Al CNR-IFC di Pisa la ricerca guarda sempre più in profondità.
Grazie alla collaborazione tra l’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR e l’Università di Pisa, il laboratorio See-Life — nodo dell’infrastruttura europea Euro-BioImaging — si è arricchito di un sistema MILabs SPECT/CT/3D Optical Imaging di ultima generazione, fornito e installato da Assing.
Un’acquisizione che nasce da un lungo percorso di sinergie tra fisici, biologi, medici e ingegneri, e che oggi apre nuove prospettive nella ricerca preclinica e teranostica, dal cancro alle malattie cardiovascolari.
Come raccontano i ricercatori Nicola Belcari e Luca Menichetti in questa intervista, il nuovo sistema consente di combinare imaging nucleare e ottico in un’unica piattaforma, offrendo una visione tridimensionale e multimodale dei processi biologici in vivo.
Una tecnologia che migliora la qualità dei dati, velocizza i flussi di lavoro e, soprattutto, amplia le possibilità di sperimentazione: dallo sviluppo di nuovi radiofarmaci alla medicina di precisione del futuro.
Potete raccontarci brevemente le principali attività di ricerca portate avanti dal CNR-IFC di Pisa e qual è il vostro specifico ambito di lavoro?
L’istituto di Fisiologia Clinica del CNR porta avanti un’attività di ricerca multidisciplinare in ambito biomedico, focalizzata sullo studio dei meccanismi molecolari e cellulari alla base di diverse patologie, incluso il cancro, e sulla fisiopatologia del sistema cardiovascolare. Tali linee di ricerca sono supportate dall’impiego di tecnologie avanzate di imaging biomedico. In questo contesto, l’IFC ospita il laboratorio See-Life, che agisce quale nodo dell’infrastruttura di ricerca europea Euro-BioImaging. Il laboratorio offre accesso a un network di tecnologie e competenze, promuovendo un modello di scienza aperta e collaborativa.Il gruppo di ricerca è altamente multidisciplinare e comprende Biologi, Medici, Veterinari, Chimici e Fisici provenienti si dal CNR che dall’Università di Pisa.
Il sistema MILabs SPECT/CT/3D OI è stato installato grazie a una collaborazione tra CNR-IFC ed Università di Pisa. Ci spiegate come è nata questa sinergia e quali obiettivi vi siete posti?
La collaborazione tra IFC-CNR e Università di Pisa, ed in particolare con il Dipartimento di Fisica, ha radici profonde dettate dalla complementarietà delle competenze. Nel corso degli ultimi 20 anni la collaborazione si è concentrata sull’imaging in-vivo di piccoli animali con tecniche di imaging nucleare. Questo ha portato innovazioni nel campo della strumentazione per l’imaging PET, SPECT e CT con lo sviluppo di nuovi scanner dedicati ma anche alla creazione di una intera filiera che va dalla produzione dei radioisotopi, allo sviluppo di nuovi radiofarmaci, fino alle applicazioni in-vivo. Negli ultimi anni la collaborazione si è rafforzata grazie alla partecipazione congiunta al nodo italiano di Euro-BioImaging denominato MMMI (Multi-Modal Molecular Imaging) ed infine alla partecipazione al progetto PNRR See-Life. Proprio grazie al contributo di questo progetto è stato possibile realizzare nuovi laboratori per l’imaging preclinico e la scelta più naturale è stata quella di creare un laboratorio congiunto tra IFC-CNR e l’Università di Pisa che partecipa attraverso il CISUP (Center for Instrument Sharing of the University of Pisa) così da rendere più efficiente l’interazione, la condivisione di risorse e la collaborazione scientifica tra i due enti.
Quali sono le principali caratteristiche del sistema SPECT/CT/3D OI che lo rendono innovativo rispetto ad altre tecnologie di imaging preclinico?
Le nostre richieste scientifiche partivano dalla necessità di colmare il nostro gap tecnologico verso le tecniche di imaging nucleare a singolo fotone. Il laboratorio ha una lunga tradizione di imaging PET/CT preclinico. Volendo però orientare la nostra ricerca verso le applicazioni tenarostiche è subito emersa la necessità di dotarsi di una SPECT/CT ad alta risoluzione spaziale allo stato dell’arte. Il sistema offerto da MiLabs ha subito catturato la nostra attenzione per le prestazioni offerte. Nella possibile integrazione con il sistema di imaging ottico abbiamo inoltre visto la possibilità di espandere ulteriormente le nostre possibilità sperimentali. Da un lato, l’idea di avere un sistema separato su docking station per il 2D non limita il nostro flusso di lavoro mentre dall’altro la possibilità di integrare il sistema OI con la CT ed ottenere immagini 3D è una necessità irrinunciabile per l’imaging correlativo con le tecniche PET e SPECT.
Dal punto di vista delle applicazioni scientifiche, per quali linee di ricerca state già utilizzando lo strumento? E che tipo di vantaggi vi offre concretamente nel disegno e nello svolgimento degli esperimenti?
In questo momento siamo ancora in fase di disegno sperimentale di alcuni protocolli. Le applicazioni più immediate saranno nel campo dell’imaging cardiologico SPECT. A seguire, entreremo maggiormente nel campo della teranostica. Siamo già programmando misure sperimentali che riguardano un nuovo agente teranostico per il tumore della prostata basato su un isotopo ancora non completamente esplorato ma dalle grandi potenzialità come l’111Ag. Inoltre, vista la buona qualità della CT installata nel nostro sistema stiamo portando avanti protocolli di imaging ex-vivo su campioni di tessuti ed anche nel campo agronomico affrontando alcune problematiche legate ai controlli di qualità nella filiera agroalimentare.
Dal lato SPECT la flessibilità di scelta tra vari collimatori in modo da poter ottimizzare il tradeoff tra risoluzione spaziale, sensibilità e dimensioni del campo di vista è una caratteristica per noi fondamentale visto che abbiamo a che fare sia con ratti che con topi, mentre dal lato CT la possibilità di ottenere, grazie alla magnificazione variabile, imaging ad alta risoluzione spaziale su piccoli FOV ci permette di portare avanti studi di campioni biologici che per noi rappresenta una parte rilevante della ricerca.
In che misura l’introduzione di questo strumento ha migliorato l’efficienza o la qualità dei dati raccolti nei vostri studi?
Credo che scopriremo le piene potenzialità dello strumento man mano che porteremo avanti protocolli sperimentali sempre più complessi. In questi primi mesi di utilizzo abbiamo potuto apprezzare la rapidità di ricostruzione delle immagini sia CT che SPECT che spesso risulta un elemento meno evidente ma che diventa altrettanto fondamentale quanto la qualità del dato stesso quando il numero di scansioni diventa rilevante, migliorando così tutto il flusso di lavoro.
Guardando alle prospettive future, quali nuovi progetti o linee di ricerca pensate di avviare grazie al supporto di questa tecnologia?
L’infrastruttura SEE-LIFE è strategica per lo sviluppo di nuovi approcci basati su traccianti molecolari e agenti teranostici. Il laboratorio è stato potenziato con tecnologie all’avanguardia, in previsione della crescente domanda di trattamenti personalizzati. Riteniamo che queste piattaforme siano indispensabili per supportare la medicina di precisione nel prossimo decennio, sia in ambito oncologico che in altre patologie.