Si tratta di un nuovo modo di intervenire sulle cellule, all'avanguardia, che coniuga biologia e fisica e che richiede in modo irrinunciabile il contributo congiunto di diverse discipline e la commistione di più competenze. Vincitore di un ERC Consolidator Grant da 2 milioni di euro, il progetto CAPTUR3D è guidato da Francesco Cardarelli, professore associato di Fisica applicata alla Scuola Normale Superiore di Pisa.

Proprio con lui abbiamo parlato del progetto e delle prospettive di ricerca aperte da questo approccio innovativo. 

Cos’è CAPTUR3D e come nasce l’idea?

Così come dice il nome stesso, CAPTUR3D nasce dall’idea di catturare fenomeni che accadono a livello molecolare, nell’ordine di circa un milionesimo di metro, su strutture cellulari in continuo movimento in tre dimensioni. In genere, infatti, le nostre cellule ricevono, elaborano ed emettono segnali fondamentali per la nostra vita utilizzando strutture (note anche come “organelli”) estremamente piccole e in continuo movimento.

Fino ad oggi, per studiare questi segnali potevamo solo interferire con la materia vivente in modo distruttivo oppure attraverso il congelamento, mentre con questo nuovo approccio ci si propone di studiare il fenomeno captando quello che accade in tempo reale, senza intervenire in alcun modo sulla materia vivente mentre questa svolge i suoi processi. L'impiego della luce permette, infatti, di rendere visibili i processi oggetto di studio con quel dettaglio molecolare desiderato proprio mentre questi accadono. Tecnicamente, ciò comporta che i fasci di luce verranno utilizzati in modo sofisticato, ovvero lanciati in orbita attorno a quelle strutture che si muovono in 3 dimensioni e che ospitano questi processi così importanti.

È un progetto dalla doppia identità che coniuga Biologia e Fisica andando a studiare il granulo di insulina (struttura biologica) con un’accuratezza spaziale e temporale senza precedenti.

Si può ritenere questa nuova metodologia più precisa e affidabile rispetto ai metodi adottati finora?

CAPTUR3D si potrebbe definire più precisa rispetto ad altri metodi “classici” nel senso che può raggiungere un’accuratezza superiore nella descrizione dei fenomeni molecolari grazie a quello che chiamiamo “un cambio di sistema di riferimento”. Per essere più precisi, invece che guardare il campione di materia vivente nella sua interezza, ci concentriamo su un unico, microscopico, punto di interesse, lanciando il nostro fascio di luce in orbita attorno a quest’ultimo senza più lasciarlo durante la sua naturale evoluzione. Da questo privilegiato punto di osservazione (un nuovo sistema di riferimento, appunto) ci proponiamo di recuperare quei dettagli molecolari fondamentali che tipicamente vanno persi con le metodologie di indagine classiche.

Perché avete scelto di concentrarvi in particolare nell’area della diabetologia?

Innanzitutto, è importante considerare che il granulo di insulina è un caso di studio ideale per dimostrare l’efficacia della tecnica e, contemporaneamente, la diabetologia un ambito per il quale i possibili risultati hanno probabilità di un ampio impatto, con ricadute positive sulla vita di molte persone. Secondo i dati pubblicati nel 2017 dalla World Diabetes Federation, infatti, nel mondo sono 415 milioni le persone che vivono con il diabete (1 adulto su 11) e questo numero è destinato a raggiungere i 642 milioni nel 2040. In Italia, l’Istituto nazionale di statistica (Istat) stima che le persone con diabete sono oltre 3 milioni (dato 2016), cioè il 5,3% dell’intera popolazione.

Detto ciò, è altrettanto importante precisare che la scelta del caso di studio è stata favorita da una collaborazione scientifica già attiva tra il gruppo di Biofisica della Scuola e il gruppo di Endocrinologia e Metabolismo dei Trapianti d’Organo e Cellulari guidato dal Prof. Piero Marchetti dell'Università di Pisa.

Infine, è interessante ricordare che il granulo di insulina è ”solo” un primo possibile target di ricerca. La metodologia che proponiamo, infatti, è indubbiamente applicabile ad altri ambiti della ricerca medico-scientifica.

Gli ERC consolidator grant sono molto competitivi e da recenti dati pubblicati da European Research Council l’Italia risulta poco rappresentata. Come vi sentite ad averne ricevuto uno e quali sono i consigli per l’Italia e i ricercatori italiani per fare sempre meglio su questo fronte?

Sono ovviamente molto contento, poichè il finanziamento ottenuto rappresenta un’opportunità irrinunciabile di crescita professionale e scientifica. Questo risultato però è stato il frutto di sforzi nel corso degli ultimi anni per perfezionare la mia proposta progettuale e renderla competitiva a livello europeo. Il consiglio per chi vuole intarprendere questa strada è ovviamente quello di essere ambizioso e, soprattutto, di crederci sempre: l’esperienza personale mi insegna a non demordere. Non mi sento di aggiungere altro poiché ritengo che i ricercatori Italiani abbiano già dato ampia dimostrazione, anno dopo anno, di essere estremamente competitivi sul fronte dei finaziamenti europei anche se, ahimè, non sempre potendo condurre la ricerca nel proprio Paese.

Quali le difficoltà e il valore aggiunto che un team multidisciplinare di questo tipo dà?

Lavorare in questo progetto significa lavorare in un campo di frontiera dove fisica e biologia si incontrano e cercano un linguaggio comune.

Partendo proprio da me: ho una formazione di base in ambito biologico e arrivo alla fisica con un percorso lungo iniziato con un dottorato di ricerca in Biofisica Molecolare alla Scuola Normale Superiore e poi un’esperienza in California in un laboratorio di ingegneria biomedica dove si parlava il linguaggio della fisica e delle tecniche di microscopia.

Lo stesso progetto CAPTUR3D è stato finanziato con un panel di valutatori primario di Fisica e con un panel secondario, che ho appositamente richiesto, nel settore delle Life Sciences; il progetto è stato valutato da revisori sia dell'uno che dell’altro fronte.

I lavori i CAPTUR3D inizieranno a Settembre 2020. Il gruppo che sto cercando di formare sarà interdisciplinare anch’esso: cercherò delle persone senior sia sul fronte delle competenze nell'ambito della fisica che della biologia, proprio per la natura duplice del progetto. La sfida più grande che vedo davanti a me nei prossimi anni sarà proprio quella di amalgamare il gruppo e  trovare la giusta sinergia tra le varie competenze, requisito fondamentale per il successo scientifico di CAPTUR3D.

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