Nejada Dingu il 7 novembre 2017 ha conseguito, con lode, il dottorato presso la SISSA

Nejada Dingu il 7 novembre 2017 ha conseguito il dottorato cum laude presso la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste, SISSA, con la tesi “Afferent information modulates spinal network activity in vitro and in preclinical animal models” (L’informazione afferente modula l’attività dei circuiti spinali in vitro e in modelli preclinici).

Nejada Dingu riceve le congratulazioni da parte di una delle esaminatrici

Nejada Dingu, che ha conseguito la laurea magistrale in Biotecnologie Sanitarie presso la Facoltà di Medicina dell’Università degli Studi di Udine il 18 aprile 2013 con una tesi sperimentale, interamente svolta nel Laboratorio Spinal, dal titolo “L’attivazione dei circuiti locomotori spinali modula l’eccitabilità del midollo dorsale”, dalla fine di maggio all’inizio di luglio, grazie alle collaborazioni scientifiche che il dott. Taccola ha creato con diversi laboratori in varie parti del mondo, è andata a fare esperienza di ricerca “all’estero” presso il laboratorio del dott. Deumens, all’Università Cattolica di Louvain, l’UCL, in Belgio. Presso quel laboratorio ha lavorato con modelli preclinici al fine di valutare in che modo l’attività del midollo dorsale possa essere regolata in un’ottica di possibili strategie terapeutiche per alleviare il dolore neuropatico. Il soggiorno di studio e ricerca di Nejada è stato interamente sostenuto dalla FAIP.

Rita: Cara Nejada, cominciamo con una breve valutazione del percorso che ti ha portato al dottorato. E’ stato un periodo importante, impegnativo, si è trattato di ben quattro anni. Ne vogliamo parlare prima di raccontare i contenuti e l’emozione della tesi?

Nejada: Innanzitutto vorrei esprimere una sensazione personale: quattro anni sembrano un periodo molto lungo e invece sono volati. Mi sono ritrovata a pensare a questi quattro anni subito dopo aver consegnato la tesi e mi sono stupita che siano passati così velocemente.

R: Evidentemente l’importanza del lavoro ti ha totalmente coinvolta… Come definiresti l’inizio di questo periodo, con un aggettivo, una piccola descrizione per poter trasmettere la bellezza e l’importanza del lavoro di ricerca, del che cosa significa fare ricerca?

N: Hai la possibilità di toccare con mano concetti fino a quel momento solo teorici e capisci come puoi metterli in pratica, e poi l’inizio è sempre stimolante, impegnativo: si imparano cose nuove, sei costantemente bombardata da molte, nuove informazioni che vanno assimilate e messe in pratica al meglio.

R: In che cosa è consistito imparare a fare il lavoro di ricerca? Guardare attraverso un microscopio? Studiare le registrazioni al computer? Sono tutte queste cose insieme? Insomma che cosa vuol dire fare ricerca?

N: E’ la combinazione di una serie di componenti. Innanzitutto bisogna acquisire manualità e destrezza: se la preparazione che noi utilizziamo non è funzionante al 100 per 100, quindi non è stata manipolata in un certo modo, l’esperimento non ha un buon esito. Quindi prima di tutto si tratta di acquisire manualità, capire come fare, provare e riprovare. Ovviamente il microscopio si usa, lo adoperiamo tutti i giorni e poi bisogna conoscere bene le tecniche di registrazione perché ogni tecnica è diversa dall’altra e ogni tecnica ti permette di ricavare informazioni diverse.

R: Quindi è stato questo il tuo punto di forza nel lavoro di ricerca?

N: Sì, guardare, cercare di imparare, di apprendere il più possibile e poi mettere in pratica.

R: Qual è l’atteggiamento importante per il ricercatore, quello che arricchisce nella ricerca, quello che ti fa fare il salto di qualità rispetto a quello che stai cercando?

N: L’interesse e la curiosità credo che siano fondamentali… poi bisogna anche essere molto, molto pazienti, perseveranti, non lasciarsi abbattere da un risultato negativo, da una giornata andata male. Bisogna lasciarsi alle spalle quanto non ha funzionato e poi ricominciare con nuovo slancio il giorno dopo avendo ben presente l’obiettivo e la possibile via da seguire per raggiungerlo.

R: Quindi fare il ricercatore richiede anche di avere un certo tipo di carattere: determinazione, pazienza, continuità.

Con quale progetto hai iniziato il lavoro di ricerca?

N: Con un progetto che aveva lo scopo di studiare l’interazione tra circuiti locomotori spinali e circuiti dorsali, legati alle funzioni propriocettiva e nocicettiva.

R: Quali altre esperienze ti ha permesso il laboratorio Spinal?

N: Subito dopo la fine della tesi specialistica e l’inizio del dottorato ho passato tre mesi a Lovanio in Belgio. Là con il dott. Deumens mi sono occupata principalmente di dolore neuropatico studiato in modelli preclinici.

R: Si è trattato di ripetere per quattro anni gli stessi esperimenti?

N: No, si tratta di esperimenti diversi. Si procede per domande e risposte. Facciamo delle ipotesiche verifichiamo con una serie di esperimenti. L’attività sperimentale si ferma quando il gruppo di esperimenti, detto anche campione sperimentale, è sufficientemente numeroso da un punto di vista statistico. A quel punto inizia un lavoro di analisi dei dati che culmina con l’analisi statistica al fine di avere un’informazione quantitativa del fenomeno studiato. Non si tratta di fare un’attività puramente osservazionale e descrittiva, ma di dare un significato quantitativo all’effetto che si sta osservando.

R: Quindi si è trattato di un percorso. Puoi descriverne le tappe, magari solo per capitoli, in maniera estremamente sintetica?

N: Il mio progetto consisteva nel valutare gli effetti che il training passivo ha sui circuiti spinali in vitro. Perché “training passivo”? Perché viene utilizzato generalmente in clinica nei trattamenti neuroriabilitativi. Al giorno d’oggi però non si sa esattamente quali siano gli effetti che la neuroriabilitazione promuove a livello dei circuiti spinali. Quindi io ho studiato i cambiamenti che la semplice mobilitazione passiva degli arti è in grado di indurre sul midollo spinale (MS). Per fare questo ho prima verificato che il training facesse arrivare al MS dei segnali. Lo step successivo è stato quello di identificare quali sono le modificazioni che hanno luogo a livello spinale in seguito all’ingresso di tutta una serie di informazioni periferiche. Ovviamente sono andata a studiare sia i cambiamenti indotti sui circuiti dorsali, preposti alla propriocezione e alla nocicezione, sia quelli indotti sui circuiti ventrali, preposti alla funzione locomotoria. Questo è, a grandi linee, il percorso fatto.

R: Allora possiamo passare alla tua tesi di dottorato, al tuo PhD, che si è tenuta alla Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, la SISSA, di Trieste il 7 novembre.

N: Lo studio che ho fatto in questi quattro anni è il primo nel suo genere: valuta l’effetto del movimento passivo degli arti sui circuiti spinali. Un risultato importante che ho avuto è che la durata della sessione di training influenza in maniera diversa differenti circuiti spinali. Infatti, sessioni di training di breve durata (30 minuti) hanno un effetto sui circuiti ventrali locomotori facilitando il pattern locomotorio.

Diversamente sessioni di training lunghe (90 minuti) perdono la capacità di facilitare i circuiti locomotori, influenzano invece i circuiti dorsali inducendo un’iperattività degli stessi. Il significato di questa iperattività non è al momento noto, va investigata in modelli preclinici per capire che tipo di funzione possa avere: se promuove stati dolorifici cronici oppure, al contrario, previene l’insorgenza di neuropatie.

R: E in relazione ai circuiti ventrali perché viene perso l’effetto facilitatore della locomozione?

N: Abbiamo cercato di investigare i meccanismi di funzionamento: sembra che a livello di motoneuroni, i neuroni che trasmettono il segnale alle fibre muscolari, ci sia un aumento di segnali inibitori in seguito a lunghe sessioni di training.

R: Come mai?

N: Non lo sappiamo ancora. Per rispondere a questa domanda è necessario studiare i circuiti che si trovano a monte dei motoneuroni, i circuiti di interneuroni ventrali, per capire quali interneuroni ventrali vengono attivati durante una lunga sessione di training.

R: Si spalanca un mondo da investigare…

N: Sì, siamo riusciti per il momento a rispondere a una parte delle domande, ma ci sono ancora numerose questioni aperte.

R: Quindi la discussione dopo la tua esposizione deve essere stata molto interessante anche per i presenti, intendo gli esaminatori, il pubblico… che cosa ti hanno chiesto?

N: Abbiamo discusso del progetto sul training passivo e di altri due progetti che ho parallelamente seguito in questi anni e che sono stati pubblicati su riviste internazionali.

Nel primo lavoro ho dimostrato che protocolli di elettrostimolazione capaci di attivare il pattern locomotorio, hanno altresì un effetto sull’attività dei circuiti dorsali, preposti a propriocezione e nocicezione.

Il secondo lavoro è una continuazione dell’attività svolta a Bruxelles sul dolore neuropatico. Con il dott. Deumens e il suo gruppo abbiamo dimostrato che una neuropatia periferica induce neuroinfiammazione centrale, principalmente a livello del corno dorsale del MS, e promuove l’espressione di un particolare marcatore molecolare che potrebbe essere coinvolto nella resistenza agli analgesici classici tipica delle condizioni di dolore cronico.

R: La tua attività di ricerca potrebbe avere già un interesse, una ricaduta per la clinica?

N: Parlando di neuroriabilitazione, credo che sia fondamentale definire le caratteristiche del training in termini di durata e intensità della singola sessione, numero di sessioni ecc. Il mio lavoro fornisce delle indicazioni chiare sulla durata della sessione di training dettate da specifiche modificazioni neurofisiologiche a livello di circuiti spinali e singoli neuroni. Affinché il trattamento neuroriabilitativo fornisca un effetto terapeutico positivo, è assolutamente necessario standardizzare i protocolli.

R: E per quanto riguarda i farmaci?

N: La neuroriabilitazione da sola può non essere sufficiente e spesso va combinata con altri trattamenti come elettrostimolazione e farmacologia. Per quanto riguarda la farmacologia bisognerebbe identificare farmaci che promuovano l’eccitabilità dei circuiti spinali, che li rendano favorevoli a rispondere in un certo modo alla terapia riabilitativa e che, d’altra parte, abbiano pochi effetti collaterali e siano utilizzabili per lunghi periodi.

R: Quale è l’ambito di ricerca in cui vorresti poter continuare a lavorare o altro cui vorresti dedicarti?

N: Il Sistema Nervoso Centrale mi interessa veramente molto, vorrei quindi continuare a seguire un ambito di ricerca in cui si studia il MS, magari combinando studi in vitro e in vivo. E poi vorrei continuare ad imparare cose nuove, provare ad uscire un po’ dal mio ambito, fare più esperienze, cercare di allargare di più i miei orizzonti.

R: In conclusione possiamo dire che il laboratorio Spinal è stato importante per la tua formazione o un qualsiasi altro ambito di ricerca avrebbe risposto alle tue attese?

N: Sì, senz’altro il laboratorio Spinal è stato molto importante per la mia formazione e attività di ricerca sotto la guida di Giuliano Taccola e del prof. Andrea Nistri. Qui mi sono avvicinata all’elettrofisiologia e ho potuto perfezionare molte tecniche che arricchiranno il mio bagaglio di competenze professionali. I miei compagni di viaggio poi più che colleghi si sono dimostrati grandi amici.

R: Ora si apre lo scenario del futuro. Tanti auguri!

Nejada Dingu alla SISSA con i colleghi subito dopo la discussione di dottorato

Il PhD di Francesco Dose alla SISSA di Trieste

Francesco Dose

Il 7 novembre 2016 Franceso Dose ha sostenuto il suo esame di dottorato a conclusione di quattro anni di studio e ricerca.

“Sembravano lunghissimi quando ho incominciato ma poi sono passati veloci come un treno. Inizi e il giorno dopo è tutto finito. E’ stato il dott. Giuliano Taccola con le sue lezioni che mi ha messo la curiosità di fare una strada piuttosto lontana dal mio corso di studi. Mi ha fatto arrivare al laboratorio Spinal, mi ha insegnato le basi della ricerca, mi ha permesso di fare questo percorso.
Sono stati anni interessanti, ho imparato molto grazie anche alle persone che ho conosciuto e che mi sono state vicine. Quanto sia stato un periodo positivo e costruttivo lo si evince anche dal fatto che ho potuto pubblicare diversi articoli (è fondamentale nella ricerca la pubblicazione dei risultati del proprio lavoro) sulla stimolazione elettrica del midollo spinale, il mio lavoro di ricerca, per cercare di capire quali siano i circuiti che reggono la locomozione a livello spinale.
In particolare ho studiato un protocollo di stimolazione elettrica scoperto da Giuliano Taccola e che consiste in un’onda rumorosa campionata dal fictive locomotion, nella ricerca delle caratteristiche che rendono questa onda di stimolazione ottimale nella stimolazione del Central Pattern Generator”.

Che tipo di ricerca è stata: lunga e faticosa o entusiasmante?
E’ stata una ricerca impegnativa e come in tutti i percorsi incontri ostacoli imprevisti che vanno superati e ti danno poi grande soddisfazione.

Il tuo è stato un lavoro totalmente eseguito in vitro?
Si a parte la volta in cui abbiamo campionato onde rumorose da muscoli di persone durante l’esecuzione di diversi compiti motori. E’ stato un approccio sia clinico che di ricerca di base perché abbiamo usato quelle onde per stimolare il midollo in vitro e valutare se anche questo tipo di onde fossero efficaci nella attivazione del CPG, come poi si sono rivelate.

Ad uno studente che fosse dubbioso se intraprendere una strada come quella che tu hai percorso che cosa gli diresti per convincerlo che è una strada positiva? Ecco per esempio tu che cosa hai imparato durante questi quattro anni?
Ho imparato a lavorare autonomamente nell’ambito della ricerca, soprattutto con l’aiuto di Giuliano Taccola, poi ho imparato un metodo di lavoro che credo mi servirà in ogni ambito non solo nella ricerca. E’ stata un’esperienza che insegna a vivere, un’esperienza di vita.
Arrivi dall’università, dove le cose che impari sono molto teoriche, e improvvisamente ti trovi ad affrontare problemi che devi risolvere: è una situazione veramente nuova, ti tocca trovare soluzioni, inventare. Ogni giorno, quando inizi a registrare dal preparato in vitro, si possono creare disturbi diversi nella registrazione e tu devi affrontare la situazione e risolverla.

Vuoi dire che si cresce, che si impara a diventare grandi nel senso di adulti, responsabili del proprio operare?
Sì perché poi devi anche imparare ad avere rapporti con altre persone, e devi sapere come comportarti. Non puoi far finta, hai responsabilità e devi rendere conto del tuo lavoro.

Prima accennavi alla pubblicazione di alcuni articoli sui lavori fatti ce li puoi descrivere?
E’ stato un procedimento abbastanza fluido: gli articoli seguivano al compimento di un certo percorso frutto di esperimenti.
Il primo articolo è stato pubblicato durante il mio tirocinio, prima ancora che io iniziassi il dottorato, l’articolo riguardava, gli esperimenti che ho condotto su Flistim in associazione con NMDA e Serotonina. Flistim è il nome dell’onda di stimolazione scoperta da Giuliano Taccola.
Dose F, Taccola G. (2012) Coapplication of noisy patterned electrical stimuli and NMDA plus serotonin facilitates fictive locomotion in the rat spinal cord. J Neurophysiol 108(11):2977-90.

Il secondo è stato su onde rumorose campionate dall’uomo.
Dose F, Menosso R, Taccola G. (2013) Rat locomotor spinal circuits in vitro are activated by electrical stimulation with noisy waveforms sampled from human gait. Physiol Rep 1(2):e00025.

Il terzo articolo riporta lo studio di una sostanza farmacologia, l’ossitocina, per indagare eventuali influenze sulla stimolazione con l’onda rumorosa.
Dose F, Zanon P, Coslovich T, Taccola G. (2014) Nanomolar oxytocin synergizes with weak electrical afferent stimulation to activate the locomotor CPG of the rat spinal cord in vitro. PLoS One 9(3):e92967.

Al quarto articolo ha partecipato oltre a Giuliano anche il dott. Ronald Deumens dell’Università di Lovanio, e riguardava lo studio della stimolazione di più afferenze dorsali.
Dose F, Deumens R, Forget P, Taccola G. (2016) Staggered multi-site low-frequency electrostimulation effectively induces locomotor patterns in the isolated rat spinal cord. Spinal Cord 54(2):93-101.

Nell’ultimo articolo ho tirato un po’ le somme del lavoro di questi quattro anni raccogliendo i risultati degli esperimenti fatti per approfondire le caratteristice che rendevano l’onda rumorosa efficace nella stimolazione elettrica del midollo spinale in vitro.
Dose F, Taccola G. (2016) Two distinct stimulus frequencies delivered simultaneously at low intensity generate robust locomotor patterns. Neuromodulation 19(6):563-75.

Possiamo allora dire che l’esame di dottorato è stato come ripetere quanto eri già allenato a fare: rendere conto, illustrare il lavoro fatto…
Tutto il percorso di dottorato ti prepara all’esame finale perché a conclusione di ogni anno hai un esame, il progress report, dove devi sostenere la validità di quanto hai fatto e quindi dovresti arrivare all’ultimo esame preparato. Non sei comunque mai preparato perché la tensione gioca un ruolo importante: è una grossa prova. Quest’ultimo è stato un anno impegnativo, di grande studio e di redazione della tesi: se da un punto di vista sperimentale ero abbastanza preparato, ero meno pronto nell’approfondimento teorico della letteratura sul midollo spinale e su studi condotti in altri laboratori. Il midollo spinale non è un distretto isolato e può subire le influenze dei fenomeni che avvengono in altri distretti: devi studiare molto per avere un ampio ventaglio di conoscenze sul Sistema Nervoso Centrale.

Quindi è stata una vera palestra questo ultimo anno: il riassunto del lavoro di quattro anni, la risistemazione dell’impianto teorico, una rivisitazione delle tue competenze della lingua inglese, un esercizio all’esposizione… ma poi quel giorno come è andata?
Il giorno prima è stato di grande tensione mentre il giorno dell’esame, a parte i soliti disguidi tecnici (non trovi la presa del computer, ti inciampi sui tuoi propri piedi) incominci a parlare e il discorso scivola, scivola via. Le domande sono state incentrate sugli argomenti della tesi quindi diciamo che è andata bene.

Che cosa hai presentato?
Ho presentato principalmente due degli articoli pubblicati Le onde rumorose campionate dall’uomo e l’ultimo: Dose F, Taccola G. (2016) Two distinct stimulus frequencies delivered simultaneously at low intensity generate robust locomotor patterns. Neuromodulation 19(6):563-75.
Durante l’esame vengono valutate sia la capacità nell’esporre che la competenza nella risposta alle domande che ti vengono poste.

Chi era presente all’esame?
La prof Laura Ballerini e la prof. Marina Sciancalepore erano presenti fisicamente, mentre via skype c’erano Giuliano Taccola e la ricercatrice dott. Cristina Marchetti, dell’EBRI di Roma. E’ lei che ha letto la tesi e mi ha fatto le domande. L’esame di dottorato prevede che l’esaminatore sia un elemento esterno che legge la tesi ed eventualmente ti chiede di approfondire alcuni aspetti o di variarne di altri e poi ti pone le domande. E’ stata una ora densa.

Dopo l’esame il prof. Andrea Nistri mi ha comunicato della esistenza di una borsa di studio con la quale avrei potuto portare a termine alcuni esperimenti lasciati in sospeso quando ho dovuto dedicarmi alla tesi: sto cercando di concludere lo studio sugli effetti di un neuromodulatore presente nel midollo spinale che sembrerebbe avere un ruolo sulla terminazione dell’episodio del fictive locomotion.

Questi nove mesi ti vedranno impegnato anche su un altro fronte, mi immagino…
Certo, mi dedicherò a cercare possibilità future di lavoro. Lavorare con tecniche nuove potrebbe essere un’esperienza molto interessante, inoltre il confronto aiuta molto a prendersi le misure, ti amplia i confini mentali. Imparare altre tecniche, sentire le opinioni degli altri è fondamentale per chi fa ricerca.

Vorresti continuare nel lavoro di ricerca?

Sì, mi piacerebbe veramente. Se poi le cose si mettono in un altro modo sono disposto comunque a fare qualsiasi lavoro.

Com’è stato il primo mese da PhD?
Non me ne sono reso conto anche perché il mio lavoro è proseguito qui al laboratorio Spinal.

FENS 2016. La partecipazione di Nejada Dingu

Il poster di Nejada Dingu

Il poster di Nejada Dingu

Sono stata al Forum Europeo per le Neuroscienze -FENS- che quest’anno si è tenuto a Copenhagen, in Danimarca, dal 2 al 6 luglio.
Il FENS ha cadenza biennale (nel 2014 ho partecipato a quello che si è tenuto a Milano) e “contiene” tutti gli argomenti che rientrano nell’ambito delle neuroscienze, a partire dalla neurobiologia, alle neuroscienze cognitive fino alla genomica applicata alle neuroscienze.
Questo era organizzato per giornate a tema: lunedì si sono incentrate le sessioni su locomozione e controllo della locomozione.

Che cosa hai seguito?
“Ho seguito quello che mi pareva più interessante potendo materialmente seguire una sessione al mattino e una il pomeriggio. Quelle che mi hanno maggiormente coinvolta sono state le sessioni sulla locomozione che hanno avuto come relatori il professor Ole Kiehn del Karolinska Institute Svezia e il professor Frédéric Brocard dell’Institut de Neurosciences de la Timone di Marsiglia.

Ci sono state novità in queste esposizioni?
Hanno fatto un excursus sull’attività dei loro laboratori. Kiehn ha parlato di popolazioni di interneuroni spinali identificate tramite tecniche di biologia molecolare che controllano l’alternanza flessore-estensore e destra-sinistra durante la locomozione. Brocard, invece, ha esposto un potenziale meccanismo per la generazione del ritmo locomotorio.

Argomenti molto importanti per il tuo lavoro.
Sì, molto importanti: sono studi che permettono di capire meglio il funzionamento del Central Pattern Generator (CPG) locomotorio, facendo luce su componenti di base e meccanismi d’azione.

Hai già tratto vantaggi da questo congresso?
Sì, perché la maggior parte dei relatori ha presentato le ultime novità emerse dai lavori condotti nei propri laboratori. Spesso si tratta di dati non ancora pubblicati, quindi è una bella cosa prenderne nota, capire in che direzione si stanno muovendo i grandi gruppi che lavorano in questo ambito.

C’è stato qualcosa di straordinariamente interessante in questo congresso?
C’è stata una lezione di tre scienziati che hanno preso il premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina nel 2014 per una scoperta fatta su un’area dell’encefalo chiamata ippocampo: hanno scoperto una popolazione di cellule responsabile della memoria spaziale, queste cellule si chiamano grid cells (cellule griglia). Ciascuno dei tre Nobel ha ricostruito una parte del percorso che li ha condotti alla scoperta.

E per quanto riguarda il midollo spinale c’è stata qualche novità?
Sono stati svelati alcuni meccanismi relativi all’attivazione degli interneuroni del CPG locomotorio, importanti nella generazione del ritmo e nell’amplificazione del pattern locomotorio, e meccanismi relativi all’eccitabilità dei motoneuroni, che prendono contatto con i muscoli rendendo effettiva la risposta locomotoria. E’ emerso uno scenario complesso in cui intervengono molecole di varia natura, come neurotrasmettitori e neuropeptidi, oltre che fenomeni chimico-fisici.

Hai presentato un poster?
Sì, ho presentato gli ultimi dati degli esperimenti che faccio presso il lab. Spinal, atti a valutare gli effetti del training passivo, come quello indotto da esoscheletri robotizzati, utilizzati in clinica, sui circuiti locomotori spinali. I risultati presentati al FENS di Copenhagen dimostrano che, nel nostro modello in vitro, una sessione di mobilitazione passiva degli arti è in grado di facilitare l’attivazione dei circuiti locomotori in presenza di farmaci a basse concentrazioni. Inoltre, l’effetto facilitatorio sul pattern locomotorio è stato osservato sia quando i neurochimici a basse dosi vengono somministrati durante il training sia quando vengono aggiunti subito dopo la fine dell’allenamento. Queste osservazioni sono importanti in un’ottica di sviluppo di protocolli combinati (esercizio fisico e farmacologia) atti a riattivare i circuiti locomotori spinali in seguito a lesione. Tra i risultati del poster veniva evidenziato che, in alcuni casi, non era stato possibile osservare l’effetto sopra descritto per cause ancora ignote che saranno oggetto di investigazione nei prossimi mesi. Il mio scopo era di coinvolgere altri esperti del settore per cercare di intavolare una discussione da cui possano emergere criticità su cui lavorare nel prossimo futuro.

Il poster

Il poster ha avuto qualche attenzione?
Sì, ha suscitato curiosità, si sono fermati più gruppi interessati ai miei esperimenti, in particolare tre ricercatori hanno mostrato un interesse molto più alto facendo molte domande.

Stanno facendo un lavoro analogo?
Sì, nello stesso ambito.

Da dove provengono?
Due sono ricercatori svedesi e uno danese, di Copenhagen.

Pensi che saranno possibili futuri contatti con questi centri di ricerca?
Ci sono le premesse, poi vedremo…

Com’era il clima del congresso?
Da una parte, estremamente caotico, c’erano circa 6000 partecipanti. Dall’altro lato, si crea la possibilità di uno scambio reciproco, puoi capire cosa fanno gli altri, discutere, prendere qualche contatto, creare una rete di collaborazioni scientifiche.

Copenhagen?
Una città splendida, da visitare. D’estate c’è luce fino alle 22,30, è un fatto che modifica i normali ritmi cui sei abituata. Inoltre, in concomitanza con il FENS, c’era il “Copenhagen jazz festival” con 1300 concerti in giro per la città!

Nejada Dingu al FENS

Sei andata da sola al FENS?
Con altri studenti della SISSA.

Sei stata supportata economicamente in questa partecipazione al FENS?
Sì dalla SISSA.

Che cosa si mangia a Copenhagen?
Pesce, tanto pesce, soprattutto salmone.

I tempi del recupero di motoneuroni umani dopo un’attività volontaria

Giuliano Taccola_

Giuliano Taccola

Giuliano Taccola sta attualmente lavorando negli U.S.A presso l’UCLA, University of California, Los Angeles. Ha vinto un progetto europeo nell’ambito del programma Horizon 2020, di durata triennale. I primi due anni, iniziati nell’ottobre 2015, si svolgono in USA con ritorno previsto per l’ottobre 2017.

L’attività del Laboratorio Spinal prosegue con i lavori di dottorato di Nejada Dingu e Francesco Dose con la supervisione a distanza di Giuliano Taccola e la presenza del prof. Andrea Nistri.

 

Nejada Dingu

Nejada Dingu

Nejada Dingu, dottoranda SISSA, i cui lavori abbiamo qui più volte illustrato, ha presentato al Journal Club un articolo dal titolo “Time course of human motoneuron recovery after sustained low-level voluntary activity”, pubblicato il primo febbraio 2016 sul Journal of Neurophysiology. Come prima firma Martin E. Héroux dell’Università del New South Wales, Sydney, Australia.

La traduzione del titolo: Le tempistiche del recupero di motoneuroni umani dopo un’attività volontaria prolungata a bassa intensità. L’esperimento è stato condotto su persone volontarie (senza lesione). L’obiettivo dei ricercatori era stabilire quanto tempo impiegano i motoneuroni a recuperare la capacità basale di trasmettere segnali elettrici dopo la fine di un compito motorio volontario, protratto nel tempo e a bassa intensità.

Dal momento che Spinal si occupa di studi relativi alle lesioni del midollo spinale perchè questo studio su soggetti sani?
Si trattava di un articolo scientifico interessante per comprendere meglio alcune proprietà di base dei motoneuroni. In genere si procede in questo modo: prima si indaga il comportamento del motoneurone in soggetti sani della popolazione generale, per capirne il funzionamento,  successivamente se ne studia in comportamento in sottogruppi, come le persone con lesioni spinali.

Era già noto, da studi condotti in vitro su modelli animali, che quando un motoneurone è soggetto ad uno stimolo elettrico (in vitro) o eccitato da un’azione motoria (nell’uomo),  inizia a generare potenziali d’azione, i segnali elettrici tramite i quali comunica con i muscoli, ad una determinata frequenza.

Se lo stimolo si mantiene costante per un tempo prolungato, il motoneurone riduce la frequenza di scarica dei potenziali d’azione: si parla di un fenomeno di adattamento allo stimolo protratto.

Non arriva a zero comunque…
Tende allo zero perchè si abitua allo stimolo prolungato, perchè si adatta. Ad esempio, nel lavoro in vitro su motoneurone di ratto neonato che ho illustrato per introdurre l’articolo di Héroux e colleghi, il numero di potenziali d’azione è elevato durante il primo secondo di stimolazione elettrica (pari a 50), man mano che la stimolazione continua si riduce sempre più per arrivare a 10 nell’ultimo secondo di stimolazione. Questo meccanismo neurofisiologico viene definito adattamento della frequenza di spike (o dei potenziali d’azione).

Le cause di questo fenomeno sono molteplici (canali, trasportatori, modifiche degli equilibri ionici) per cui il motoneurone alza la sua soglia di attivazione e quindi la frequenza di potenziali d’azione si riduce tra inizio e fine stimolazione.

Nel lavoro del gruppo australiano su volontari sani si voleva definire in maniera precisa in quanto tempo un motoneurone andato incontro ad adattamento ritorna ai livelli iniziali di risposta.  In altre parole, si puntava ad identificare l’esatta durata della fase di riposo in seguito allo svolgimento di un compito motorio che aveva indotto l’adattamento.

Set up sperimentale con volontario

Setup sperimentale con volontario

 E’ quello che hanno cercato di fare nell’uomo…
Sì, registrando l’attività del tricipite brachiale… Il soggetto è semplicemente seduto ad un tavolo con l’arto superiore destro flesso quasi a 90 gradi, l’avambraccio sostenuto da un supporto stazionario e la mano sorretta da una cinghia che pende dal soffitto in maniera tale che non ci sia attivazione muscolare fino al momento in cui lo sperimentatore gli chiede di iniziare il compito motorio prestabilito. Il compito motorio consiste in una contrazione isometrica del muscolo tricipite brachiale in estensione del gomito contro la barra stazionaria da cui è sostenuto l’avambraccio. Quindi si registra l’attività del tricipite brachiale in due modi: 1- si fa una elettromiografia ad ago, un elettrodo ad ago inserito nel tricipite registra l’attività di singole unità motorie. 2- vengono posizionati due elettrodi di superficie, ai lati dell’elettrodo ad ago, capaci di registrare l’attività elettromiografica di un’ampia area del muscolo di interesse.

Quello che hanno chiesto ai volontario è stato di mantenere la frequenza di scarica dell’unità motoria target, registrata tramite l’elettrodo ad ago, costante e a bassa intensità durante tutto il compito motorio. Gli viene dato l’ordine di cessare il compito motorio quando l’attività elettromiografica di superficie, registrata dai due elettrodi di superficie, arriva a due volte l’attività iniziale.

Il fatto che l’attività aumenta alla fine del compito di contrazione vuol dire che il numero di unità motorie che sono state reclutate è maggiore rispetto al numero iniziale.

Una unità motoria è costituita da un motoneurone e dalle fibre muscolari che esso innerva.Se però quel motoneurone va incontro ad adattamento riducendo la sua frequenza di scarica di potenziali d’azione, il numero di fibre muscolari da lui innervate che si contraggono si riduce. Ma il compito che il soggetto sta svolgendo deve essere costante, quindi vengono necessariamente reclutate unità motorie aggiuntive a supporto della prima. Questo determina un aumento dell’attività elettromiografica di superficie.

A PARITA’ DI FREQUENZA DI SCARICA, L’AMPIEZZA DELL’ELETTROMIOGRAFIA DI SUPERFICIE AUMENTA GRADUALMENTE DURANTE UNA CONTRAZIONE PROLUNGATA SOTTO-MASSIMALE:

Esperimento 1

Esperimento 1

Esperimento 2

Esperimento 2

Quanto tempo ci vuole affinché l’attività elettromiografica ritorni a livelli iniziali?
Viene chiesto al soggetto di iniziare la contrazione, quando l’attività elettromiografica del muscolo arriva a due volte quella iniziale chiedono di interrompere il compito motorio. Seguono periodi di riposo che possono andare da 1 o 2 sec fino a 240 sec .

Si rileva che l’attività elettromiografica in seguito a 1 o 2 sec di riposo è simile a quella registrata alla fine del compito motorio, dimostrando che non c’è stato alcun recupero. Dopo pause di 15, 30 e 60 secondi l’attività elettromiografica si mantiene comunque alta rispetto alle condizioni basali. Solo dopo periodi di riposo pari a 120 e 240 secondi l’attività elettromiografica ritorna ad essere paragonabile a quella registrata all’inizio dell’esperimento.

Quindi gli autori concludono che, affinchè il motoneurone recuperi, ci vogliono come minimo 120 secondi di pausa fino a 240 per ritornare alle condizioni iniziali.
All’inizio dell’esperimento si ha una unità motoria attiva, alla fine sono attive 4 unità motorie.  Inoltre, definiscono in maniera esatta che le tempistiche di recupero dell’eccitabilità del motoneurone seguono un andamento esponenziale decrescente, quindi in cui dopo circa dopo 28 secondi di riposo si ha un 63 % di recupero, mentre dopo 240 secondi di pausa il recupero è pressoché completo (tendente al 100%).

Dimmi come questo articolo possa avere a che fare con la riparazione del midollo spinale o comunque sulla ricerca condotta da SPINAL
Bisogna tener presente che alcune tecniche utilizzate oggi in neuroriabilitazione, basate su protocolli protratti e costanti, hanno determinati effetti sul sistema nervoso, uno di questi è proprio il fenomeno di adattamento della frequenza di spike a cui vanno incontro i motoneuroni. L’articolo in oggetto offre importanti indicazioni in termini di tempistiche di recupero della capacità di scarica del motoneurone e presuppone di tener conto di tali tempistiche nello sviluppo di nuovi protocolli riabilitativi, più efficaci di quelli attualmente in uso.

Qual’è stata la reazione delle fisioterapiste presenti al JC?
Erano molto interessate: osservazioni simili si potrebbero replicare anche qui al Gervasutta, hanno discusso sulle modalità per metterle in atto.

Le fisioterapiste adoperano il Lokomat, questa macchina produce lo stesso adattamento dei motoneuroni?
Gli effetti dell’allenamento passivo indotto da questo esoscheletro robotizzato sulle proprietà elettriche del motoneurone non sono noti e potrebbero essere uno spunto di investigazione qui al Gervasutta.

In quali ambiti riabilitativi possono essere utilmente tenute in evidenza queste conclusioni?
In generale, bisogna tener conto del fatto che qualsiasi tipo di stimolazione, se protratta, induce adattamento. Quindi, è necessario considerare che l’introduzione di fonti di variabilità potrebbe prevenire meccanismi di adattamento. Ad esempio, parlando di elettrostimolazione, l’utilizzo di protocolli di stimolazione intrinsecamente variabili potrebbe contrastare l’insorgenza di simili fenomeni.

E’ seguita una discussione alla tua presentazione?
Abbiamo discusso a lungo del fatto che non è stata quantificata la forza di contrazione impressa dal volontario, per es. con un dinamometro. Infatti, anche se i volontari venivano istruiti a mantenere costante la frequenza di scarica dell’unità motoria target, non è detto che anche la forza contrattile si conservasse costante a causa dell’insorgenza di possibili meccanismi di affaticamento muscolare.

Queste osservazioni inficiano la validità delle conclusioni di questo studio?
No, non inficiano le conclusioni dello studio che risultano essere molto interessanti per le osservazioni fatte sul motoneurone.

Questo studio in qualche modo ti servirà nel tuo lavoro?
Sì perchè io lavoro sui circuiti locomotori spinali e il motoneurone è l’effettore finale dell’output locomotorio in quanto tutta l’attività neurale che riguarda movimento e postura converge su di esso.

I progress SISSA di Francesco, Nejada e Fiamma

GIULIANO TACCOLA: I progress sono l’annuale appuntamento di verifica  dello stato di avanzamento del progetto di dottorato (il dottorato in SISSA dura quattro anni). La forma è quella di una presentazione scientifica in cui viene descritto l’obiettivo che ciascuno si é posto, la metodologia che ha utilizzato, i risultati raccolti. Il dottorando procede quindi con una argomentazione dei risultati ottenuti e delle conclusioni dello studio che indicano anche come proseguirà il proprio lavoro: le prospettive future.

Il progress é una tappa fondamentale perché ti richiede di fare il punto sul lavoro che hai svolto e di porti domande su come il tuo lavoro potrebbe proseguire. Nello stesso tempo è un momento di valutazione da parte del collegio docenti che possono rendersi conto dell’andamento del progetto di tesi che sono molto diverse tra loro riguardando tutto l’intero ambito della neurobiologia.

Per il laboratorio SISSA di Udine erano presenti Francesco Dose, Nejada Dingu e Fiamma Romagnoli, rispettivamente del terzo, secondo e primo anno di dottorato in Neurobiologia. Hanno presentato i report della loro attività dell’anno. Francesco ha aggiornato lo stato di avanzamento del suo progetto sulla stimolazione del midollo spinale con le onde rumorose. Nejada ha presentato il suo lavoro sulla mobilitazione, sul training degli arti e la facilitazione della funzionalità dei circuiti spinali. Fiamma ha presentato un progetto che riguarda una particolare nuova tecnologia per riparare i nervi periferici che hanno subito lesione.

Com’è andata? Si è visto l’avanzamento dei lavori? Si è potuto valutare lo stato di salute dello spinal lab?
Il lab di Udine nel contesto della SISSA ha per i progetti presentati una vocazione più vicina alla medicina sperimentale in termini applicativi. Questo è la caratteristica di Spinal. E’ stata inoltre l’occasione di far conoscere ai colleghi quello che stiamo facendo, visto che le occasioni di scambio non sono poi molte ed è un momento in cui si ricevono molti buoni consigli.

Da chi è composto il pubblico che assiste ai progress?
Ovviamente gli studenti della SISSA, ricercatori, assegnisti e poi quasi tutti i docenti del PhD di Neurobiologia

E tutti possono intervenire con domande osservazioni…?
Chiunque può intervenire o fare domande, in genere queste vengono dalla commissione dei docenti. La presentazione del dottorando dura 15 minuti e poi c’è la discussione che dovrebbe durare 5 minuti ma di solito si prolunga anche per più di 10 minuti. C’è modo per interloquire. Il tutto viene condotto in lingua inglese.

Per i ragazzi sono momenti di grande tensione perché il progress ha tutte le caratteristiche di una vera valutazione che ti regala anche momenti di soddisfazione perché vedi che il tuo lavoro si inserisce al meglio all’interno di quanto fanno gli altri lab in SISSA e c’è soddisfazione, ti da la misura dell’appartenenza ad una comunità più ampia

Può essere un’occasione di importante stimolo, di suggestioni per proseguire nel proprio lavoro?
Sì, sicuro, è vero. Nei casi più fortunati un progetto di tesi avanza e prosegue con le pubblicazioni. Essendo però  un progetto quadriennale sono queste le occasioni per mettere  insieme tutto quello che hai fatto e ricondurlo allo stesso argomento

Francesco ha all’attivo quattro pubblicazioni, Nejada ne ha una e un’altra in preparazione. Poi sarà molto importante quello che riusciranno a fare nella tesi finale. Per loro il progress è soprattutto un’occasione per avvicinarsi ai momenti di discussione scientifica come ne avranno in futuro presentando i loro dati a meetings e seminari internazionali.

 

INTERVISTA A NEJADA DINGUE E A FRANCESCO DOSE

Come si vive l’arrivo, l’incombere di un progress?
F. Con tanta tensione
N. E tanto lavoro e studio

Mi chiedo: vi sembra utile questa valutazione durante il percorso per il dottorato? 
F. Sì, ti aiuta a verificare a che punto sei nel tuo progetto, ti aiuta a raddrizzare il tiro, per così dire, se nel progress emergono “deviazioni” dal filone principale del lavoro

Ti consente di avere uno sguardo d’insieme su quello che hai fatto fino a quel punto…
N. Ricevi uno sguardo esterno, al termine della presentazione c’è un momento di discussione e ti sono poste domande, si riflette meglio sui dati raccolti, su che cosa si potrebbe fare ulteriormente, che cosa  non va e che cosa va bene e quindi l’indicazione a proseguire in quella direzione.

Quindi non è solo un momento di valutazione ma anche di confronto e aiuto.
F. E’ soprattutto un confronto, non è tanto importante la valutazione ma quello che esce dalla discussione, dalle osservazioni.

Il progress appena sostenuto vi ha aiutato in qualche misura a modificare l’impostazione del vostro lavoro o via ha confermato nella positività del percorso che state facendo?
N. A me sono venuti suggerimenti di nuovi esperimenti che si potrebbero fare che io non avevo indicato nelle prospettive future del lavoro.
Il resto è andato bene: ho presentato i miei risultati, avevo nuovi dati da mostrare tra cui le registrazioni a livello cellulare. L’anno scorso avevo presentato dati che suggerivano delle indicazioni a livello di network, come funzionano i circuiti. Quest’anno ho integrato e approfondito da un punto di vista cellulare quindi oltre al network anche singole cellule, in particolare il motoneurone

F. Io dovrò affrontare una fase di studio più elaborato in vista della tesi, si tratterà di imparare a presentare in maniera più approfondita e forse più brillante l’importante lavoro di questi anni.

Come vengono accolte le vostre presentazioni in SISSA data la particolarità dell’argomento?
F. N. siamo gli unici che lavorano all’interno di un ospedale e questo è l’aspetto che desta maggior attenzione: che siamo a contatto con i clinici.

In conclusione
N. E’ un momento molto utile, lavori tutto l’anno al tuo progetto e serve un momento di discussione in cui hai un punto di vista esterno che considera in maniera oggettiva i tuoi risultati, vedono quello che tu non riesci perché sei immersa nel tuo lavoro. I nostri percorsi sembrano essere nella giusta direzione.

Quanto avete dormito il giorno dopo il progress?
[Si ride]

Pubblicato un articolo del primo lavoro di  Nejada Dingu

“Electrical stimulation able to trigger locomotor spinal circuits also induces dorsal horn activity”

La stimolazione elettrica capace di attivare i circuiti locomotori spinali puo anche evocare l’attività delle corna dorsali

E’ il primo articolo di Nejada, frutto di una collaborazione internazionale, accolto dalla rivista della società medica internazionale di neuromodulazione. I nostri studi di elettrostimolazione su preparati di base saranno letti da persone che impiantano dispositivi chirurgicamente ogni giorno.

Nejada Dingu Ronald Deumens Giuliano Taccola

Nejada Dingu Ronald Deumens Giuliano Taccola

E’ un articolo a tre firme, il primo è quello di Nejada Dingu, di Giuliano Taccola, e quello di Ronald Deumens che ha seguito la fase di analisi dei dati. Il lavoro si incentra sugli effetti sul midollo dorsale di una ripetuta stimolazione elettrica: normalmente stimoliamo la radice dorsale per valutare la risposta locomotoria nell’area ventrale, in questo caso abbiamo utilizzato una stimolazione dorsale, con treni di stimolazione tradizionale, in grado di attivare la locomozione fittizia e Nejada ha registrato anche da una radice dorsale.

Eravamo interessati a vedere come rispondeva il midollo dorsale alla prolungata stimolazione elettrica ripetuta per circa 45 minuti

Il risultato?

Quello che abbiamo visto è che una stimolazione elettrica prolungata in grado di evocare l’attività del network locomotorio genera anche un aumento di eccitabilità a livello del network dorsale, questo potrebbe tradursi in un cambiamento di come gli stimoli dolorifici raggiungono il midollo spinale.

Nel senso che il dolore diminuisce o aumenta?

La stimolazione produce un aumento dell’attività dei network dorsali. L’aumentata eccitabilità potrebbe corrispondere sia ad un aumento che a una diminuzione del dolore. Lavorando con il midollo spinale isolato non abbiamo una misurazione della soglia dolorifica.

Che importanza ha o può avere questa osservazione?
Per esempio che anche una stimolazione epidurale sperimentale per il recupero della postura eretta dovrebbe tenere conto di queste valutazioni perché, avendo dimostrato che c’è una alterazione dell’integrazione degli impulsi a livello dorsale, sarebbe necessario capire se ne consegue una variazione della percezione sensoriale e dolorifica 

Nello stesso tempo è necessario ripensare i protocolli di stimolazione per evocare l’attivazione del cpg in modo che l’effetto non coinvolga anche i network dorsali.

Poiché abbiamo mandato questo articolo alla  rivista  ufficiale della società internazionale di Neuromodulazione ci siamo confrontati con esperti che hanno una lettura prettamente clinica.

Copertina di un numero di Neuromodulation

Copertina di un numero di Neuromodulation

La domanda che probabilmente si sono fatti sarà stata: come potrebbe diventare utile questa informazione a un medico anestesista e che impianta di routine simili dispositivi?

Le nostre pubblicazioni quest’anno si sono rivolte soprattutto a società ed un pubblico prevalentemente medici: è il risultato di un percorso che è nato dal momento in cui mi sono trovato all’interno di una struttura ospedaliera e mi sono chiesto come la ricerca di base possa essere di supporto, di interesse per l’ambiente clinico.  E’ un processo molto complesso perché la possibilità di tradurre i risultati della ricerca di base in un ambito clinico presuppone una struttura complessa in termini di persone, una massa critica adeguata e competenze diverse.

Abbiamo trovato un pubblico clinico, rappresentato dalle riviste di società mediche, che invece si sono mostrate molto interessate ai nostri contributi facendo anche osservazioni e interpretazioni che a noi sfuggivano.

Con questa pubblicazione restituiamo a Nejada la piena soddisfazione di tutto il lavoro svolto in questi ultimi due anni, lo sforzo profuso presenta qualcosa anche per il suo futuro a dimostrazione di quanto ha fatto.

NEJADA DINGU

Era parte del lavoro già iniziato durante la tesi, di cui abbiamo esteso l’analisi e che quindi ha preso un suo peso autonomo.

Veder pubblicato un articolo sul tuo primo lavoro, a distanza, che effetto fa?
Un bel effetto, mi fa piacere che sia stato pubblicato perché vedo concretizzato un lavoro.

Un lavoro importante? Di che cosa stiamo parlando?
Sono stati i primi esperimenti che ho fatto qui a Spinal, prima di iniziare il progetto con BIKE e il  movimento passivo. Stavo facendo esperimenti in cui utilizzavo solo la stimolazione elettrica per attivare il CPG locomotorio e in quella occasione abbiamo deciso di osservare gli effetti della stimolazione elettrica a livello dorsale.

A chi è venuta l’idea di controllare gli effetti a livello dorsale?
E’ stato Giuliano, non so bene come sia iniziato il progetto. Quando sono arrivata qui si parlava appunto di valutare anche il compartimento dorsale e io mi ci sono dedicata.

Quando avete deciso di pubblicare i dati raccolti?
La cosa era nell’aria da un po’. Avevamo questi risultati e volevamo cercare di pubblicarli perché non andassero persi. Sono i risultati di una osservazione che nessun altro ha fatto.

Qual è stata l’importanza della collaborazione con Ronald Deumens per la produzione di questo articolo?
Ci ha aiutato ad interpretare i dati perché la parte somatosensoriale e dolorifica sono il suo ambito specifico di ricerca.

E’ una soddisfazione e una spinta ad andare avanti.

Il Laboratorio Spinal: il lavoro dei singoli componenti e collaborazioni diverse. Una conversazione con Giuliano Taccola

Nomi dei collaboratori del  laboratorio Spinal 2015

Nomi dei collaboratori del laboratorio Spinal 2015

Francesco Dose sta portando a termine con successo la sua tesi di dottorato SISSA in Neurobiologia che riguarda diversi progetti sulle stimolazioni elettriche.

Uno di questi progetti ha già avuto numerosi riscontri ma la cosa importante è che tutti i dati che abbiamo pubblicato sull’argomento si inseriscono in un percorso organico. Quando un progetto di PhD riesce a produrre dati scientifici in maniera molto coerente con l’obiettivo finale del progetto è, a mio avviso, sinonimo di un percorso che sta funzionando bene.


Questo vuol dire che state ottenendo dei risultati?

Sì, abbiamo pubblicato quattro papers con Francesco e stiamo terminando un altro manoscritto che potrebbe rivelarsi il più importante della serie.

Di che risultati si tratta?
Risultati che partono dalle osservazioni raccolte in un mio primo paper del 2011 sui nuovi protocolli ‘rumorosi’ di stimolazione per attivare i circuiti neuronali per la locomozione nel midollo spinale. In qualche modo, partendo da un fenomeno che non riuscivo ad interpretare ma che trovavo efficace, ci stiamo progressivamente muovendo verso la comprensione di un meccanismo che potrebbe permetterci di avere gli stessi effetti che si ottengono con protocolli di stimolazione altamente variabile ma applicando protocolli di stimolazione molto più semplici.

Questo lavoro verrà verificato in vivo? Questo è tutto un lavoro che stiamo facendo in vitro. Poi, proprio lo scorso giugno sono tornato in Belgio dove, con l’aiuto del dott. Ronald Deumens, ho fatto esperimenti che giudico molto promettenti. Lo studio dei meccanismi in vitro si è dimostrato un ottimo metodo per arrivare a replicare alcune osservazioni anche in un modello preclinico.

In Belgio ho conosciuto Patrice Forget, un medico anestesista che collabora nell’impianto chirurgico di elettrodi epidurali per la modulazione del dolore. Tutti insieme abbiamo lavorato su un progetto recentemente pubblicato. Patrice inoltre ci sta aiutando a trovare applicazioni cliniche di alcuni dei concetti emersi dal lavoro sperimentale.

Nejada Dingu sta continuando a lavorare sul dispositivo sulla mobilitazione passiva ideato da me e realizzato da John Fischetti.

Topolino sorridente con la bicicletta

Topolino sorridente con la bicicletta

Si tratta di un modello di stimolazione periferica in vitro molto vicina alla locomozione reale. Nejada ed io studiamo quello che succede nel midollo spinale sottoposto a intenso training locomotorio. Già dai primi esperimenti mi sono posto una domanda su cui riflettere: quanta mobilitazione bisogna fare? (nel nostro modello è molto più facile fare una valutazione perché abbiamo la possibilità di monitorare continuamente il comportamento del midollo spinale durante l’esercizio).
Nel contempo cerchiamo di trovare quanti più aspetti di studio del nuovo modello utilizzando un approccio multidisciplinare. Cioè analizziamo come reagisce il midollo spinale dopo una lunga mobilitazione passiva e affrontiamo lo studio utilizzando tecniche anche diverse dall’elettrofisiologia, per questo Nejada sta eseguendo esperimenti di biologia molecolare con l’aiuto di Elsa Fabretti e Tanja Bele dell’Università di Nova Goriza. Con loro studiamo alcuni cambiamenti che avvengono nelle cellule del midollo spinale in seguito a questo tipo di attività.

Ci piacerebbe accostare alle nostre registrazioni funzionali un dato che ci mostri come alcune sostanze nel midollo spinale cambiano in seguito ad esercizio protratto e, soprattutto, quando incominciano a cambiare e per quanto tempo permane questa modificazione dopo la fine dell’esercizio.

Fiamma Romagnoli

Fiamma Romagnoli

Fiamma Romagnoli, arrivata a febbraio, sta facendo il suo primo anno di dottorato. Il progetto di Fiamma risale ad alcuni miei esperimenti preliminari, che adesso lei sta portando a termine al meglio, relativi ad un nuovo substrato per la riparazione dei nervi periferici.
Una lesione spinale è un disturbo molto ampio e variegato, non basta studiare il midollo spinale per porvi un eventuale rimedio o indurre un recupero anche parziale ma bisogna considerare il sistema neuromotorio nella sua interezza. Innanzitutto si deve valutare la condizione dei nervi periferici dopo un disuso cronico anche di molti anni e quindi avere a disposizione dei meccanismi per facilitare la trasmissione dei segnali.

dott.Ronald Deumens dell'Università Cattolica di Lovanio

dott.Ronald Deumens dell’Università Cattolica di Lovanio

Un altro progetto nato in Belgio in collaborazione con Ronald Deumens riguarda il danno dei nervi periferici. A questo lavoro partecipa anche Nejada Dingu che, in particolare, ha seguito l’analisi di alcuni dati comportamentali. C’era una grande mole di dati risultanti dall’analisi istologica e dall’analisi comportamentale. Nejada li ha analizzati e valutati con strumenti di analisi matematica e statistica. Io ho fatto la parte sperimentale: si è trattato di standardizzare un metodo di lesione di un nervo periferico.

Elena Fabiani è rimasta con noi fino a giugno. E’ una persona che merita, la collaborazione con lei è stata molto preziosa. Ha una formazione fisico-matematica. Si è trattato di consegnare a lei i dati sperimentali che abbiamo raccolto chiedendole di utilizzare modelli di analisi matematica, che noi non padroneggiamo, per cercare di evidenziare eventuali differenze che fino ad oggi potrebbero esserci sfuggite. Nel dettaglio si è trattato di cercare di capire, impiegando complessi algoritmi di analisi e simulazione matematica, se è possibile individuare la presenza del ritmo locomotorio, quindi del funzionamento del CPG (Central Pattern Generator), utilizzando solo pochi siti di registrazione. Questo rappresenterebbe per noi una facilitazione tecnica perché potremmo fare esperimenti che adesso non possiamo, potremmo provare a ridurre la nostra preparazione sperimentale e individuare zone specifiche del midollo spinale in cui il programma locomotorio ha origine. Da un punto di vista più concettuale inoltre, riteniamo che queste informazioni potrebbero darci delle idee, delle conoscenze su come è organizzata la rete neuronale del midollo spinale.

Apparecchiatura per registrazioni elettrofisiologiche

Apparecchiatura per registrazioni elettrofisiologiche

Giulia Bernardon si è laureata nell’aprile di quest’anno. Il suo è stato un progetto di tesi abbastanza tortuoso, come lo è la Scienza talvolta, che però alla fine ha dato soddisfazione: avevamo una molecola, un neuro peptide che volevamo conoscere meglio e abbiamo dovuto individuare su quale porzione del sistema neuromotorio facesse effetto. Si è trattato quasi di un gioco investigativo. Giulia è riuscita ad individuare il tipo specifico di questa famiglia di molecole e il target su cui il neuro peptide agisce, quindi il bersaglio fisiologico. Ora il testimone passa a Nejada, abbiamo già provato ad utilizzare questa molecola in associazione alla mobilitazione.

Ancora una volta si tratta di riuscire a combinare, far incontrare le diverse individualità del gruppo attorno a problemi scientifici comuni proprio perché questo è lo spirito della ricerca sul midollo spinale: sembra che tante linee, tante osservazioni che erano parallele tra loro si trovano ad essere molto più efficaci quando combinate. Questo è il processo dinamico che riproduciamo in laboratorio.

Con la dott. Sciancalepore dell’Università di Trieste sto seguendo la valutazione funzionale delle cellule muscolari sottoposte a stimolazione elettrica. Infatti, alcune delle soluzioni che abbiamo proposto per il midollo spinale si stanno rivelando utili in un altro tipo di cellula eccitabile, la miofibra, la cellula del muscolo. Si tratta di valutare come la stimolazione elettrica, con alcuni dei protocolli che abbiamo messo a punto per i neuroni, possa rivelarsi utile anche per il reclutamento del muscolo. Questa ricerca è in fase avanzata, iniziata già dall’anno scorso.

Dopo cinque anni dai primi esperimenti allo Spinal lab di Udine risulta evidente che sono diversi i campi di ricerca cui ci siamo dedicati, e quello che emerge è la maturità che ha raggiunto il laboratorio, la propria riconoscibilità scientifica internazionale. Il lavoro svolto a Udine si inserisce nel progetto Spinal senza sovrapposizioni con il lavoro che si svolge a Trieste: si è anzi creato un progetto di team in due città diverse. A Trieste ci si è rivolti più alla comprensione e alla protezione dal danno: ovvero a capire cosa succede subito dopo una lesione spinale e come si possa risparmiare la morte delle cellule spinali dopo il primo evento fisico. Qui a Udine, ci concentriamo su quello che possiamo fare una volta che la lesione è già avvenuta, una volta che il midollo è isolato dai centri sopraspinali: abbiamo deciso di rivolgere i nostri sforzi a beneficio della popolazione che vive già una condizione cronica e che potrebbe utilizzare alcune funzioni che sono ancora latenti (almeno così sembrano far credere molte delle recenti osservazioni nella ricerca). E’ per questo che si parla sempre più spesso di risvegliare il midollo o di ri-insegnargli quello che sapeva fare e che adesso, senza il controllo della volontà, non sa più fare.

Credo che questo, dopo cinque anni, possa farci dire che importanti obiettivi sono stati raggiunti. Obiettivi che inizialmente ci sembravano molto ambiziosi e che però in qualche modo sono stati ottenuti con lavoro, perseveranza, impegno e bravissimi giovani scienziati che hanno iniziato la loro carriera partendo dallo studio delle lesione del midollo spinale.

A quattro anni dalla prima pubblicazione di un lavoro scientifico con i dati raccolti nel laboratorio Spinal di Udine

2009 Giuliano Taccola all'apertura dello Spinal Lab di Udine

2009 Giuliano Taccola all’apertura dello Spinal Lab di Udine

A quattro anni dalla prima pubblicazione di un lavoro scientifico con i dati raccolti nel laboratorio Spinal di Udine, Giuliano Taccola fa il punto sul lavoro di ricerca del laboratorio e sulla organizzazione che ha dato del gruppo di ricerca.“Preferisco che ciascuno (dottorandi, borsisti post laurea e laureandi) segua un proprio progetto, è una questione importante anche perché in questo modo il lavoro può restituire più soddisfazione e offrire maggiore capacità di gestione autonoma del proprio studio. Spinal vuole formare giovani scienziati che si appassionino allo studio della fisiopatologia del midollo spinale ed in futuro possano trovare nuove e valide soluzioni. Lavorare con responsabilità li aiuta a crescere in questa prospettiva.

2015 il gruppo dello Spinal Lab. di Udine

2015 il gruppo dello Spinal Lab. di Udine

Tutti i progetti confluiscono nel grande capitolo che il lab. Spinal di Udine si è proposto di affrontare cioè metodi e strategie per sfruttare il Central Pattern Generator dopo una lesione spinale per riattivare le reti neuronali sottolesionali e limitare il danno funzionale. Il lavoro è focalizzato nello studio dei meccanismi che sostengono un’eventuale recupero dopo una lesione spinale utilizzando preparazioni biologiche in vitro. Questi modelli di studio permettono di estrapolare gli elementi di base del funzionamento del midollo spinale, ad oggi, ancora in gran parte sconosciuti. Infatti, il motore della locomozione nel midollo spinale, una complessa rete di neuroni chiamata Central Pattern Generator, in molte lesioni anche croniche si trova disconnesso dagli input volontari e per questo rimane “addormentato, in stand by”: si tratta quindi di utilizzare ciò che rimane, le informazioni che sono ancora contenute nel CPG per cercare di riattivarne almeno in parte le funzioni. Cerchiamo di trovare le strategie per accedere alle informazioni residue poste a livello lombare con le quali non è più possibile dialogare perché l’integrità delle fibre può essere stata compromessa. Si sta affermando il concetto che le diverse modalità con cui possiamo stimolare il CPG dopo la lesione spinale in realtà possano avere un valore sinergico, quindi se combinati possano avere un effetto superiore alle singole modalità di accesso. Le modalità sono la stimolazione elettrica del midollo spinale o delle afferenze periferiche e la stimolazione farmacologica, ovvero la somministrazione di farmaci. Si tratta di studiare meglio che significato hanno le sostanze endogene del Sistema Nervoso Centrale a livello del CPG e quindi quali poter applicare dall’esterno per aumentare la funzionalità del network. La terza importante strategia di intervento riguarda la stimolazione maccanica, ovvero la riabilitazione: la mobilitazione assistita del passo può rieducare il CPG a fare quello che faceva prima della lesione spinale? a risvegliarsi? Tutto questo lavoro si svolge nella convinzione che il recupero del programma locomotorio può restituire benefici alla persona con lesione, anche se sappiamo che la locomozione è qualcosa di più complesso del semplice muovere le gambe in maniera alternata. La locomozione in un ambiente reale prevede soprattutto il mantenimento della stazione eretta, il recupero dei sistemi di compenso istantaneo, automatico dopo lo sbilanciamento e tutta un’altra serie di situazioni dinamiche. Se riusciamo però a capire come riattivare il network per la locomozione probabilmente siamo già a metà strada, avremmo infatti imparato un linguaggio da estendere anche a tutti gli altri network del midollo spinale che hanno subito una simile disconnessione dopo una lesione spinale. La nostra è una modalità per cercare di capire come le cellule del midollo spinale parlino tra loro, come fluisca l’informazione e come si organizzino per elaborare un segnale ritmico in uscita. Noi ci concentriamo sul network locomotorio ma abbiamo la consapevolezza che non basta far funzionare quei neuroni per camminare e non basta camminare per arginare la disabilità di una lesione spinale. E’ vero che più riusciamo a capire come riattivare una funzione dopo una lesione spinale tanto più potremmo ragionevolmente sperare, per esempio, di ottenere e recuperare altri tipi di funzioni: viscerali, autonomiche… compromesse da una lesione.Ovviamente ci deve essere tutta una comunità scientifica intorno che affronta il problema da diversi punti di vista e condivide le proprie osservazioni. Ecco perchè è importante comunicare i risultati ottenuti pubblicando su riviste scientifiche, partecipando, quando possibile, a meetings e congressi ma anche mantenere questo blog per informare gli interessati che stiamo lavorando in stretta relazione a molti altri scienziati che si muovono in questo campo. Qui il nostro lavoro sfuma, mentre vorremmo passare il testimone a qualcuno nel mondo che ha responsabilità cliniche per verificare la reale applicabilità terapeutica delle nostre osservazioni. Questo è però il passaggio più delicato (chiamato traslazione) e su cui si concentrano, al momento, le maggiori attenzioni mondiali tanto da individuare la necessità di formare un nuovo profilo di scienziati a ponte tra le scienze di base e la medicina e che abbiano le competenze per scovare nella ricerca di base ciò che potrebbe esserci di utile per la terapia. Ho l’impressione che ogni giorno al mondo, in questa ipotetica staffetta, troppo spesso, il testimone cada vanificando gli sforzi della ricerca di base e limitando la possibilità di introdurre nuove cure. Riassumendo: da un punto di vista scientifico le tre modalità di stimolazione del CPG sono quelle su cui ci muoviamo attualmente e ognuno dei progetti che si stanno seguendo in laboratorio ha una particolare specificità in questo contesto. Dal punto di vista organizzativo, il mio ruolo in questi anni è stato quello di proporre alcune mie idee che ho già preliminarmente testato come fattibili ed interessanti con dei miei esperimenti. Quindi affidare queste mie ‘creature’ agli studenti e coordinarli e supervisionarli nel lavoro sperimentale e nell’analisi. E’ bello vedere come le idee iniziali vengano arricchite dai loro esperimenti e dall’apporto critico personale degli studenti. Molte poi sono le occasioni in cui le persone lavorano insieme e mettiamo insieme le esperienze dei singoli progetti per valutare un eventuale effetto additivo, sinergico delle scoperte di ciascuno.

Una nuova strategia contro le lesioni spinali

Francesco Dose

Francesco Dose, dottorando SISSA, primo autore dello studio

 

Giuliano Taccola, ricercatore SISSA e coordinatore dello studio

Una tecnica multi-sito e a bassa frequenza per stimolare i neuroni

15 luglio 2015

Pazienti, medici e ricercatori guardano con grande speranza all’elettrostimolazione epidurale, una metodologia medica che potrebbe alleviare la condizione delle persone affette da paralisi da lesione spinale. La tecnica è ancora relativamente rudimentale, ma grazie alla ricerca è in continuo miglioramento. Un gruppo di scienziati (anche della SISSA), che ha pubblicato una ricerca sulla rivista di riferimento in questo settore, Spinal Cord (del gruppo Nature), propone un nuovo approccio metodologico, basato sulla distribuzione della stimolazione e la modulazione della frequenza degli impulsi elettrici, che ha dato buoni risultati nei test in vitro. L’elettrostimolazione epidurale è una metodologia medica che già da qualche anno viene utilizzata per aiutare i pazienti colpiti da paralisi a seguito di una lesione spinale. Consiste nell’impianto di elettrodi in prossimità delle radici dei nervi dorsali (che portano il segnale “sensoriale” in entrata) del midollo spinale al di sotto del livello del trauma e nell’applicazione di stimoli elettrici di varia intensità e frequenza. Questa tecnica, che produce o facilita la produzione di pattern di attivazione nei nervi motori (ventrali, in uscita) ha mostrato risultati promettenti e gli scienziati sperano che un giorno possa aiutare le persone paralizzate per esempio a stare in piedi in equilibrio e muovere qualche passo, oltre che a ripristinare il controllo degli sfinteri e la funzione sessuale. C’é ancora molta strada prima di raggiungere questo scopo, e per questo la comunità scientifica sta moltiplicando gli sforzi per migliorare questa metodologia. “Finora la maggior parte della ricerca si è concentrata sui materiali e sulla tecnologia dei dispositivi. Il nostro lavoro invece si focalizza sulla natura e la qualità del segnale elettrico che viene erogato dagli elettrodi”, spiega Giuliano Taccola, ricercatore della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste che ha coordinato lo studio. “La domanda che tutti si pongono è la stessa: come fare per ottenere risposte locomotorie efficaci? Crediamo che in questo senso sia importante modulare meglio il segnale elettrico e individuare precisamente in quali punti debba venire applicato”. “Le tecniche attuali consistono nell’applicare un segnale ad alta frequenza in maniera generalizzata. In questo modo si ottiene una stimolazione ‘cumulativa’ e piuttosto indifferenziata di un gruppo di fibre nervose. Noi abbiamo invece adottato un approccio “multi-sito”: la stimolazione elettrica viene applicata in diversi punti del circuito”, spiega lo scienziato. In questo studio Giuliano Taccola e colleghi hanno lavorato con dei circuiti neuronali spinali preparati in vitro. Questo ha permesso di controllare in maniera molto fine i siti di stimolazione, oltre che registrare le risposte del network con grande precisione. “L’altra novità introdotta nel nostro studio è l’uso di stimolazione a bassa frequenza”. La combinazione di questi due fattori (frequenza del segnale e siti multipli) ha prodotto pattern di risposta locomotoria molto efficienti. “Con questo lavoro abbiamo definito una nuova strategia di stimolazione del midollo spinale per l’attivazione dei neuroni motori che potrebbe essere importata anche in molti degli attuali elettrostimolatori utilizzati in clinica”. Il primo autore dello studio, svolto in collaborazione con il laboratorio SPINAL presso l’Istituto di Medicina Fisica e Riabilitazione (IMFR) dell’Ospedale Gervasutta di Udine (dove sono stati raccolti i dati sperimentali) e della Università Cattolica di Lovanio in Belgio, è Francesco Dose, un giovane dottorando della SISSA.

LINK UTILI: • Link all’articolo originale su Spinal Cord: http://goo.gl/DUr1Wg

Crediti: SISSA Contatti: Ufficio stampa: pressoffice@sissa.it Tel: (+39) 040 3787644 | (+39) 366-¡©-3677586 via Bonomea, 265 34136 Trieste

Elena Fabbiani, una collaborazione con Spinal

Elena Fabbiani

Ho incontrato Elena al Laboratorio Spinal dove sta facendo una originale esperienza.

Quale percorso ti ha portata al laboratorio Spinal?
Ho incontrato, conosciuto, il dott. Taccola alla SISSA. Mi aveva cercata essendo venuto a conoscenza delle mie esperienze di studio, dichiarandosi interessato alle mie competenze.
Mi ha illustrato il progetto che avrebbe voluto realizzare con una persona con la preparazione che ho io magari utilizzando una borsa post laurea.
La borsa post laurea è un assegno di ricerca e nel mio caso dura due mesi durante i quali Giuliano mi ha proposto di realizzare due progetti. Uno è un’analisi statistica dei dati su delle loro (loro sono sempre tutte le persone che lavorano a Spinal) registrazioni elettrofisiologiche.
L’altro progetto consiste nell’imparare ad utilizzare un software per programmare un nuovo dispositivo elettronico controllato da un sofisticato programma al PC (in modo da poterlo utilizzare per stimolare le radici del midollo spinale con impulsi ben definiti.

Da quando tempo lavori presso il laboratorio Spinal?  
Sono arrivata il 6 novembre, di fatto sono due settimane e mezza che lavoro.

Come sta andando?
Ma bene… anche l’ambiente è molto stimolante, proprio ieri ho mostrato i primi risultati a Giuliano e mi ha dato ottimi suggerimenti per la continuazione.

Che cosa ti aspetti di ricevere da questa esperienza?  
Già dall’inizio questa esperienza mi sta formando. Sono entrata in contatto con un ambiente nuovo, un nuovo gruppo e soprattutto un nuovo campo di ricerca. Spero che, oltre alle cose che sto imparando, mi abitui anche a “cavarmela da sola”, cosa che si comincia già a fare con la tesi specialistica, ma durante la quale, se qualcosa dovesse andare storto, c’è ancora la scusa del “sono solo uno studente”. Adesso non è più così: sono sola, sto facendo una cosa nuova, diversa e quello che tiro fuori (o non tiro fuori) è solo merito o colpa mia.

Che tipo di studi hai fatto, in che cosa ti sei laureata?
In fisica, la triennale e la specialistica. Per questo Giuliano mi contattò dicendomi “Forse tu hai il background necessario per realizzare un progetto che ho in mente da un po’ di tempo ma non ho trovato ancora nessuno adatto”.

Quindi tu alla SISSA vuoi fare un dottorato conseguente, in fisica…
No, a dire il vero vorrei provare neurobiologia, ho sempre avuto questo interesse fin dal liceo.
Ho scelto di fare fisica perché  credevo che avrei acquisito conoscenze che avrei potuto utilizzare anche in altre discipline e quindi fare, per esempio, un dottorato in neurobiologia. Sono molto contenta dell’impostazione mentale che mi ha dato lo studio della fisica.

Qual è stato l’argomento della tua tesi?
La tesi l’ho fatta su un dispositivo PET (La tomografia a emissione di positroni è una tecnica di medicina nucleare e di diagnostica medica utilizzata per la produzione di bioimmagini) perché l’indirizzo specialistico era sulla fisica medica e quindi ho studiato un dispositivo PET che viene utilizzato per il monitoraggio della dose in adroterapia  (una nuova frontiera della radioterapia è rappresentata dall’adroterapia che utilizza protoni e nuclei atomici (chiamati ioni) soggetti alla forza detta ‘nucleare forte’ e per questo motivo chiamati adroni (dal greco adrós, forte), da cui il termine adroterapia): quando i tumori vengono trattati con fasci di particelle si utilizzala PETper vedere dove si vanno a localizzare, per capire se il tumore è stato effettivamente colpito. Il dispositivo PET che ho studiato è utilizzato per ricerca, ma l’idea è quella di arrivare ad una completa integrazione con la clinica.

Tenterai l’esame di ammissione al dottorato in SISSA?
Dipende da quello che succede nel frattempo, tra la fine della durata della borsa e settembre, data di ammissione al dottorato SISSA. Nessuno mi ha promesso alcunché ma se la borsa non mi viene prorogata non posso stare nove mesi senza fare niente. Di certo cercherò altro, magari un altro dottorato all’estero, so che all’estero non hanno vincoli di esame, uno contatta il professore, ovviamente si sottopone ad un’intervista, e se al professore piace il tuo lavoro ti dice “si, vieni” oppure “no, non venire”. Non starò ferma nove mesi.

Pensi che il lavoro che stai facendo qui ora influenzerà in qualche modo le tue scelte future? 
Dopo la laurea non avevo mai pensato di fare il dottorato in fisica, quindi l’ambito in cui mi trovo ora è quello che ho già scelto. Vorrei continuare con l’analisi  dati però integrata con attività di laboratorio su campioni.

Come ti sembra il lavoro che si fa al laboratorio Spinal? 
Molto interessante e penso che sia anche molto utile. Io non so precisamente che cosa facciano nello specifico. L’ambiente é bello, sono tutti giovani, anche Giuliano è giovane e fa  lui stesso esperimenti a differenza di tutti gli altri professori che ho incontrato negli altri laboratori.

Da dove vieni? 
Vengo da Colle Val d’Elsa in provincia di Siena.

Come ti trovi in Friuli, come essere all’estero? 
No, mi piace stare a Udine. Ho studiato a Pisa per la laurea magistrale  ma nell’insieme Udine è più carina. Mi trovo bene con le persone sia in laboratorio che con i  miei inquilini e questa è una cosa molto importante per vivere bene in un posto.

Hai imparato qualche parola in Friulano? 
Per adesso non molte… ma ci sto lavorando.

Quando non sei a lavorare come passi il tempo? 
In generale faccio una vita abbastanza tranquilla. Mi piace leggere, gioco a scacchi (purtroppo adesso solo su internet). Per il resto esco molto spesso con gli altri ragazzi del laboratorio.