Scopri come la modellazione computazionale sta giocando un ruolo nello sviluppo della biostasi.
La biostasi (nota anche come crionica) è un campo che sta lentamente rivelando le sue potenzialità al mondo. La ricerca scientifica, tecnologica e medica avanza ad un ritmo incredibile, permettendoci di raggiungere obiettivi che non avremmo mai creduto possibili. Quali sono le ultime scoperte sulla criopreservazione? Quanto siamo lontani dalla creazione di banche di organi criopreservati? Cosa ci impedisce di rianimare con successo un essere umano? Per rispondere ad alcune di queste domande, abbiamo deciso di intervistare Roman Bauer, rinomato scienziato che si occupa dibiologia computazionale.
Vi starete chiedendo: cosa fa esattamente un biologo computazionale? Il termine copre tutta unaserie di lavori, da analista di dati, curatore di dati, sviluppatore di database, statistico, modellatore matematico, bioinformatico, sviluppatore di software… In pratica tutti quegli scienziati che hanno deciso di affidarsi alle nuove tecnologie per lo sviluppo di dati analizzati e modelli utili.
Roman Bauerè un perfetto esempio di scienziato interdisciplinare. Dopo un Master in Scienze e Ingegneria Computazionale con Specializzazione in Fisica Teorica e Robotica, Bauer ha conseguito un dottorato in Neuroscienze Computazionali pressol'Istituto di Neuroinformatica di Zurigo. Uno dei vari progetti per cui è famoso è un software accessibile gratuitamente, sulla piattaforma BioDynaMo, creata nel 2015 in collaborazione con laUniversità del Surrey, il CERN e molte altre istituzioni. Questa piattaforma permette agli esperti (e non) di informatica di creare, eseguire e visualizzare simulazioni biologiche 3D.
Insieme al suo interesse per le neuroscienze computazionali, l’apprendimento automatico e l’IA, e la ricerca sul cancro, Bauer ha passato del tempo a lavorare su strumenti matematici e computazionali per ottimizzare i protocolli di criopreservazione. Ed è sulla base di queste conoscenze che abbiamo deciso di porgli alcune domande!
È stato circa 10 anni fa, durante un periodo in cui ho iniziato a pensare più profondamente alla mortalità. La causa principale è stata la morte di un mio caro amico. Gli fu diagnosticato un cancro all’età di 32 anni e morì 2 anni dopo. Il suo cancro e la successiva morte sono avvenuti nonostante il suo stile di vita molto sano (non aveva mai fumato, non beveva, faceva sport a livello agonistico, ecc.). Ho vissuto i suoi sentimenti e l’impatto che la sua condizione ha avuto sulla sua famiglia e sui suoi amici. Questo evento mi ha davvero svegliato e ho pensato quanto sarebbe stato bello se ci fosse stato un modo per mettere in pausa il processo della morte che comporta così tanto dolore fisico e mentale.
Da lì è nato il mio interesse per la scienza alla base della criopreservazione, inizialmente per pura curiosità. È stato durante il mio periodo di post-dottorato che ho veramente colto il potenziale dei miei metodi computazionali per applicazioni biomediche, e ho anche iniziato a lavorare sul tema del cancro. Ho capito che i miei metodi potevano essere applicati a vari argomenti, compresa la criopreservazione.
Attualmente, la criopreservazione è utilizzata prevalentemente per la preservazione delle cellule (ad esempio, spermatozoi, cellule staminali, semi) piuttosto che dei tessuti. Inoltre, si basa principalmente su tecniche sperimentali piuttosto che su metodi computazionali. Quindi c’è molto lavoro euristico e basato su prove ed errori. C’è anche un divario tra ciò che oggi si può realizzare per le cellule e gli organi/individui, e trovo molto eccitante lavorare per colmare questo divario.
La natura delle sfide dipende dal processo di criopreservazione. Ci sono due metodi consolidati: "vetrificazione" e "raffreddamento lento". La vitrificazioneha portato a molti progressi ed è attualmente più utilizzata del raffreddamento lento. Tuttavia, richiede che la temperatura scenda rapidamente, il che non è un’opzione per volumi di dimensioni di organi. Diversamente, sono necessarie concentrazioni molto elevate di agenti crioprotettivi tossici. Quindi, tale tossicità è altamente problematica per i tessuti complessi.
In questo caso la possibilità di studiare nuove sostanze chimiche meno tossiche è molto promettente. Infatti, alcuni animali producono sostanze antigelo che permettono loro di sopravvivere a temperature molto basse. Prendere ispirazione dai fenomeni naturali rappresenta una direzione di ricerca molto eccitante.
D’altra parte, il raffreddamento lento non richiede rapidi cali di temperatura. È quindi più facilmente modulabile in termini di volume di tessuto. Tuttavia, il problema del raffreddamento lento è la formazione di cristalli di ghiaccio nello spazio extracellulare. Esistono modi per ridurre o addirittura evitare questo fenomeno ma, per ottenere risultati migliori, sono necessarie ulteriori ricerche. È sorprendente come l’acqua, pur essendo così abbondante nel mondo, sia anche così complicata!
L’uso della modellazione e delle simulazioni computazionali nella criopreservazione sta crescendo, poiché c’è un potenziale significativo. Infatti, i metodi computazionali/bioinformatici hanno già rivoluzionato tanti altri campi biomedici come la genomica o le neuroscienze. Nel mio recente progetto di ricerca finanziato dall'Engineering and Physical Sciences Research Councildel Regno Unito (EPSRC), affrontiamo esattamente questa opportunità. Attualmente stiamo redigendo i nostri risultati, che confermano che c’è molto da guadagnare dall’applicazione di tecniche di ML. Su questa linea, possiamo creare un “banco di prova virtuale” per simulare computazionalmente i cambiamenti previsti per le cellule, e usare metodi di ottimizzazione sofisticati per determinare parametri di protocollo migliori. Sto descrivendo questo lavoro anche sul mio sito personalewww.romanbauer.net.
Se per “riuscirci” intendi la capacità di criopreservare gli organi umani, è molto difficile dirlo perché la scienza non progredisce in modo prevedibile. Come disse notoriamente Einstein: “Se sapessimo quel che stiamo facendo, non si chiamerebbe ricerca. Vero?”. Ma so che attualmente stiamo solo grattando la superficie, e il campo ha bisogno di prendere slancio. Non conosco nessun programma universitario in cui ci sia un modulo dedicato alla criopreservazione. Invece, la criopreservazione è più spesso intesa come un insieme di protocolli che vengono impiegati su richiesta, come supporto ai gruppi di ricerca. Se ci fosse più apprezzamento per la criopreservazione come campo accademico di ricerca e argomento di formazione per gli studenti, si farebbe molta strada.
Suppongo che sia stata una storia o un film (probabilmente la classica fiaba de "Suppongo che sia stata una storia o un film (probabilmente la classica fiaba de"La Bella Addormentata" o forse il film "Forever Young" on Mel Gibson) a farmi entrare in contatto per la prima volta con questa idea di preservare un umano. All’epoca ero molto giovane e non ci pensai più di tanto. Ma è rimasta da qualche parte nella mia mente, e si è galvanizzata quando ho letto"La prospettiva dell'immortalità" di Robert Ettinger.
Sarebbe la più grande conquista dell'umanità dall’invenzione della ruota. I pazienti con cancro terminale o gravi malattie degenerative avrebbero la possibilità di essere curati in futuro. I viaggi spaziali a lunga distanza e la colonizzazione dei pianeti esterni diventerebbero opzioni praticabili. La medicina d’emergenza verrebbe rivoluzionata. Le conseguenze positive sono numerose.
Entrambi i tipi di criopreservazione sarebbero di immenso valore. Lo studio di Giwa et al. (Nature Biotechnology, 2017) sostiene che la disponibilità di organi sufficienti potrebbe teoricamente prevenire > 30% di tutti i decessi. La durata della vita in salute dell'uomo medio sarebbe notevolmente migliorata.
Penso che la criopreservazione umana migliorerebbe anche la società perché promuoverebbe il pensiero a lungo termine. Sapere che la nostra vita può realisticamente essere molto più lunga di 80 o 90 anni comporterebbe più considerazioni e incentivi per vivere insieme come una società fiorente, oltre che su un pianeta sano.
La criopreservazione è attualmente meno accademica e riceve meno finanziamenti pubblici di molti altri campi scientifici. L’ho notato particolarmente bene perché il mio background è nelle Neuroscienze Computazionali, dove c’è una cultura di lunga data e ben consolidata di dati e strumenti liberamente disponibili. Gli interessi commerciali e le restrizioni legali giocano un ruolo importante nella criopreservazione, il che ha portato a proteggere o concedere in licenza un sacco di proprietà intellettuale, rendendo più difficile collaborare facilmente e democratizzare la ricerca. Quindi penso che abbiamo bisogno di più finanziamenti per la ricerca, in cui sia un requisito che i risultati siano apertamente accessibili, e che sostenga la collaborazione internazionale.
È per queste ragioni che io stesso ho co-fondato la collaborazione BioDynaMo, ove abbiamo creato un software open-source per modellare sistemi biologici, inclusa la criopreservazione di cellule e tessuti. Ora siamo una collaborazione di 9 istituzioni di 6 paesi diversi, e siamo fortemente impegnati a rendere i nostri risultati, risorse e competenze accessibili alla comunità di ricerca. Organizziamo regolarmente riunioni a cui possono partecipare tutti coloro che sono interessati. Sarebbe bello se potessimo collaborare di più con i ricercatori nel campo della criopreservazione e creare una piattaforma dove vengano condivisi dati e protocolli.
La criopreservazione è un campo giovane e piccolo con un gran potenziale. Non è necessario essere un ricercatore o un miliardario per contribuirvi, né è necessario un impegno a tempo pieno. Se si è disposti a impegnarsi, si può fare una grande differenza. Quindi, se siete interessati a questo argomento, il mio consiglio è di pensare molto attentamente a quale percorso si adatta meglio alla vostra mentalità, alle vostre passioni e a ciò che vi interessa veramente.
AllaConferenza Biostasis2021, abbiamo avuto il piacere di incontrare personalmente Roman Bauer e di ascoltare il suo intervento su “Il Futuro della Criopreservazione: Approcci Computazionali e Automatizzazione”. Se volete saperne di più sul suo progetto BioDynaMoe sul suo impegno nel costruire un approccio computazionale alla criopreservazione, guardate il discorso completo.
La comunità crionica è composta da diversi individui che stanno applicando le proprie conoscenze per il progresso di questa scienza. Noi di Tomorrow Biostasis ci aspettiamo grandi risultati!
Se anche voi volete vedere gli sviluppi tecnologici dei prossimi anni (se non secoli) iscrivetevi qui e fate il grande passo. Se avete ancora domande, prenotate una telefonata con un membro del nostro team.
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