I recenti progressi nelle tecnologie mediche stanno dando origine a una moltitudine di proposte per metodi ibridi o multimodali che combinano radiazioni ionizzanti e non ionizzanti, ultrasuoni e strumenti di elaborazione delle immagini, con il potenziale complessivo di supportare la trasformazione digitale dei sistemi sanitari. La loro applicazione a zone critiche come i polmoni potrebbe avere un impatto rilevante su problemi ancora irrisolti come il carcinoma, su malattie genetiche come la fibrosi cistica o su condizioni infettive come la polmonite virale o batterica, che attendono chiaramente sviluppi innovativi. Tuttavia, invece di avanzare verso l’applicazione clinica, troppe nuove idee – per quanto valide – finiscono nella cosiddetta “valle della morte”. Nella maggior parte dei casi la ragione principale di tale fallimento è banale: la mancanza di strumenti adeguati per la valutazione delle prestazioni, con l’attuale paradigma basato sugli animali da laboratorio che risulta insostenibile, soprattutto per le fasi iniziali della ricerca quotidiana. In questo contesto i fantocci anatomici potrebbero svolgere un ruolo strategico. Tuttavia le soluzioni attuali basate su polimeri semplici o materiali naturali sono troppo primitive per supportare lo sviluppo di tecnologie ibride e multimodali e questo è particolarmente vero per organi complessi come i polmoni.

Questo progetto nasce da una crescente esigenza di progresso nella diagnosi e nel trattamento delle malattie polmonari, incluse quelle associate al COVID-19. L’obiettivo è sviluppare un fantoccio polmonare per testare nuovi approcci diagnostici o terapeutici, nonché protocolli clinici di interesse nel carcinoma e nella polmonite. Il progetto mira a realizzare una piattaforma innovativa in grado di replicare le interazioni tra i polmoni umani e tutti gli agenti fisici di interesse – come luce, ultrasuoni e raggi X – e di mostrare sensibilità dosimetrica a tutti i trattamenti fisici desiderati, come fototerapie e radioterapie.

Sintetizzeremo i materiali di base a partire dal polidimetilsilossano (PDMS) combinando metodi "bottom-up" e "top-down" al fine di ottenere architetture gerarchiche bio-ispirate che riproducano l’ultrastruttura dei polmoni umani e siano in grado di ospitare una varietà adeguata di mezzi di contrasto e sensori dosimetrici, per poi essere modellati in spugne simili ai polmoni con l’aiuto della manifattura additiva. Valuteremo le proprietà simil-tissutali e la risposta alle radiazioni in una varietà di condizioni precliniche e cliniche e testeremo l’uso dei fantocci in casi reali di procedure diagnostiche e terapeutiche attualmente oggetto di studio nell’ambito di iniziative concomitanti sviluppate a livello nazionale o internazionale al fine di creare opportunità sinergiche.

Il partenariato ALPHA è un team funzionale di esperti in fisica medica, scienza dei materiali, biofotonica e ricerca clinica, attivo su un ampio spettro di metodi diagnostici e terapeutici. Esso fornirà una combinazione ideale di conoscenze di base, competenze tecniche, scenari applicativi e potenziale di divulgazione per ottenere il massimo impatto scientifico e socioeconomico.

Progetto 2022HHZWRS finanziato all’interno del Bando PRIN 2022 di cui al Decreto Direttoriale n. 104 del 02/02/2022 nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, Missione 4 – Componente 2. Dalla Ricerca all’Impresa - Investimento 1.1 Fondo per il Programma Nazionale della Ricerca (PNR) e Progetti di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN), finanziato dall’Unione europea – NextGenerationEU – CUP D53D23013540006..