Il programma Mnesys, la più grande ricerca italiana sul cervello

Il cervello umano è una massa grigiastra e molliccia di appena un chilo e mezzo, racchiusa in pochi centimetri cubici all'interno del cranio. A vederlo non è proprio gradevole, né lascia supporre le sue incredibili capacità: è un vero miracolo della natura e l'organo che più di ogni altro ci definisce per quel che siamo. È grazie a lui se possiamo pensare, emozionarci, sentire, relazionarci con gli altri e con il mondo; grazie alle sue capacità la specie umana ha potuto compiere imprese impossibili per qualsiasi altro animale: andare nello spazio, realizzare capolavori come la Cappella Sistina o la Divina Commedia, teorizzare la meccanica quantistica. Eppure, il cervello resta uno dei misteri più insondabili, perché è quanto di più complesso si possa immaginare. Provate a pensare a un ammasso intricato di 150 miliardi di cellule, i neuroni, che stabiliscono fra loro 100mila miliardi di connessioni sempre diverse, in continuo cambiamento per adattarsi agli stimoli esterni: il risultato è una rete di "strade" fra cellule cerebrali che messe in fila coprirebbero 160mila km, un terzo della distanza fra la Terra e la Luna. un progetto ambizioso Tracciarne una mappa è un'impresa titanica, tanto quanto decifrare come si formino il pensiero e la coscienza da un intrico di segnali chimici ed elettrici in continuo passaggio da un neurone all'altro. Eppure gli scienziati tentano da decenni di avvicinarsi al mistero del cervello, nonostante le enormi difficoltà pratiche ed etiche della ricerca in neuroscienze: gli esperimenti realizzabili sull'uomo non sono molti, così per gran parte degli studi si deve far ricorso a modelli più o meno "grezzi", dalle cellule in vitro alle simulazioni oggi possibili grazie all'intelligenza artificiale. È quello che accade anche con il programma Mnesys, che con circa 800 ricercatori al lavoro in oltre 90 centri in tutto il Pae-se è il più ampio programma di ricerca sul cervello mai realizzato in Italia, oltre che il più grande e all'avanguardia in Europa. Avviata nel 2022 per una durata di tre anni, questa rete di studiosi d'eccellenza (tutti i migliori centri italiani di ricerca sul cervello sono oggi parte di Mnesys) sta cercando di capire che cosa accade nel cervello quando è sano e quando si ammala, aggiungendo alle conoscenze attuali nuovi tasselli «per scoprire per esempio biomarcatori in grado di aiutarci a fare diagnosi sempre più precoci di malattie come Alzheimer, Parkinson o sclerosi multipla, anche prima che si manifestino, così da impostare strategie terapeutiche e preventive personalizzate, prevedendo anche la prognosi e la risposta alle cure», spiega Antonio Uccelli, responsabile scientifico del programma Mnesys, professore di neurologia dell'Università di Genova e direttore scientifico dell'IRCCS Policlinico San Martino di Genova. «Mnesys mira poi a individuare nuovi meccanismi di malattia e bersagli per possibili farmaci, a migliorare l'uso delle tecnologie per la cura delle patologie neurologiche e anche a sostenere lo sviluppo di modelli computazionali delle malattie, con tecniche di simulazione». È il caso di uno dei progetti più visionari e innovativi di Mnesys, la realizzazione di gemelli digitali del cervello: su questi avatar, creati al computer elaborando mediante algoritmi matematici dati anagrafici, clinici, di laboratorio e diagnostici, è possibile studiare come funziona il sistema nervoso in condizioni normali e di malattia ma soprattutto realizzare esperimenti virtuali che superano i limiti della ricerca sul cervello umano reale, consentendo di studiare meglio farmaci e non solo.. gli strumenti degli scienziati Oltre ai modelli digitali, i ricercatori Mnesys stanno creando anche "cervelli in miniatura" per studiare le malattie più difficili da replicare su singole cellule o negli animali da esperimento. A partire da cellule prelevate da pazienti con demenza, fatte regredire allo stadio di cellule staminali e poi "riprogrammate" perché diventino neuroni, è possibile formare in vitro i cosiddetti organoidi, mini-cervelli utilizzabili come un laboratorio cellulare per testare anche nuove terapie. Accanto a questi metodi più all'avanguardia non mancano progetti che sfruttano strategie più consuete come i classici studi in vitro e in vivo, dalle indagini su singole molecole fino agli studi di popolazione: le ricerche in corso sono oltre 300 e hanno già portato a oltre 600 pubblicazioni scientifiche, con tanti risultati già tangibili (si vedano le prossime pagine). Come aggiunge Uccelli, «sono stati per esempio individuati nuovi biomarcatori per diverse malattie neurodegenerative, come la pentraxina-2 neuronale (NPTX2) per l'Alzheimer. Questa proteina è cruciale per il funzionamento delle sinapsi, i punti di contatto fra neuroni nei quali le cellule "dialogano" fra loro. La ricerca ha utilizzato la PET con glucosio marcato, una tecnica di imaging che, oltre a visualizzare l'organo, consente di valutare il metabolismo delle cellule. Si è visto che, già durante il deterioramento cognitivo lieve, in alcune aree cerebrali c'è una correlazione tra i livelli di NPTX2 presente nel liquido cerebrospinale (che circonda e protegge cervello e midollo spinale) e le alterazioni del metabolismo del glucosio tipiche della malattia. NPTX2 è perciò un promettente biomarcatore, sia per valutare lo stadio dell'Alzheimer, sia per stimarne il rischio di progressione».. Il programma Mnesys è la risposta italiana ai grandi progetti di ricerca sul cervello varati negli Stati Uniti e in Europa negli anni scorsi. Uno dei più famosi è la BRAIN Initiative, annunciata nel 2013 dall'allora presidente Barack Obama: questa cordata pubblico-privata internazionale prosegue tuttora e oggi punta sulla NeuroAI, un nuovo campo di ricerca che esplora la relazione fra intelligenza naturale e artificiale. In Europa il decennale Human Brain Project, che ha coinvolto oltre 500 ricercatori di 19 Paesi, è stato chiuso nel 2023, non senza critiche per non aver mantenuto la promessa di ricreare un cervello digitale. È terminato nel 2021 anche lo Human Connectome Project statunitense, che aveva lo scopo di creare una mappa delle connessioni fra neuroni in un cervello umano sano: da questo progetto sono nati ulteriori programmi di ricerca, tuttora in corso, basati sui risultati ottenuti. Un altro importante progetto è stato il Developing Human Connectome Project, che ha studiato il cervello in via di sviluppo dei feti durante la seconda metà della gravidanza.. I sette Spoke Gli studi del programma Mnesys, suddivisi in sette sotto-progetti differenti (detti, in termine tecnico, spoke) coordinati da altrettante università sotto la guida dell'Università di Genova in sinergia con il Policlinico San Martino, non si limitano però a indagare le malattie neurologiche o neurodegenerative, ma coprono tutti gli ambiti delle neuroscienze, dallo sviluppo del cervello dei neonati alla plasticità neuronale, dalle funzioni cognitive al controllo del movimento, dalle percezioni e dal dialogo cervello-corpo alle interazioni sociali e comportamentali. Anche in questi settori stanno emergendo nuove ipotesi, teorie innovative e dati interessanti: si sta per esempio studiando come proteggere lo sviluppo neurologico dei bambini nati prematuri attraverso l'aggiunta alla dieta di grassi dall'elevato potere antiossidante, contenuti nell'olio d'oliva, nella soia o nel pesce, ma anche come migliorare nei pazienti con Parkinson e Alzheimer le capacità di riconoscere le espressioni facciali altrui ed esprimere le emozioni, per aiutarli a interagire e comunicare meglio con gli altri e migliorare così la qualità di vita. Una strategia a tutto tondo che, come conclude Uccelli, vuole «svelare i segreti del cervello ma soprattutto sviluppare trattamenti personalizzati per le malattie neurologiche e psichiatriche, arrivando a una reale medicina di precisione anche per il sistema nervoso centrale». Non solo: «Mnesys è una macchina complessa, ma è anche una grande occasione di sviluppo per il Paese» spiega Enrico Castanini, presidente di Mnesys S.c.a.r.l., la società che gestisce tutto il programma. «Oltre ad avere un grosso impatto sulle conoscenze scientifiche, può generare valore economico trasferendone i risultati sul mercato grazie al coinvolgimento del mondo dell'impresa». Negli articoli che compongono questo speciale vi portiamo nel cuore pulsante di questa straordinaria avventura scientifica, esplorando uno per uno i sette ambiti di ricerca del programma Mnesys. Un viaggio senza precedenti tra scoperte che stanno riscrivendo ciò che sappiamo del nostro cervello..