Digital twin potenziati dall’intelligenza artificiale destinati a rivoluzionare la ricerca sulle metastasi ossee
(English version in the related article below) L’Università di Pavia contribuisce a uno studio rivoluzionario sui digital twin delle metastasi ossee, pubblicato su «Cancer Research».
Un team internazionale che comprende Università di Pavia, Politecnico di Milano, La Rochelle University (FR), Houston Methodist Research Institute (USA) e MD Anderson Cancer Center (USA) ha raggiunto un traguardo fondamentale nella ricerca oncologica, con uno studio appena uscito sulla prestigiosa rivista.
Il lavoro introduce A(BM)², un digital twin in vivo–inspired delle metastasi ossee, capaci di riprodurre come i tumori della prostata e del rene colonizzino l’osso, interagiscano con il suo microambiente e rispondano alle terapie.
Questo digital twin è costituito da modelli computazionali avanzati di tipo agent-based utilizzano tecniche di intelligenza artificiale per integrare imaging biologico, dati sperimentali e simulazioni matematiche. La calibrazione guidata dall’AI ha permesso ai digital twin di riprodurre fedelmente la crescita delle cellule tumorali, l’angiogenesi (formazione di nuovi vasi sanguigni) e l’osteolisi (degradazione ossea indotta dall’interazione tumore-osteoclasti). In questo modo i modelli si comportano come pazienti virtuali, in cui studiare processi biologici complessi e testare terapie con un livello di dettaglio senza precedenti.
Lo studio ha dimostrato che i digital twin riescono a replicare con accuratezza gli effetti di farmaci già in uso, come il cabozantinib (che colpisce la vascolarizzazione tumorale) e l’acido zoledronico (che limita il riassorbimento osseo). Oltre a validare trattamenti esistenti, i modelli offrono capacità predittiva per nuove strategie terapeutiche, mostrando come l’AI e la modellazione computazionale possano scomporre l’“ecosistema biologico” delle metastasi, dalle interazioni tumore–osso al supporto vascolare fino ai meccanismi di resistenza alle terapie.
Il gruppo del professor Pietro Cerveri, presso l’Università di Pavia, ha contribuito con la sua esperienza in modellazione matematica e analisi di immagini biomedicali, supportando lo sviluppo dell’infrastruttura computazionale e delle strategie di integrazione dati che hanno reso possibile la creazione dei digital twin.
L’impatto complessivo di questa ricerca è potenzialmente trasformativo: ridurre la dipendenza dai modelli animali, accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci e aprire la strada a simulazioni personalizzate delle terapie. Questo risultato sottolinea come intelligenza artificiale, bioingegneria e biologia dei tumori possano convergere per ridisegnare il futuro dell’oncologia, e mette in evidenza il ruolo dell’Università di Pavia come motore di innovazione scientifica all’avanguardia nella ricerca contro il cancro.
Le immagini sopra riportate mostrano come viene riprodotta la progressione dell’osteolisi sia negli esperimenti in vivo sia nella simulazione in A(BM)². Nei topi, l’impianto di cellule tumorali (PC3 o RENCA) porta a una perdita progressiva di osso, misurata con µCT, e le cellule PC3 risultano più osteolitiche delle RENCA.
L’analisi immunofluorescente conferma che questo fenomeno è associato a un maggior reclutamento di osteoclasti (OC) da parte di PC3. Lo stesso comportamento viene poi ricreato nel modello computazionale, in cui gli osteoclasti vengono attivati quando i tumori si trovano vicino alla superficie ossea, portando a riassorbimento del tessuto e sostituzione con cellule tumorali.
In sintesi, la figura dimostra che A(BM)² è in grado di riprodurre fedelmente le differenze tumorali osservate in vivo nel processo di osteolisi, sottolineando l’importanza del tipo di tumore e della sua prossimità all’osso nel determinare la gravità della distruzione ossea.
Potrebbe interessarti anche
