti collatrali dei nuovi farmaci. Inoltre le cellule staminali darebbero ai ricercatori la possibilità di osservare in diretta in una capsula di petri le primissime fasi di sviluppo di gravi malattie degenerativae come la SLA o il morbo d'Alzheimer, permettendo di capirne più in profondità i meccanismi.



Colgo l'occasione per augurare a tutti buone feste a tutti i lettori, sperando, l'anno prossimo, di riuscire a ripendere l'attività di blogging con la continuità di una volta!

Dibattito Scienza - Le risposte dei 5 candidati

Finalmente ci siamo! Uno dopo l'altro, nei giorni scorsi, i candidati alle primarie del centrosinistra hanno risposto alle  6 domande su questioni di scienza che erano state poste loro dai giornalisti, blogger, scienziati e cittadini di "dibattito scienza". Per saperne di più su come sia nata e su quali siano le finalità di questa iniziativa, vi invito a leggere questo post dove potrete trovare anche il link al quale potrete leggere il testo delle famigerate sei domande.

Potete leggere il testo delle domande e le relative risposte di Bersani, Vendola, Renzi, Tabacci e Puppato sul sito della rivista "Le Scienze" (a questo link).

Nei prossimi giorni sicuramente fioccheranno i commenti (tra i quali non mancherò di segnalarvi quelli che riterrò più interessanti), tuttavia voglio sottolineare fin d'ora, come, a prescindere dal tenore delle risposte, "dibattito scienza" si possa già considerare un successo. Per essere un iniziativa nata "dal nulla", su facebook, all'interno della comunità dei blogger e giornalisti scientifici italiani, riuscire a mettere in evidenza sulla scena politica temi scientifici così trascurati nel dibattito pubblico è davvero un bel successo. Dobbiamo ringraziare Moreno Colaiacovo e Marco Ferrari, ideatori dell'iniziativa, per quello che potrebbe essere un duraturo passo in avanti verso un dibattito politico più consapevole e corretto su temi di grande importanza per il futuro del nostro paese.

Centomila Stelle

Ciò che vi voglio mostrare oggi si chiama "100 000 Stars", ed è un viaggio interattivo alla scoperta della nostra galassia. Questa simulazione 3D interattiva della Via Lattea è uno dei "Chrome Experiments" realizzati da Google per dimostrare le potenzialità dell'HTML5. Tutte le immagini e i dati provengono dai database di NASA ed ESA, dal Wikipedia Astronomy Nexus, oltre che dal Catalogo Gliese dal Dipartimento di Astronomia dell’Università di Yale. Visitando il sito avrete la possibilità di navigare tra le circa 100 stelle  più vicine al Sole, mentre le centomila stelle del titolo sono mappate nella loro posizione corretta pur facendo solo da contorno. Il resto della galassia è invece rappresentato da una raffigurazione artistica che funge da sfondo. Cliccando sull'icona in alto a destra sarete guidati in un tour attraverso la simulazione mentre selezionando le singole stelle potrete conoscerne il nome e avere le informazioni salienti su di loro.

Per accedere alla simulazione cliccate su questo link.

Se siete nuovi su questo blog e vi interessa vedere altre belle rappresentazioni 3D della nostra galassia o persino di una bella fetta dell'universo visibile, vi consiglio di dare un' occhiata a questi due vecchi post: "L'universo in 4D" e "Bolshoi".

Dibattito Scienza - 6 domande ai candidati premier

Segnalo una bella iniziativa alla quale ho avuto il piacere di partecipare.

Da qualche giorno si è costituito su facebook il gruppo "Dibattito Scienza" il cui obbiettivo è introdurre anche nel panorama politico italiano l’abitudine anglosassone di interpellare pubblicamente i candidati su questioni di scienza. Proprio in quest'ottica è stato preparato un questionario di 6 domande per i candidati alle imminenti primarie del PD. Le domande comprendono alcuni temi centrali delle politiche della scienza e della ricerca: dagli OGM alla fecondazione assistita passando per le politiche energetiche. Naturalmente, in futuro, un analogo questionario verrà sottoposto anche ai candidati degli altri partiti. Grazie alla disponibilità del direttore di “Le Scienze”, Marco Cattaneo, il questionario è stato pubblicato sul sito ufficiale della rivista, al quale vi rimando per la lettura delle domande e, nei prossimi giorni, delle risposte dei candidati. Per un ulteriore chiarimento sugli intenti che animano l'iniziativa potete leggere questo post, sul blog dello stesso Cattaneo.

Come scrissi nel primo post di questo blog, penso che nei prossimi anni, come cittadini, saremo sempre più spesso chiamati a compiere scelte fondamentali per il nostro futuro riguardanti gli sviluppi di scienza e tecnologia. E' proprio per questo motivo che giudico importantissime iniziative,  come quella di "Dibattito Scienza", che mirino a portare questi temi alla luce del dibattito politico nazionale.

AGGIORNAMENTO 1: Trovate a questo indirizzo la risposta della Puppato alle 6 domande (...davvero terrificanti le sue risposte su OGM e omeopatia). Consiglio anche la lettura di due bei post di commento, sul blog di Matteo Rossini: "Le 6 risposte della Puppato" e su "Borborigmi di un fisico renitente": "Laura Puppato non avrà il mio voto".

AGGIORNAMENTO 2: Trovate tutte le altre risposte a questo link.

Curiosity - Marte ha mai ospitato la vita?

Tra pochi giorni, il 5 agosto 2012, il nuovo rover della NASA Curiosity dovrebbe atterrare sul Pianeta Rosso nel cratere Gale, nei pressi di una montagna chiamata "Mount Sharp". La missione (qui il bel sito ufficiale), nota con il nome di "Mars Science Laboratory " è sicuramente la più complessa e ambiziosa mai tentata nel campo dell'esplorazione robotica dello spazio. Le operazioni del rover dovrebbero durare almeno un anno marziano, cioè circa 2 anni terrestri e lo scopo sarà quello di investigare sulla passata, e presente, capacità di Marte di sostenere la vita. Già la tecnica di atterraggio costituirà una novità visto che, dopo l'ingresso in atmosfera e una discesa rallentata da paracadute, il rover marziano verrà calato sul terreno tramite dei cavi da una piattaforma volante chiamata "skycrane" (letteralmente: "gru del cielo") che rimarrà sospesa in aria grazie a dei razzi per il tempo necessario alla deposizione sul suolo marziano del laboratorio scientifico mobile. Questo nuovo metodo di atterraggio, che sostituisce il più classico uso di air-bag per attutire l'impatto col terreno, ha permesso di ampliare la gamma di possibili siti di atterraggio, tanto da includere alcune delle regioni marziane più interessanti dal punto di vista scientifico come il cratere Gale. Il rover stesso è da primato: essendo il più grande (ha le dimensioni di una piccola automobile) e sofisticato mai inviato sul Pianeta Rosso, Curiosity sarà in grado di effettuare complesse analisi geochimiche del suolo marziano che permetteranno di analizzare con un dettaglio senza precedenti la composizione chimica di suolo, rocce e atmosfera alla ricerca di indizi sulla passata, e eventualmente presente, abitabilità della regione. Tra gli avanzatissimi strumenti presenti sul rover figurano uno spettrometro per neutroni che andrà alla ricerca di acqua e particolari rocce nei suoli sotto il veicolo, un sensore di radiazioni che monitorerà raggi cosmici e radiazione solare, uno spettrometro a raggi x montato su un braccio mobile che determinerà in situ la composizione delle rocce, una stazione meteorologica, delle videocamere a colori ad altissima definizione, un laser per perforare le rocce fino a sette metri di distanza. Curiosity è anche dotato di un gascromatografo e di uno spettrometro di massa pensati soprattutto per individuare carbonio organico nei campioni di rocce e in atmosfera oltre che di un apparato per analisi mineralogiche mediante diffrazione dei raggi x.
Il luogo d'atterraggio è stato scelto dopo una accurata selezione a partire da una lista di più di 50 possibili siti candidati. Il cratere Gale, il luogo scelto come più adatto per la missione, al centro del quale si trova il monte Sharp, è situato nei pressi dell'equatore marziano ed ha un diametro di circa 150 km. All'interno di questo antico cratere da impatto l'erosione del vento, nel corso degli eoni ha esposto strati rocciosi un tempo sepolti e quelli che sembrano essere antichi depositi fluviali.
Lo studio del monte Sharp potrebbe essere una grande occasione per comprendere il passato di Marte. I ricercatori pensano infatti che il monte Sharp, con la sua evidente struttura a strati che si innalza per oltre 5 km di altezza, sia stato creato dalla stratificazione di depositi in epoche successive all’evento di impatto che deve aver creato il cratere Gale, oltre 3 miliardi di anni fa. Negli strati più profondi, le missioni marziane che in passato si sono trovate a studiare il pianeta dall’orbita hanno identificato minerali che possono essersi formati in presenza di acqua. La ricerca sul campo permetterà, nei prossimi mesi, di studiare le condizioni climatiche al momento in cui i diversi strati si sono depositati. Per il team della NASA sarà come leggere le pagine di un libro sulla storia geologica di Marte.
Voglio concludere questo post lasciandovi alla visione di un breve video realizzato dal Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA in cui alcuni scienziati responsabili della missione spiegano quali siano, e quali non siano, gli obbiettivi di Curiosity.

La prima cellula virtuale

Lo studio pubblicato cinque giorni fa sulle pagine della prestigiosa rivista Cell da parte di un team di ricercatori dell'università di Stanford segna davvero un momento storico per la biologia e la scienza più in generale: l'alba della "biologia cellulare computazionale". La portata di questo annuncio è analoga a quella di quando, nel 2010, Craig Venter stupì il mondo annunciando di aver creato la prima forma di vita artificiale.
L'impresa compiuta dal gruppo di bioingegneri,  bioinformatici e biofisici autori dell'articolo è stata usare i dati contenuti in più di 900 articoli scientifici per produrre il primo modello computazionale completo del ciclo vitale di un patogeno umano, il Mycoplasma genitalium, simulando tutte le componenti cellulari e le loro interazioni in grande dettaglio.
La scelta di usare il Mycoplasma genitalium come organismo modello per la creazione del primo microorganismo virtuale si deve al fatto che si tratta del batterio più piccolo capace di vita autonoma, dotato di appena 525 geni (per fare un confronto  E. coli, il più famoso batterio da laboratorio ne ha  4288). Questo ovviamente non solo rende più semplice la sua modellizzazione, ma abbassa anche la capacità di calcolo dei computer richiesti per far "vivere" in silico in batterio virtuale (cioè per "far girare" la simulazione). Ciò nonostante simulare tutti i processi molecolari che avvengono nel Mycoplasma genitalium rimane una sfida computazionale notevole. Per simulare una singola divisione cellulare, i 128 computer usati nello studio, dotati di 28 algoritmi connessi tra loro (ognuno in grado di riprodurre un singolo processo biologico), hanno impiegato circa 10 ore durante le quali è stato prodotto più di mezzo gigabyte di dati.
Il successo raggiunto dai ricercatori guidati dal professore di bioingegneria Markus Covert: simulare un intero organismo al computer, rappresenta da sempre una sorta di "Santo Graal" della biologia computazionale. Infatti un modello computazionale come quello realizzato dagli scienziati di Stanford non solo permetterà di esaminare nel dettaglio questioni di biologia fondamentale che non sarebbe facile affrontare altrimenti, ma rappresenta anche una pietra miliare verso l'uso del "computer-aided design" (CAD) in bioingegneria e medicina. Il CAD ha rivoluzionato settori come l'ingegneria aeronautica e quella civile; la sua applicazione nel campo della biologia sintetica o del drug design permetterebbe di esprimere tutto l'enorme potenziale della medicina personalizzata (qui, si era già parlato di un progetto europeo in proposito), e darebbe una gigantesca spinta all'industria biotecnologica. Tuttavia sarà probabilmente necessario aspettare ancora qualche anno prima che una tecnologia come il CAD biologico si sviluppi e si diffonda; la strada da fare è ancora lunga. Ora infatti l'obbiettivo è quello di simulare cellule più complesse come quelle umane e, eventualmente, passare a simulare piccoli organismi pluricellulari o interazioni tra gruppi di cellule nei tessuti. Jonathan Karr, dottorando in biofisica a Stanford e primo coautore dello studio ha dichiarato: "L'obbiettivo non è solo quello di comprendere meglio Mycoplasma genitalium, ma la biologia in generale" e ha aggiunto "questo potrebbe essere l'inizio di una sorta di nuovo Progetto Genoma Umano: sarà necessario uno sforzo collettivo di tutta la comunità scientifica per arrivare a realizzare un modello computazionale di una cellula umana".
In conclusione vi lascio alla visione di una breve intervista (in inglese) dell'anno scorso a Markus Covert. Nel video il bioingegnere racconta la sua esperienza a Stanford, la sua passione per la bioingegneria e le motivazioni del suo ambizioso progetto che, proprio in questi giorni, è stato coronato dal successo.

Untangling the brain - La connettomica funzionale

I nostri cervelli sono costituiti da un denso "groviglio" di cellule nervose connesse tra loro tramite le sinapsi; la chiave per comprendere a fondo il funzionamento di questo straordinario organo che ci rende unici sta proprio nel mappare tutte queste connessioni. E' questa la immensa sfida della connettomica di cui ho già parlato spesso in questo blog (qui per la prima volta). Oggi voglio mostrarvi un interessante video, realizzato dalla prestigiosa rivista Nature, in cui si parla di come, per la prima volta, scienziati dell'università di Harvard siano riusciti, non solo a ricostruire il "cablaggio" di una piccola parte del cervello di topo, ma soprattutto a correlarlo alla funzione delle singole cellule (confrontandolo con dati elettrofisiologici precedentemente raccolti in vivo).

Decodificare i sensi

Ogni giorno della nostra vita i nostri occhi e le nostre orecchie sono costantemente "bombardati" da stimoli sensoriali di tutti i tipi. Capire esattamente in che modo il nostro cervello trasformi tutto questo "diluvio" di rumori, suoni, forme e colori in una immagine rappresentativa del mondo che ci circonda è sicuramente una delle sfide più affascinanti delle neuroscienze. Se seguite questo blog da un po' di tempo allora forse ricorderete dei notevolissimi risultati raggiunti in questo campo lo scorso ottobre da un gruppo di scienziati dell'università di Berkley. Questi, a partire da scansioni fMRI (risonanza magnetica funzionale) del cervello di pazienti intenti a guardare dei video, erano riusciti a ricostruire le scene che i soggetti stavano osservando (qui il post in proposito).
Il documentario che vi voglio proporre con questo post è il quarto episodio della serie "Science Bytes" (di cui si è già parlato in questo post) e racconta come, nei mesi scorsi, un altro gruppo di ricercatori di Berkley sia riuscito ad applicare la stessa tecnica per ricostruire i suoni uditi dai soggetti sperimentali (sia umani che animali) a partire da registrazioni elettroencefalografiche effettuate con microelettrodi. Simili tecnologie potrebbero in futuro cambiare la nostra vita e in particolare quella di quei pazienti che, pur non avendo modo di muoversi o di comunicare, rispondono agli stimoli esterni.

Il bosone di Higgs

Come molto probabilmente vi sarà capitato di sentire (qui la notizia), due giorni fa, il 4 luglio, i fisici del CERN di Ginevra hanno finalmente dato l'annuncio che tutti, nella comunità scientifica della fisica delle particelle, aspettavano da anni: LHC (l'enorme acceleratore di particelle del CERN) ha trovato una nuova particella che potrebbe essere proprio il famigerato bosone di Higgs. La conferma della scoperta della nuova particella è arrivata dai ricercatori del l'LHC in una conferenza stampa, trasmessa in diretta via Web e seguita in tutto il mondo. Citando le parole di Fabiola Gianotti, "spokesperson" dell'esperimento Atlas: "Abbiamo osservato nei nostri dati dei segni chiari della presenza di una nuova particella, con un livello di incertezza di 5 sigma nella regione di massa attorno ai 126 GeV".
Ma che cos'è questo bosone di Higgs?

L'Higgs è un bosone, cioè una particella, dotata di spin intero come il fotone (lo spin è, in meccanica quantistica, una grandezza che in analogia con il momento angolare in meccanica classica può essere immaginata come legata alla rotazione di una particella intorno al proprio asse). Il bosone di Higgs è una particella  davvero fondamentale per il "funzionamento" dell'universo essendo portatore di forza del campo di Higgs, che secondo la teoria conferirebbe massa alle particelle.
Se non avessimo massa, o meglio, se non l'avessero i protoni i neutroni e gli elettroni di cui sono composti gli atomi di cui noi stessi siamo fatti, saremmo solo particelle che schizzano nel vuoto alla velocità della luce; nessun fenomeno chimico e, a maggior ragione biologico, potrebbe mai verificarsi in un mondo così "instabile" e privo di strutture organizzate. In un simile universo noi non esisteremmo e non potrebbe nemmeno esistere nulla di tutto ciò che conosciamo.

Per saperne di più su questa ormai famosissima particella e sugli eventi che stanno scuotendo il mondo della fisica delle particelle in questi giorni vi consiglio di tenere d'occhio il bellissimo blog "Borborigmi di un fisico renitente" per notizie di prima mano dal CERN. Vi suggerisco anche la lettura del faq sul bosone di Higgs realizzato dall'ufficio comunicazione dell'Infn (qui) e la visione delle relative infografiche (qui). Prima di lasciarvi all'interessante documentario (qui sotto) nel quale verrete condotti in un viaggio dietro le quinte di LHC, ne approfitto per consigliarvi ancora una volta la lettura di "Odissea nello zeptospazio". Questo bellissimo saggio di Francesco Giudice, fisico teorico delle particelle proprio presso il CERN di Ginevra è una guida chiara e comprensibile per apprezzare le scoperte scientifiche che stanno avendo luogo presso l' LHC oltre che per conoscere le stupefacenti innovazioni tecnologiche che sono state necessarie alla realizzazione del più grande esperimento scientifico di sempre (qui il link alla pagina del libro).

Il centesimo post

E così, dopo 10 mesi di attività, questo blog ha raggiunto il suo centesimo post!
A breve, come già successo lo scorso novembre e marzo, a causa dell'inizio della sessione d'esami estiva, non avrò più tempo libero per occuparmi del blog e dovrò sospendere per un po’ la pubblicazione di nuovi post. Questa volta la pausa durerà un po’ più delle altre volte perché, dopo gli esami, mi prenderò finalmente una tanto agognata vacanza! ;)
Con questo ultimo post voglio chiudere simbolicamente il primo anno di vita di Scienza di Frontiera e darvi appuntamento a settembre per condividere ancora una nuova stagione di: "Pensieri, notizie e riflessioni sulla scienza e la tecnologia all’intersezione tra fisica, chimica e biologia". Detto questo, non escludo qualche post estivo, quindi vi invito a ripassare da queste parti nelle prossime settimane!
Sperando che abbiate gradito il mio lavoro dei mesi scorsi, voglio ringraziare di cuore tutti i miei lettori affezionati e dare il benvenuto a tutti coloro che hanno scoperto il blog solo di recente. Proprio pensando a questi ultimi ho deciso di inserire in questo post conclusivo una piccola rassegna, divisa per argomenti (riprendendo i quattro nuclei tematici di cui parlavo nel primo post), dei vecchi post a cui sono più affezionato e che giudico più significativi:

Se vi interessano la medicina e le biotecnologie e il modo in cui scienza e tecnologia stanno trasformando la pratica clinica,  potete leggere questi post:

• Medicina rigenerativa - Stampare organi

• Chirurgia a colori contro il cancro 

• ITFoM - Un "paziente virtuale" per rivoluzionare la medicina

• Sconfiggere l'invecchiamento - La prossima sfida per la scienza

Se vi interessano le neuroscienze e il modo in cui queste stanno rivoluzionando la nostra comprensione di noi stessi,  vi consiglio di leggere questi post:

• I am my connectome - Io sono il mio connettoma

• 2012 - L'anno dello Human Brain Project?

• Vedere nella mente 

• Ripensare l'Io

 

Se vi interessano le nanotecnologie e le loro innumerevoli applicazioni pronte a trasformare la nostra vita quotidiana, leggete questi post:

• Introduzione alla nanotecnologia 

• Scolpire nanoparticelle 

• La nanostampante 3D superveloce 

• Grafene - Un materiale per il futuro

 

Se volete leggere riflessioni sulla scienza in generale e su come gli scienziati vedono il mondo, le troverete in questi post:

• La "scienza ufficiale"

• La scienza e la bellezza del mondo

• Apologia del riduzionismo

• Relatività - Tutto è relativo?

Troverete molto altro ancora nelle varie categorie dell'archivio, nella colonna a destra del blog.

CNAO - La fisica nucleare contro il cancro

Ritorniamo a parlare di oncologia e di fisica con il post di oggi in cui voglio presentarvi una punta di eccellenza scientifica e clinica tutta italiana. Il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica(CNAO), da poco entrato in funzione a Pavia, è uno tra i primi centri al mondo specificamente dedicato al trattamento dei tumori mediante adroterapia con ioni carbonio in aggiunta ai più convenzionali protoni.
Negli ultimi decenni i metodi di trattamento dei tumori tramite fasci di particelle che vanno sotto il nome di "adroterapia" hanno conosciuto un grande sviluppo. Questa denominazione deriva dal fatto che le particelle utilizzate non sono fotoni, come i raggi x e gamma usati nella radioterapia convenzionale, ma "adroni"; questo termine è utilizzato in fisica nucleare per indicare particelle composite formate da più quark come, ad esempio, i protoni e i neutroni che formano il nucleo degli atomi. Gli adroni più utilizzati sono i protoni (che sono nuclei di idrogeno senza più elettroni), e ioni carbonio (nuclei di carbonio privati dei loro 6 elettroni).
Queste particelle, essendo elettricamente cariche e pesanti, sono poco deflesse negli urti con i componenti atomici e molecolari dei tessuti e li attraversano, di conseguenza, seguendo un percorso approssimativamente rettilineo. In virtù della loro alta energia e grazie alla loro carica elettrica gli adroni possono "strappare" elettroni dalle molecole dei tessuti, ionizzandole (è questo il motivo per cui si parla di radiazioni ionizzanti). La radiazione ionizzante, interagendo con una molecola d’acqua (che costituisce circa il 70% del corpo umano) può portare alla formazione di specie chimiche radicaliche come H e OH, cioè molecole in cui è presente un elettrone spaiato che, di conseguenza, sono estremamente reattive. I radicali così prodotti, proprio a causa della loro estrema reattività, possono essere causa di danni di varia natura per le cellule colpite. Questi vanno dalla rottura delle membrane cellulari (quando i radicali agiscono sugli acidi grassi che formano i lipidi di membrana cellulare), alla modificazione degli aminoacidi delle proteine cellulari che, perdendo la propria struttura tridimensionale, perdono anche la propria funzione biologica, fino al danneggiamento del DNA.
Tutti questi danni possono portare alla morte delle cellule colpite. Nell'applicazione terapeutica delle radiazioni, queste vengono usate proprio per uccidere le cellule tumorali risparmiando il più possibile il tessuto sano circostante, nel tentativo di eliminare le neoplasie.
I fasci di adroni, a differenza dei raggi x, anche se più costosi da produrre di questi ultimi, perdono la maggior parte delle propria energia negli ultimi centimetri di percorso nel tessuto, nei pressi del punto di arresto. Questo fenomeno detto del “picco di Bragg” fa si che essi siano in grado di danneggiare in modo molto selettivo i tessuti malati, cedendo energia proprio là dove si trova il tumore. Per merito del “picco di Bragg”, protoni accelerati a 200 MeV e ioni carbonio accelerati a 4800 MeV permettono di irradiare i tumori profondi (fino a 25 cm sotto la pelle) seguendone il contorno con precisione millimetrica. E' per questo motivo che l’adroterapia è meno invasiva della radioterapia tradizionale e risulta indicata per un numero sempre maggiore di tumori. I trattamenti di adroterapia sono però 2-3 volte più costosi in quanto gli adroni carichi sono particelle subatomiche difficili da accelerare perché migliaia di volte più pesanti degli elettroni che producono i raggi X nei linac, gli acceleratori lineari. Il problema risiede soprattutto nella dimensione degli apparati: acceleratori, linee di fascio e le cosiddette “gantries” (che servono a far arrivare il fascio a un angolo ben preciso sul paziente) occupano molto spazio ed è per questo motivo che spesso risulta necessaria la costruzione di nuovi edifici appositamente progettati, in cui bisogna predisporre anche tutto l’apparato ospedaliero necessario.
Fisici e ingegneri della Fondazione CNAO, in collaborazione con numerosi Enti tra cui in particolare l’INFN e il CERN, hanno lavorato per molti anni alla realizzazione dello CNAO e alla costruzione del suo vero "cuore tecnologico": un sincrotrone di 25 m di diametro, non dissimile da quelli usati per la ricerca in fisica fondamentale, basato sull'adattamento del disegno PIMMS da parte della Fondazione TERA diretta dal Prof. Ugo Amaldi. Finalmente, nel settembre dell'anno scorso gli sforzi dei ricercatori sono stati coronati con l'apertura del centro e l'inizio dell'attività clinica. Questo successo, che colloca il nostro paese all'avanguardia nel settore della fisica medica, sta già dando ai pazienti l'opportunità di ricevere le cure più efficaci, migliorandone al contempo la qualità di vita grazie alla riduzione degli effetti collaterali.
Nell'interessante video qui sotto, Paola Catapano del CERN ci mostra da vicino l'acceleratore di particelle del CNAO spiegandone il funzionamento e intervistando le persone che vi lavorano.



Voglio ringraziare la Dottoressa Manuela Cirilli del CERN per la sua disponibilità e il suo aiuto nella correzione della bozza dell'articolo.

Future ITC - La "sfera di cristallo" globale

Nel post di oggi voglio presentarvi il sesto ed ultimo progetto FET flagship candidato a ricevere il finanziamento dell'unione europea di cui si è parlato già in vari altri post (ad esempio qui, qui e qui). L'ambizioso obbiettivo del programma FuturITC è di creare quella che è stata definita come una sorta di "sfera di cristallo globale"; un sistema informatico che non si limiterebbe a simulare un singolo campo della finanza della politica o dell'ambiente ma al contrario dovrebbe simulare il numero più elevato possibile di aspetti della nostra società per rispondere agli interrogativi più difficili che si pongono ai decisori politici globali.
"Le dinamiche socio-economiche che guidano la vita della nostra civiltà sono assai poco comprese; possiamo quasi dire di saperne di più sul resto dell'universo che sulla nostra stessa società. Ormai è tempo di sfruttare l'opportunità offertaci dalle sempre più sviluppate tecnologie dell'informazione per studiale l'intricata rete di attività economiche e sociali della nostra civiltà globale, al fine di individuare le migliori strade per un futuro sostenibile". E' così che i promotori di Futur ITC (qui il sito ufficiale) presentano il loro fantascientifico progetto.
Il "FuturICT Knowledge Accelerator" (questo il nome ufficiale del programma) si propone come un impresa scientifica interdisciplinare  senza precedenti nel campo dello studio dei sistemi socio-economici e ambientali che dovrebbe integrare le più moderne tecnologie dell'informazione con le scienze sociali e i più raffinati metodi fisico-matematici per lo studio dei sistemi complessi. In questo modo, sfruttando i flussi torrenziali di dati ormai disponibili su quasi qualunque aspetto della nostra civiltà, il dispositivo al cuore del progetto; il "Living Earth Simulator", dovrebbe riuscire a modellizzare efficacemente i più diversi sistemi globali: dall'economia ai governi, dall'ecologia alle tendenze culturali, dalla demografia all'agricoltura fino al diffondersi delle pandemie. Il progetto, a cui hanno aderito istituzioni accademiche di tutta Europa, coordinate dal Prof. Dirk Helbing del Politecnico di Zurigo,  prevede anche di istituire veri e propri "osservatori di crisi"  che andranno a caccia di problemi globali in fase nascente in modo da intervenire precocemente e risolverli al meglio.
La fiducia degli studiosi nella reale possibilità di realizzare tutto questo viene dai notevoli successi riportati negli ultimi anni nella modellizzazione e simulazione numerica di sistemi sociali altamente complessi come il traffico stradale o la criminalità nelle grandi metropoli occidentali. In proposito Helbing ha dichiarato: "Noi non pretendiamo certo di costruire una macchina onnisciente capace di evitare qualunque disastro o problema. Quello che vogliamo è invece essere in grado di comprendere meglio le condizioni, i meccanismi e l'impatto delle crisi sociali, economiche e ambientali. Per fare questo non sarà necessario "predire il futuro" in maniera dettagliata e temporalmente precisa; basterà definire scenari che permetteranno di rispondere a domande del tipo "cosa succederebbe se..?" in termini di probabilità. In questo modo potremmo testare in silico le conseguenze di diverse strategie di azione, come, ad esempio, l'introduzione di nuovi sistemi di regolamentazione dei mercati, prima di metterle in pratica nel mondo reale".
Nel video di presentazione qui sotto compare anche il fisico teorico italiano Alessandro Vespigniani, membro del gruppo dirigente italiano del progetto, nonché direttore dell'ISI ("Institute for Scientific Interchange") di Torino, noto per i suoi importanti lavori sulle reti complesse.

Angeli custodi nanotecnologici

Immaginate una invisibile rete di sensori ed elaboratori elettronici integrata nei tessuti dei nostri vestiti, in un semplice braccialetto o in un qualunque oggetto di uso quotidiano. Raccogliendo ed elaborando continuamente dati sull'ambiente circostante simili dispositivi potrebbero permetterci di monitorare la nostra salute in un modo oggi inimmaginabile, prevenire incidenti per farci vivere un'esistenza più tranquilla o semplicemente rendere la nostra vita più confortevole infondendo negli oggetti con cui ogni giorno veniamo a contatto una sorta di "intelligenza" al nostro servizio. Questo scenario fantascientifico potrebbe divenire realtà in un futuro non troppo lontano grazie ai progressi nel campo delle nanotecnologie e dell'elettronica.
Negli scorsi mesi un consorzio pan-europeo di università e istituti di ricerca pubblici e privati, guidato dai politecnici di Zurigo e Losanna,  ha lanciato il progetto "Guardian Angels for a Smarter Life" (qui il link del sito ufficiale del progetto), candidandosi per ricevere un grosso finanziamento di ricerca da parte dell'unione europea nell'ambito del programma Future and Emerging Technologies (FET) Flagships Initiative. Già in passato ho dedicato un post a quattro degli altri cinque affascinanti progetti in concorso: i temi affrontati, tutti decisamente interdisciplinari e di grande impatto, spaziano dalle neuroscienze, alla scienza dei materiali, dalla bioinformatica fino alla robotica (trovate qui, qui, qui e qui i vecchi post).
"Questo è un progetto che punta in alto: è ambizioso quanto lo è stato il volare sulla luna cinquant'anni fa" ha affermato Christofer Hierold, professore di micro - e nanosistemi presso il politecnico di Zurigo e coordinatore del progetto insieme al professor Adrian Ionescu, direttore del laboratorio di dispositivi nanoelettronici presso il politecnico di Losanna. Quest'ultimo ha aggiunto: "Guardian Angels non si inserisce passivamente nel trend di estrema miniaturizzazione già in atto da anni nel campo delle tecnologie dell'informazione, il nostro obbiettivo primario è sviluppare tecnologie completamente nuove per allargare le frontiere di ciò che è al momento possibile realizzare". Per raggiungere il proprio obbiettivo il progetto richiederà progresso tecnologico a tutti i livelli: dal consumo energetico, alle capacità computazionali fino alla funzionalità dei sensori passando per le tecnologie di comunicazione wireless. Forse la più grande sfida che si pongono i ricercatori è quella di realizzare dispositivi in grado di raccogliere ed immagazzinare energia dal loro stesso ambiente. Per i Guardian Angels, infatti, le batterie non saranno un'opzione; dovranno essere essi stessi in grado di generare l'energia necessaria al loro funzionamento.
E' questo ciò che gli scienziati intendono quando parlano di "zero-power systems": le vibrazioni, i movimenti, le differenze di temperatura o illuminazione possono essere sfruttate per generare piccole quantità di energia elettrica, sufficiente, essendo essi stessi molto piccoli, ad alimentare gli "angeli custodi" che, grazie agli sforzi dei ricercatori, potrebbero vegliare sul nostro futuro.
Ora non mi resta che lasciarvi al bel video di presentazione del progetto... Buona visione!

The Feynman series (parte 4) - La chiave della Scienza

Con il post di oggi voglio presentarvi il quarto episodio di "The Feynman Series" (qui il primo, il secondo ed il terzo episodio).
Nella prima parte del video, intitolato "La chiave della Scienza", la sorella di Richard Feynman, Joan, descrive il senso di meraviglia che provò quando il fratello, svegliandola nel cuore della notte, la portò a vedere un'aurora. Questa esperienza la toccò a tal punto da spingerla a studiare astrofisica e dedicare la sua carriera scientifica proprio allo studio della magnetosfera terrestre e dei meccanismi di formazione delle aurore che l'avevano tanto emozionata quella notte. Nella parte successiva del video si vede uno spezzone della bellissima lezione "Seeking new laws" tenuta dal grande fisico americano nell'ambito delle "Messenger Lectures"; una prestigiosa serie di conferenze tenute presso la Cornell University alle quali Feynman partecipò nel 1964, di cui  potete trovare i filmati originali in streaming a questo indirizzo ( se siete interessati alla fisica e più in generale alla scienza ne consiglio vivamente la visione). In "Seeking new laws" Feynman riesce a condensare con grande semplicità in poche parole una splendida descrizione di quella che è la vera "la chiave della scienza": il metodo scientifico.

"In generale, cerchiamo una nuova legge naturale con questa procedura: per prima cosa, facciamo un'ipotesi; poi, calcoliamo le conseguenze dell'ipotesi, per vedere che cosa comporterebbe se questa nuova legge che abbiamo ipotizzato fosse vera; infine, compariamo i risultati di questo calcolo con la Natura, con esperimenti o esperienze, confrontando direttamente con l'osservazione, per vedere se funziona. Se (la legge) è in disaccordo con l'esperimento, è sbagliata. In questa semplice affermazione sta la chiave della scienza. Non fa nessuna differenza quanto l'ipotesi sia bella, non fa nessuna differenza quanto intelligenti voi siate, o chi abbia fatto l'ipotesi, o come si chiama - se è in disaccordo con l'esperimento, è sbagliata."

E' anche interessante notare, tra le immagini che accompagnano il finale del video, quelle dell'esperimento dimostrativo condotto sulla luna dall'astronauta David Scott lasciando cadere insieme un martello e una piuma. Questi oggetti, cadendo nel vuoto e raggiungendo il suolo insieme, confermarono in maniera quanto mai diretta ed intuitiva l' intuizione avuta da Galileo quattro secoli prima. Per i sottotitoli in italiano cliccate sul pulsantino cc in basso a destra nel riquadro del video.

La primavera del volo spaziale privato - Verso marte?

Questi sono giorni storici per il volo spaziale; con il successo della missione di prova verso la stazione spaziale della capsula Dragon, SpaceX ha sancito l'inizio dell'era dei privati nello spazio. Il docking della Dragon alla ISS (qui la notizia) non è affatto l'unico evento importante di questi giorni in campo spaziale. Per darvi una idea del clima di grande fermento che sta percorrendo il nascente settore del volo spaziale privato voglio citarvi solo alcuni degli eventi che si sono succeduti in questi giorni.
Il 29 maggio la Sierra Nevada Corporation  ha completato il primo test di volo assistito del proprio veicolo suborbitale: il Dream Chaser. Pochi giorni prima XCOR Aerospace ha annunciato di aver completato i test della pompa dell'ossigeno liquido della propria navetta suborbitale: il Lynx. Excalibur Almaz ha annunciato di avere in programma lanci verso la stazione spaziale internazionale e verso l'orbita lunare. Nello stesso periodo Virgin Galactic ha ricevuto l'autorizzazione a effettuare lanci sperimentali della sua SpaceShipTwo da parte della Federal Aviation Administration. Il 30 maggio Moon Express ha annunciato di aver comprato la Next Giant Leap, LLC realizzando così la prima acquisizione di una compagnia partecipante al Google Lunar X PRIZE (un premio da 30 milioni di dollari per la prima compagnia privata in grado di inviare autonomamente un lander robotico sulla luna). Il 31 Blue Origin ha annunciato di aver completato un importante controllo dei sistemi del proprio veicolo orbitale. A tutto questo bisogna aggiungere l'annuncio dei giorni scorsi della Planetary Resources di cui si è già parlato (qui) e il fatto che da qualche settimana è partita la fase di test del motore ibrido jet/razzo "Sabre", uno dei componenti chiave dello spazioplano britannico Skylon.

In questa vera e propria primavera del volo spaziale privato si inserisce il recente annuncio della costituzione di Mars One (qui il sito ufficiale): una compagnia olandese il cui ambiziosissimo obbiettivo è di realizzare un avamposto umano sul pianeta rosso entro il 2023. La compagnia che al momento è impegnata a raccogliere fondi per il progetto, dovrebbe inviare già nel 2018 un rover per scegliere il punto ideale dove costruire l’insediamento marziano. In seguito, dopo altre missioni preparatorie dedicate alla realizzazione dell'habitat, nel 2022 dovrebbero partire  alla volta di Marte i primi 4 astronauti umani. Una novità è che per autofinanziarsi la compagnia ha intenzione di trasformare la missione nel più grande evento mediatico di tutti i tempi: Bas Lansdorp, l'imprenditore fondatore della società lo definisce come "l’evento mediatico che farà impallidire il Grande Fratello". Una sorta di reality show prolungato seguito in mondovisione. Un altra particolarità del progetto è che gli astronauti non faranno mai ritorno: per diminuire i costi la missione sarà infatti di sola andata, gli uomini e le donne inviati in missione saranno volontari disposti a non fare mai più ritorno sulla Terra. In effetti, l’obiettivo a lungo termine è proprio di colonizzare gradualmente il pianeta; ogni 2 anni verranno inviati altri aspiranti marziani e l'avamposto comincerà a diventare una colonia sempre più autosufficiente.

A favore della fattibilità del progetto ci sono i pareri positivi sulla realizzabilità dell'hardware necessario alla missione da parte di alcune delle più grandi industrie aerospaziali del mondo; dalla Thales Alenia Space fino alla stessa SpaceX. Inoltre, tra i propri testimonial, la neonata compagnia annovera un personaggio del calibro di Gerard’t Hooft, fisico olandese, premio nobel nel 1999 per "aver spiegato la struttura quantica dell'interazione elettrodebole". Qui sotto potete vedere il video di presentazione (in inglese) di Mars One in cui vengono spiegate le varie fasi del progetto e viene intervistato il professor ’t Hooft in merito al suo appoggio all'iniziativa.

SICODE - Interfacce cervello macchina "made in Italy"

Dal romanzo “Neuromante”, di William Gibson, fino a “Matrix” passando per il più recente “Avatar” le interfacce cervello-macchina (o BMI dall'inglese Brain Machine Interface) sono sempre state molto popolari nella fantascienza. Le interfacce cervello-macchina disponibili oggi sono, però, ancora molto distanti dal raggiungere i livelli a cui ci hanno abituato scrittori e registi. Ciò che rende così difficile realizzare neurointerfacce à la Matrix che permettano di “editare” una mente, ad esempio “impiantando” un ricordo o imparando istantaneamente una nuova abilità, è che il nostro cervello funziona in modo molto diverso da una tipica “macchina di von Neumann” (quali sono, ad esempio, i nostri personal computer). Se in questo primo tipo di elaboratori di informazione hardware e software sono qualcosa di chiaramente distinto e indipendente, nel tipo di "elaboratori" che sono racchiusi nella nostra scatola cranica questa distinzione perde significato.
Come abbiamo già detto in numerosi altri post, le neuroscienze ci mostrano che i nostri contenuti mentali sono completamente riconducibili alla struttura fisica del nostro cervello. Per dirla con la già più volte citata metafora di Sebastian Seung: “i pensieri e la coscienza soggettiva (come schemi di attività neurale) stanno al connettoma (la struttura fisica del nostro cervello) come l'acqua di un ruscello di montagna sta al suo letto di pietre”. Nei cervelli biologici, infatti, l’informazione “fluisce” attraverso il cervello e la computazione avviene naturalmente a causa delle particolari proprietà fisiche e geometriche dei percorsi neurali. E’ per questo motivo che sarebbe necessario “ricablare” completamente un cervello per apportare modifiche permanenti alla memoria, personalità, ecc… di un individuo. Una simile procedura, al momento, va decisamente oltre i limiti della nostra tecnologia. Tuttavia, grazie ai recenti sviluppi dell’optogenetica (di cui abbiamo già parlato in questo post), si può già cominciare a pensare alla possibilità di realizzare “coprocessori neurali” che, anche senza riconfigurare fisicamente le connessioni del cervello, potrebbero ottenere risultati analoghi attivando “forzatamente” i neuroni giusti per indurre artificialmente i più diversi stati o contenuti mentali.
Se neurointerfacce del tipo appena descritto sono ancora lontane dall’essere sviluppate, rapidi progressi si stanno facendo verso la realizzazione di neurointerfacce di un altro tipo. Neurointerfacce per “controllare con la mente” protesi o altri dispositivi robotici. Sempre più spesso queste interfacce cervello-macchina stanno anche diventando bidirezionali, cioè in grado di inviare feedback sensoriali all’utilizzatore; un fattore molto importate, questo, per permettere, ad esempio, il controllo accurato di un arto protesico (di questo abbiamo già parlato in questo articolo). Gli sviluppi di questo secondo tipo di tecnologie rappresentano una grande promessa per chi è affetto da paralisi o per i portatori di handicap motori: queste persone infatti sarebbero le prime a poterne beneficiare, aumentando la propria indipendenza e migliorando la propria qualità di vita.
E’ proprio in quest’ultima linea di ricerca che si inserisce il progetto di cui vi voglio parlare oggi: SICODE (qui il sito ufficiale). Il progetto, portato avanti da un consorzio di istituti di ricerca europei con il cooordinamento dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova,  si pone l'obbiettivo di perfezionare l'ingegneria delle neurointerfacce approfondendo la comprensione del funzionamento del cervello durante il movimento del corpo. SICODE vedrà l'Italia ricoprire un ruolo di primissimo piano, con la partecipazione dell'IIT, la cui attività sarà coordinata dal dottor Stefano Panzeri del "Center for Neuroscience and Cognitive Systems" di Trento, e con quella della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA). Del consorzio fanno parte anche altri due istituti di grandissimo rilievo internazionale nel campo delle neuroscienze come il Max Planck Institute for Biological Cybernetics di Tubinga e l'Università di Zurigo. Fino ad oggi - spiega il professor Panzeri - veniva presa in considerazione solo la connessione tra i neuroni deputati al movimento e l'oggetto esterno, quale un arto artificiale, senza tenere conto delle variabili di stato che influenzano i processi cerebrali, come gli stati di allerta, attenzione e motivazione. Il cervello è un sistema altamente complesso e solo prendendolo in considerazione nel suo insieme è possibile realizzare delle interfacce in grado di interpretare correttamente tutte le sfumature dei segnali ricevuti, dando così alle protesi a cui sono connesse la capacità di eseguire esattamente i movimenti desiderati.
Il progetto, come è ormai consuetudine nella ricerca neuroscientifica più d'avanguardia, vedrà la partecipazione di un team interdisciplinare, che includerà neuroscienziati, fisici, matematici e ingegneri.  La ricerca – spiega il prof. Vincent Torre della SISSA - si dividerà in due fasi, diverse ma complementari. Innanzitutto cercheremo di comprendere quale sia l'attività elettrica del sistema nervoso in assenza di stimolazioni, ovvero studieremo quale sia la sua attività spontanea che da un punto di vista informatico rappresenta il rumore del sistema. La seconda fase del progetto consiste nella progettazione e realizzazione di interfacce cervello-macchina di nuova generazione capaci di "leggere" correttamente l'attività elettrica del cervello nella prospettiva di poter contribuire a ridare una reale autonomia di movimento a chi è affetto da gravi handicap motori.

In difesa della ricerca scientifica e della sperimentazione animale

Segnalo e ripubblico il seguente comunicato ufficiale del Network dei Transumanisti Italiani (di cui questo blog fa parte) in risposta ad un brutto evento che denuncia l’affermarsi di un clima inquietante nel nostro paese (qui un interessante articolo di my GenomiX sulla questione e qui un altro bell'articolo in proposito) e non promette nulla di buono riguardo alla sussistenza della più elementare libertà d’informazione:

"Il Network dei Transumanisti Italiani esprime piena solidarietà alle giornaliste Barbara Gallavotti e Daniela Mattalia che hanno pubblicato sul settimanale Panorama un servizio (qui il link all'articolo originale) intitolato “O la cavia o la vita”, in cui si fa il punto sulla sperimentazione a scopo di studio e ricerca su animali da laboratorio. L’articolo in questione ha scatenato un’ondata di reazioni polemiche e ambedue le autrici hanno ricevuto mail dai toni fortemente aggressivi, dimostrando come il nostro paese sia ancora preda di atteggiamenti antiscientifici che assumono toni inquietanti.
Dal nostro punto di vista, lungi dall’apprezzare le crudeltà perpetrate ingiustamente sugli animali e pur essendo fiduciosi che il progresso della tecnologia e della medicina possa un giorno consentirci di fare a meno della sperimentazione animale (infatti, come affermato nella nostra dichiarazione di principi al punto 7: “sosteniamo il benessere di tutti gli esseri senzienti, compresi gli esseri umani, gli animali non umani,...”) siamo anche consapevoli che rinunciare oggi a questo tipo di sperimentazione vorrebbe dire rinunciare a nuovi farmaci che potrebbero migliorare la salute di molte persone. Gli animali di laboratorio ci hanno salvato la vita in innumerevoli occasioni, a cominciare dal vaccino che ha quasi fatto sparire la poliomielite nel mondo. Negli ultimi anni, comunque, l’utilizzo di animali da laboratorio a scopo di studio e ricerca si è molto ridotto, grazie a tecnologie alternative che permettono di testare l’effetto del potenziale farmaco. Noi transumanisti, riconoscendoci in un ideale fronte a difesa della ragione, della scienza e della tecnologia, non possiamo che assumere una ferma posizione etica in difesa della ricerca biomedica, e quindi - allo stato - anche della sperimentazione animale. Le fantasie di un certo fondamentalismo ecologista e animalista descrivono un mondo nel quale la natura sarebbe “buona”, mentre l’uomo e la scienza sarebbero “cattivi”. In realtà la malattia è un fenomeno del tutto naturale, mentre l’uomo - nella fattispecie il ricercatore - è colui che si batte per contrastare questo tragico aspetto della natura.
Consideriamo dunque l’atteggiamento antiscientifico come un nuovo oscurantismo della nostra epoca, che va contrastato innanzitutto attraverso una corretta informazione e divulgazione scientifica, e, più in generale, attraverso la diffusione e l’affermazione di una cultura scientifica di base."

Link alla notizia 

Network dei Transumanisti Italiani  
http://transumanisti.org/