Università degli studi di Pavia

 

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Tematiche di Ricerca

La varietà di interessi e di competenze presenti nei gruppi coinvolti nel dottorato permette un’ampia offerta di percorsi di ricerca differenziati. 
 Per questo motivo il corso è organizzato in tre diversi curricula:

  • Big data e informatica biomedica
  • Bioingegneria diagnostica, terapeutica e riabilitativa
  • Bioingegneria delle cellule e dei tessuti


Il seguente e' un elenco, non limitativo, dei temi di ricerca attualmente in corso presso i Dipartimenti che ospitano le attivita' del Dottorato (nuovi temi potrebbero aprirsi in seguito agli sviluppi di quelli attuali):

  1. Tecnologie biomediche e biomeccanica: cardiotocografia e monitoraggio fetale
    La cardiotocografia (CTG) è oggi il più utilizzato metodo di monitoraggio del benessere fetale nella pratica clinica. Essa prevede la registrazione simultanea della FCF (attraverso ultrasuoni) e delle contrazioni uterine (attraverso un sensore di pressione esterno). Sebbene l'esame sia di facile esecuzione, è complessa l'analisi delle variazioni della FCF, che richiede un approccio multiparametrico.

  2. Tecnologie biomediche e biomeccanica: analisi dei movimenti oculari per la valutazione di sistemi in e-learning
    L’attività di ricerca si propone di sviluppare una metodologia di valutazione dei sistemi di e-learning basata sull’analisi dei movimenti oculari di esplorazione dell’interfaccia uomo-macchina. Il progetto si articola in varie fasi quali: la definizione degli scenari di e-learning da valutare, la definizione dei protocolli sperimentali, lo sviluppo del software di acquisizione ed analisi dei movimenti oculari di scansione, la raccolta di dati da una ampia popolazione di soggetti, l’analisi di tali dati e la loro interpretazione, la definizione di linee guida per lo sviluppo di sistemi di e-learning ottimizzati.
    Il progetto è svolto in collaborazione con i numerosi partner europei.

  3. Tecnologie biomediche e biomeccanica: modelli naturali e artificiali del controllo sensori-motorio
    Lo studio è rivolto prevalentemente al coordinamento occhi-testa al fine di comprendere le differenti strategie che il sistema nervoso centrale utilizza per stabilizzare la visione o per esplorare l'ambiente circostante in differenti condizioni ambientali. Per la relativa semplicità sia della sua organizzazione neurale, sia dell’impianto da controllare, il sistema oculomotore costituisce un ideale banco di prova per lo studio del coordinamento motorio, della pianificazione e dell’adattamento del movimento.
    I temi di ricerca riguardano quindi sia le caratteristiche specifiche dei due sistemi sensori-motori e dei lorocomponenti, sia le modalità e le strategie della loro interazione, sia le manifestazioni della loro plasticità. Essi vengono affrontati sul piano sperimentale, su quello della modellazione matematica e su quello della simulazione mediante modelli fisici biomimetici.

  4. Tecnologie biomediche e biomeccanica: realizzazione di tessuto osseo
    La ricerca si occuperà dello sviluppo di competenze nell’ambito della realizzazione di tessuti biologici di supporto (ossa), con particolare attenzione sia alla caratterizzazione sperimentale sia alla modellazione analitica e numerica. Con i metodi dell’Ingegneria dei Tessuti, partendo dalle cellule stromali del midollo osseo di un paziente, si mira a costruire in laboratorio un tessuto osseo funzionale e vascolarizzato il quale sarà impiantato successivamente nel paziente stesso.

  5. Tecnologie biomediche e biomeccanica: sensoristica intelligente integrata su dispositivi indossabili
    L'attività di ricerca fa riferimento al progetto europeo ProeTex: MicroNanoStructured fibre systems for Emergency-Disaster Wear, volto alla produzione di indumenti nei quali vengono integrati dispositivi di rilevamento di segnali vitali, sensori di movimento e di temperatura, dispositivi di trasmissione per operatori che agiscono in condizioni di emergenza e/o calamità naturali (Pompieri, Protezione Civile, ...).
    Il progetto è svolto in collaborazione con aziende leader nel settore dei dispositivi wearable.

  6. Tecnologie biomediche e biomeccanica: sviluppo di metodologie e dispositivi per la prevenzione delle cadute
    Questo settore diricerca èattualmente oggetto di bandi di progetto nell’ambito del VII programma quadro della Unione Europea,nonché dell’NIH statunitense. Infatti, le cadute negli anziani e nei pazienti vestibolari e cerebellari rappresentano un’importante voce di spesa per il sistema sanitario nazionale.
    L’obiettivo della ricerca e lo sviluppo di:
    • nuove metodologie per la valutazione delle situazioni a rischio di caduta basata sull’analisi di segnali provenientida sistemi wearable
    • nuovi dispositivi che consentano di fornire un feedback più efficace di quelli attualmente proposti,
    • nuovi dispositivi per l’acquisizione di segnali che consentano la predizione della caduta.

  7. Tecnologie biomediche e biomeccanica: ottimizzazione del progetto di dispositivi biomedicali in materiali a memoria di forma
    I materiali a memoria di forma, grazie alle loro inusuali proprietà meccaniche, offrono interessanti prospettive per losviluppo di dispositivi specialmente in ambito biomedicale. Nonostante il grande interesse scientifico e commercialeintorno a questo tema, vi e ancora una forte esigenza di strumenti d’indagine, basati su metodi ingegneristici, voltiall’ottimizzazione del progetto del dispositivo con particolare riguardo alle caratteristiche del materiale. La presente ricerca si pone gli obiettivi di: Il progetto di ricerca è svolto con partner europei.
    • sviluppare modelli agli elementi finiti, validati sperimentalmente, in grado di riprodurre le condizioni di carico in vivo;
    • applicare tecniche di ottimizzazione per il progetto di dispositivi in materiali a memoria di forma con particolareriguardo a dispositivi biomedicali per interventi mini-invasivi o microattuatori per microsistemi.

  8. Tecnologie biomediche e biomeccanica: stent periferici - studio del design tramite metodo agli elementi finiti
    Il successo delle procedure di stenting delle arterie coronarie grazie a tecniche percutanee ha portato alla progressiva applicazione di tali tecniche su vasi periferici come carotide o arteria femorale superficiale. Purtroppo in tali ambiti lo stenting del vaso ha mostrato essere meno efficace dato il frequente fallimento del dispositivo acausa di rotture per fatica. L’obiettivo della ricerca e l’ottimizzazione del design di stent periferici in nitinol tramite calcolo agli elementi finiti e tecniche della meccanica della frattura/fatica.
    Il progetto di ricerca è svolto con partner europei.

  9. Tecnologie biomediche e biomeccanica: ottimizzazione della procedura di aortic valve sparing
    L’interesse per la valvola e la radice aortica sta rapidamente crescendo grazie ai progressi fatti nel campo della chirurgia ricostruttiva come del resto in quella mini-invasiva. Il tradizionale approccio chirurgico per le malattiedella radice aortica (quali stenosi o rigurgito) prevede la sostituzione dell’aorta con una protesi sintetica usando siavalvole meccaniche che biologiche (aortic valve sparing procedure). Tali procedure sono tecnicamente complicate e richiedono un’attenta pianificazione. L’obiettivo della presente ricerca e quello di ottimizzare la “valve sparing procedure” tramite metodi computazionali volti sia alla caratterizzazione della meccanica della valvola sia alla pianificazione dell’intervento stesso.
    Il progetto di ricerca è svolto con partner europei.

  10. Tecnologie biomediche e biomeccanica: modelli meccanici per applicazioni biomedicali – quali stent – in materiali biodegradabili (o bio-assorbibili)
    I rapidi e considerevoli sviluppi tecnologici nel campo dei biomateriali stanno portando alla definizione di una nuova frontiera per gli impianti biomedicali: dispositivi impiantabili in materiali biodegradabili (o bio-assorbibili) qualimagnesio, polimeri ecc. Nell’ambito di dispositivi bio-assorbibili potrebbero rivestire un notevole interesse applicazioni quali: Il progetto si pone l’obiettivo di studiare e modellizzare il comportamento meccanico delle strutture biomedicali realizzate in materiali biodegradabili, legando tale comportamento al graduale dissolversi della struttura.
    • stent cardiovascolari a rilascio di farmaco;
    • dispositivi a rilascio di farmaco per il trattamento di cancro, lacerazioni o altre degenerazioni localizzate;
    • dispositivi per il fissaggio di fratture ossee come viti, placche ecc.

  11. Tecnologie biomediche e biomeccanica: sviluppo di microstrutture tridimensionali in silicio per il confinamento di cellule tumorali
    Questa attività di ricerca multidisciplinare ha l’obiettivo di dimostrare che particolari dispositivi ottici miniaturizzati in silicio possono svolgere contemporaneamente le funzioni di microincubatori tridimensionali e di trasduttori ottici in grado di rilevare la presenza di cellule senza l’utilizzo di marcatori esogeni (ad es., sonde fluorescenti). Queste microstrutture ottiche tridimensionali sono realizzate con processi tecnologici simili a quelli usati per la fabbricazione dei chip dei circuiti microelettronici e sono costituite da schiere periodiche di pareti di silicio alternate ad intercapedini d’aria, con spessori di pochi micrometri. Si tratta di “cristalli fotonici artificiali”, le cui caratteristiche ottiche variano sensibilmente in presenza di cellule, o di altro materiale biologico, nelle intercapedini.
    Obiettivo a lungo termine è quello di utilizzare tutta la potenzialità dei cristalli fotonici per fornire informazioni dirette sulle cellule (su proliferazione, differenziamento, apoptosi e morte cellulare), anche a seguito di modulazioni e perturbazioni indotte dall’esterno, es.dovute a farmaci (specialmente antitumorali).

  12. Bioinformatica e informatica biomedica: intelligent data analysis
    Una vasta classe di problemi di monitoraggio clinico comporta l'analisi e l'interpretazione di un grande numero di dati, raccolti in modo longitudinale su orizzonti temporali variabili. In questo ambito, possiamo distinguere due tipologie di problemi: il monitoraggio a lungo termine, legato alle patologie croniche, ed il monitoraggio a breve termine, usualmente legato alle patologie acute.
    Nel monitoraggio clinico le metodologie dette di Analisi "intelligente" dei dati (o Intelligent Data Analysis, IDA), che combinano le tecniche provenienti dall'Intelligenza Artificiale con gli usuali approcci basati sulla statistica classica giocano un ruolo sempre più rilevante. In particolare queste tecniche sembrano particolarmente utili in alcuni domini clinici che presentano sia aspetti di monitoraggio a breve termine che a lungo termine.

  13. Modelli di Sistemi Biologici: modelli di crescita tumorale in vitro e in vivo e studi di farmacocinetica per lo sviluppo di nuovi farmaci
    In collaborazione con Nerviano Medical Science, in questo ambito viene affrontato il problema della valutazione dell'efficacia di un farmaco antitumorale durante i vari stadi del processo di sviluppo del farmaco. In particolare sono attualmente allo studio tecniche innovative per l'analisi di dati provenienti sia da esperimenti in vitro sia da esperimenti in vivo su modelli animali. Questa ricerca include anche lo studio dell'effetto del composto a livello di espressione genica tramite l'uso sia di mircoarray di espressione sia di PCR.

  14. Bioinformatica e informatica biomedica: sistemi di gestione delle conoscenze mediche
    La ricerca si propone di promuovere l’utilizzo delle nuove metodologie e delle tecnologie di gestione delle conoscenze in Sanità. Lo scopo principale è quello di aumentare l’efficienza e l’efficacia dei processi di lavoro nelle Organizzazioni Sanitarie facilitando la cooperazione e la comunicazione fra gli operatori, permettendo un più rapido utilizzo della conoscenza medica prodotto dalla ricerca.

  15. Bioinformatica e informatica biomedica: teleassistenza di pazienti con Diabete Mellito
    Questa attività di ricerca mira a sviluppare sistemi di teleassistenza e monitoraggio domiciliare per pazienti con patologie croniche utilizzando come hub locale i moderni telefoni cellulari e interfacciandoli con diversi strumenti di misura elettronici.
    Il caso di studio è quello dei pazienti diabetici, anche se i campi di applicazione sono molteplici.
    Il lavoro è svolto in collaborazione con Vodafone Italia e con la Commissione Europea, nell'ambito del progetto AP@home.

  16. Bioinformatica e informatica biomedica: valutazione economica di interventi sanitari
    La ricerca si propone di commisurare gli outcomes sulla salute ai costi necessari per raggiungerli.

  17. Modelli di Sistemi Biologici: modelli di tossicità di farmaci in fase preclinica e clinica
    L'attività condotta in collaborazione con Nerviano MedicalSciences e GlaxoSmithKline Italia riguarda lo sviluppo di modelli applicati al problema della dose-escalation negli studi clinici di Fase I condotti durante lo sviluppo di nuovifarmaci e la modellizzazione della tossicità di farmaci antitumorali sul sistema immunitario. Nel primo caso ilproblema consiste nel trovare la dose massima tollerata sia per i soggetti utilizzati nello studio sia per un genericopaziente attraverso la definizione e l'uso di opportuni modelli stocastici.
    Nel secondo caso il problema è la definizione di un modello farmacocinetico-farmacodinamico che sia capace di descrivere la relazione tra la somministrazione del farmaco e la concentrazione di leucociti nel plasma.

  18. Biologia sintetica
    Questa attività di ricerca condotta in collaborazione con il Centro di Ingegneria Tissutale (CIT) dell'Università di Pavia riguarda lo studio di metodologie per l'implementazione di nuove funzionalità all'interno di organismi. In particolare vengono approfondite sia le problematiche legate alle attività sperimentali e di laboratorio sia quelle di simulazione e di modellistica dei sistemi biologici allo studio.
    L'obiettivo èquello di esplorare un nuovo settore della bioingegneria e di facilitare il processo di ingegnerizzazione dei sistemi biologici al fine di realizzare in modo innovativo dispositivi biologici utili ad esempio nella cura/diagnostica di determinate patologie o nell'ottimizzazione di processi industriali che coinvolgono organismi viventi.

  19. Bioinformatica e informatica biomedica: analisi di dati di DNA Microarrays
    I DNA microarrays sono utilizzati per determinare i livelli di espressione di migliaia di geni. Le attività svolte nel dottorato riguardano sia il supporto all’analisi differenziale, l’enrichment, l’annotazione dei geni e lo studio dei procesi coinvolti. Attenzione è stata dedicata allo studio dell’espressione temporale dei geni. I profili di espressione genica sono stati utilizzati per raggruppare (cluster analysis) geni ''similì', sotto l'ipotesi che geni con profili temporali simili (e quindi appartenenti ad uno stesso cluster) concorrano ad una medesima funzione Nell’ambito della genomica funzionale il problema di confrontare e raggruppare serie temporali assume delle peculiarità legate al numero molto ridotto di campioni raccolti nel tempo (solitamente inferiore a 20) ed alla presenza di un numero molto elevato di serie temporali (dell'ordine delle centinaia/migliaia). L’applicazione dei metodi classici di clustering a serie temporali “corte” richiede notevole attenzione. Ad esempio infatti, i metodi basati su trasformate non possono essere utilizzati così come i metodi che utilizzano modelli complessi che non possono essere stimati con precisione.

  20. Bioinformatica e informatica biomedica: proteomica
    La spettrometria di massa si sta rilevando una tecnica particolarmente promettente nell'ambito della proteomica. In particolare, essa può essere usata per determinare le proteine presenti in un campione biologico e per evidenziarne le eventuali varianti. Tra queste tecniche si possono menzionare la PMF (Peptide Mass Fingerprinting) e la MS/MS (tandem spectrometry).Ad oggi le grosse quantità di dati prodotte con questi esperimenti vengono analizzate con diverse metodologie e strumenti software. L'obbiettivo della ricerca è la definizione di una procedura di analisi standardizzata o perlomeno la definizione di chiare linee guida.
    Inoltre, un settore della bioinformatica ed in particolare della proteomica verso cui la ricerca scientifica sta focalizzando il proprio interesse è la proteomica clinica sierica, il cui obiettivo è scoperta di biomarcatori per la patologia d’interesse tramite l’individuazione delle differenze fra le proteine presenti nel siero di un paziente sano e di uno patologico. Una delle tecniche più utilizzate in questo campo è l’analisi differenziale di spettri di massa SELDI-TOF, e in particolare delle intensità corrispondenti a tutti i rapporti massa-carica che compongono spettri associati a campioni patologici e spettri generati da campioni di controllo. Nonostante la ricerca abbia già lavorato molto in questa direzione, non è ancora stata stabilita una procedura standard da seguire per effettuare tale analisi. L’obiettivo del progetto è la messa a punto di una metodologia standard per l’analisi di dati di espressione proteica ottenuti tramite spettrometria di massa SELDI-TOF finalizzata alla scoperta di biomarcatori per una certa patologia d’interesse.

  21. Bioinformatica e informatica biomedica: Bioinformatica clinica - Il progetto i2b2 – Pavia – Integrazione e utilizzo di dati clinici per la ricerca biomedica
    Il progetto i2b2-Pavia si propone di realizzare un’infrastruttura informatica per la ricerca biomedica che integri ed utilizzi tutti i dati provenienti dalla pratica clinica e dai ricoveri ospedalieri, mettendoli a disposizione in forma anonima e facilmente accessibile ai ricercatori delle realtà sanitarie pavesi. Il sistema si dovrà poi collegare ad una bio-banca che permetta di raccogliere, previo consenso, il materiale biologico prelevato durante i ricoveri e non utilizzato.
    Questo progetto trae spunto dalla collaborazione con il National Center for Biomedical Computing denominato i2b2 e si propone di utilizzare l’architettura di i2b2 a supporto di attivitàdi ricerca dei diversi IRCCS pavesi. In questo ambito, in collaborazione con l’IRCCS Fondazione S. Maugeri di Pavia è stato finanziato il progetto Onco-i2b2 dalla regione Lombardia, che ha come scopo l'implementazione di una infrastruttura integrata in grado supportare la ricerca oncologica, con particolare riferimento ai tumori della mammella.

  22. Bioinformatica e informatica biomedica: Metodi computazionali per l’analisi dei dati provenienti da studi di associazione e di genetica di popolazione
    L’analisi delle cause genetiche di molte patologie può essere oggi affrontata mediante lo studio del genoma. In questaattività di ricerca vengono affrontate le analisi dei dati provenienti da diversi studi clinici riguardanti patologie a tratti complessi. In particolare vengono impiegati metodi di analisi statistica avanzata per la selezione di marcatori genetici informativi riguardo il fenotipo clinico di interesse.

  23. Bioinformatica e informatica biomedica: Supporto bioinformatico per il sequenziamento ad alta densità
    Grazie ai risultati del progetto Genoma Umano e oggi possibile studiare l’intero genoma di ogni individuo al fine di trovare le alterazioni genetiche che possono spiegare molte variazioni fenotipiche individuali con tecniche di sequenziamento sempre meno costose e piu veloci. In particolare e oggi possibile effettuare un grande numero di analisi parallele su di uno o piu campioni di DNA genomico, e produrre un’enorme quantità di dati sulla molecola in pochi giorni. Questo nuovo scenario `e stato definito come Next Generation Sequencing (NGS).

  24. Bioinformatica e informatica biomedica: Metodi computazionali per la ricerca di biomarcatori e surrogate-end points della complicanze del Diabete di tipo I
    Questa attività di ricerca si raccorda al progetto SUMMIT (7° Programma Quadro della CE) e si pone come obiettivo l’identificazione e la caratterizzazione di biomarcatori che permettano di svolgere il ruolo di end-point surrogate nei clinical trial rivolti rivolti allo studio ed alla cura del Diabete di tipo I.
    Nell'ambito di questo progetto il Dipartimento collabora ai seguenti task:
    • Data mining e knowledge integration: sviluppo di tools software per il recupero di informazioni e l’analisi automatica della letteratura
    • Sviluppo di modelli predittivi in grado di integrare la conoscenza disponibile con tecniche di data mining; applicazione delle Reti Bayesiane
    • Realizzazione di un modello in-silico delle complicanze del Diabete Mellito.

  25. Bioinformatica e informatica biomedica: Metodi di knowledge-management e data mining per la traduzione delle conoscenze di base sullecardiomiopatie ereditarie nella pratica clinica
    INHERITANCE è un progetto multidisciplinare multicentrico il cui scopo e di tradurre la conoscenza di base sulla eziologia e patofisiologia delle cardiomiopatie dilatative (DCM) di origine genetica nella pratica clinica e di identificare nuove strategie terapeutiche. La ricerca verra orientata in particolare alla realizzazione di un insieme integrato di piattaforme per la gestione della conoscenza che comprendano la gestione dei dati di fenotipo, l’accesso alle risorse in rete (database biologici ed ontologie) e alla ricerca automatica della letteratura.

  26. Bioinformatica e informatica biomedica: (bioinformatica per l’ingegneria tissutale): costituzione di un Gruppo di Ricerca Internazionale
    Il progetto si pone l’obiettivo di realizzare un’unita di Bioinformatica per l’Ingegneria dei Tessuti; l’unita supporterà le attività del Centro Interdipartimentale di Ingegneria dei Tessuti (CIT) dell’Universita di Pavia. Questa nuova unità ha mirato le sue attività a supporto dello studio dei meccanismi molecolari che determinano il fenomeno dell’ipertrofia muscolare nei mammiferi, nel campo dello sviluppo degli embrioni e del differenziamento delle cellule staminali. La fase più avanzata del lavoro riguarda lo studio di metodologie integrative per la scoperta di nuovi biomarcatori. In particolare, i dati di espressione genica verranno integrati sia con informazioni di tipo posizionale sul genoma che con analisi dei pattern proteici ricavabili mediante analisi degli spettri di massa.



  27. Biogenesi: regolazione dell'espressione genica durante lo sviluppo preimpianto dell'embrione di topo
    La conoscenza dei meccanismi molecolari che regolano il differenziamento cellulare durante lo sviluppo embrionale, con il passaggio da una condizione di totipotenza, pluripotenza sino allo stato differenziato, e' centrale per la comprensione dei processi differenziativi inclusi quelli coinvolti nella progressione di malattie genetiche. L'attivazione di geni embrionali (embryonic genome activation, EGA) avviene nel topo a partire dallo stadio di due cellule e rappresenta un evento cruciale nella vita dell'embrione, poiche' la mancata o scorretta attivazione dell'espressione di geni embrionali determina la morte dell'embrione stesso. La ricerca si propone come obiettivo di definire le dinamiche temporali dell'espressione quantitativa di geni chiave durante lo sviluppo preimpianto dell'embrione di topo.

  28. Biogenesi: System biology dei follicoli ovarici di mammifero
    Gli oociti antrali di mammifero possiedono due diversi tipi di organizzazione della cromatina, a seconda della presenza (surrounded nucleolus, SN) o assenza (non surrounded nucleolus, NSN) di un anello di eterocromatina attorno al nucleolo. Una caratteristica importante di questo modello è che quando oociti antrali maturi di tipo SN sono isolati dall’ovario, coltivati in vitro fino allo stadio MII ed inseminati, completano lo sviluppo preimpianto; al contrario, oociti antrali maturi di tipo NSN terminano il loro sviluppo allo stadio di 2 cellule. Lo scopo di questo studio è l'identificazione dei network molecolari che regolano il differenziamento dei follicoli e l'acquisizione della competenza allo sviluppo da parte dell'oocita attraverso un approccio di system biology multidisciplinare.

  29. Biogenesi: Effetto di sostanze inquinanti sulla differenziazione di cellule embrionali staminali in cardiomiociti
    Malattie cardiovascolari sono generalmente riconosciute come causa primaria di mortalità nel mondo industrializzato. Nell'ultimo decennio sono state individuate evidenze a favore dell'ipotesi per cui l'esposizione a sostanze inquinanti rappresenterebbe un fattore di rischio per le CVD. Sfruttando una piattaforma di cellule embrionali staminali, si mira all'identificazione di alterazioni molecolari e funzionali indotte da sostanze inquinanti testate (arsenico, diossina, policlorobifenili) durante la differenziazione dei cardiomiociti.
 
 
 
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