Vedere una cellula come mai prima d’ora, fermare il tempo per catturare l’esatto istante in cui una malattia inizia e trasformare immagini microscopiche in dati che aiutano i medici a prendere decisioni più rapide e precise. Tutto questo è oggi possibile grazie a CLEM, la nuova piattaforma di imaging avanzato inaugurata da Humanitas nel cuore del suo campus universitario a Rozzano, vicino a Milano. Un laboratorio unico in Italia e tra i più avanzati in Europa, con la Tac cellulare in 4D che unisce per la prima volta super-microscopi e intelligenza artificiale (AI) al servizio diretto della ricerca e della cura.
CLEM, progetto innovativo per guardare le malattie da dentro
CLEM significa Correlative Light and Electron Microscopy, una tecnologia che combina due mondi: la microscopia ottica, che permette di osservare le cellule vive in azione, e la microscopia elettronica, capace di esplorarne la struttura con una risoluzione quasi atomica. Una Tac cellulare in 4D (tre spaziali più il tempo) per seguire la vita delle cellule in ogni momento, con una precisione che prima era impensabile. «La CLEM è una nuova frontiera per la biologia e la medicina perché collega funzione e struttura, dinamica e dettaglio molecolare» spiega Edoardo D’Imprima, responsabile del laboratorio Humanitas, rientrato in Italia dopo anni di ricerca all’EMBL di Heidelberg e al Max Planck Institute di Francoforte. «Grazie all’intelligenza artificiale e alla potenza di calcolo, oggi possiamo tradurre queste immagini tridimensionali in dati numerici, offrendo ai medici risposte oggettive e quantitative, e non solo fotografie.».
Cosa permette di fare la CLEM
Le applicazioni della TAC cellulare in 4D sono vastissime. Tra le più significative seguire l’azione di un farmaco, studiare la replicazione virale ed osservare come una cellula tumorale evade il sistema immunitario. Con CLEM, la biologia cellulare entra in una nuova era in cui dinamica e struttura, funzione e forma non sono più osservate separatamente, ma in modo sincrono e complementare. Questo permette di capire come e dove agiscono le malattie.
Fermare il tempo per capire le malattie
Uno degli strumenti più straordinari del laboratorio è la crio-microscopia: una tecnica che permette di “congelare” in pochi millisecondi i campioni biologici a -196 °C, senza danneggiarli, come se si bloccasse il tempo. In questo modo è possibile osservare un processo biologico mentre avviene, fermarlo e poi studiarlo nei minimi dettagli con una risoluzione nanometrica (un nanometro è un milionesimo di millimetro. Ad esempio il DNA ha un diametro di circa 2 nanometri, il virus dell’influenza come il Sars-CoV-2 tra i 50 e i 150 nanometri). L’obiettivo? Comprendere meglio come si sviluppano le malattie, dall’infiammazione alle infezioni, dalle malattie neurodegenerative al cancro, e aprire la strada a diagnosi più rapide e terapie personalizzate.
L’intelligenza artificiale al centro del laboratorio
Oltre alla potenza dei microscopi, il cuore del progetto è la capacità di gestire e analizzare enormi quantità di dati. «Questa tecnologia genera una mole di informazioni senza precedenti – spiega D’Imprima –. Per questo abbiamo potenziato il nostro centro di calcolo ad alte prestazioni (HPC), capace di analizzare i dati in tempo reale grazie all’intelligenza artificiale.»
L’AI è essenziale per ricostruire immagini tridimensionali ultra-dettagliate, individuare strutture cellulari anomale e seguire l’evoluzione delle malattie in modo oggettivo. Un’alleata preziosa per i medici nella medicina di precisione.
Le prime applicazioni: neuroscienze, batteri e lotta alle infezioni
Il laboratorio CLEM è già al lavoro su diversi progetti di ricerca Lo studio del professor Roberto Rusconi sulle superfici antibatteriche per ridurre le infezioni legate alle protesi mediche. La ricerca sul legame tra infiammazione e danno alle sinapsi, con l’obiettivo di comprendere meglio l’origine delle malattie neurodegenerative che porta la firma del professor Davide Pozzi. E il progetto della professoressa Sara Carloni, che indaga come i batteri del microbiota si scambiano informazioni e geni di resistenza agli antibiotici.
Tecnologie avanzate per la medicina del futuro
CLEM non è un laboratorio isolato, ma parte di un ecosistema di tecnologie avanzate di Humanitas, che comprende il 3D Innovation Lab per la stampa e biofabbricazione di modelli anatomici, e nuove apparecchiature di imaging clinico di ultima generazione, come la TAC a conteggio di fotoni e la Risonanza Magnetica da 3 Tesla, tra le prime installate in Italia.
Grazie al Progetto Anthem, finanziato con il Piano Nazionale Complementare al PNRR, queste tecnologie saranno dedicate alla ricerca clinica di frontiera, rendendo Humanitas un polo di eccellenza per medici, ricercatori e ingegneri da tutto il mondo.
Migliorare la vita ai pazienti
«Humanitas ha una missione chiara: sviluppare soluzioni diagnostiche e terapeutiche per migliorare la vita dei pazienti», afferma il professor Luigi Maria Terracciano, Direttore Scientifico dell’Istituto Clinico Humanitas e Rettore di Humanitas University. «Con il CLEM e con le nuove tecnologie già operative, possiamo esplorare i meccanismi delle malattie come mai prima e portare innovazione direttamente al letto del paziente. La medicina del futuro sarà sempre più precisa, predittiva e personalizzata».
