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CONcISE: il progetto europeo sulla biofotonica che punta a cambiare il dottorato tradizionale

Perché ne stiamo parlando
L’iniziativa europea “Doctoral Network” sta cercando di aprire nuove prospettive per la formazione dei ricercatori del futuro. Al suo interno, un progetto coordinato dal CNR mira a dare formazione multisciplinare a 11 dottorandi per misurazioni più veloci ed efficaci nel campo della cosiddetta biofotonica.

CONcISE: il progetto europeo sulla biofotonica che punta a cambiare il dottorato tradizionale
Immagine generata utilizzando l'intelligenza artificiale

Un ambizioso progetto Europeo guidato dall’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), chiamato CONcISE, intende creare nuove competenze multidisciplinari in grado di portare innovazione nel settore della biofotonica, un campo di ricerca che esplora l’interazione della luce con i sistemi biologici in tutte le sue sfaccettature, compresa l’emissione di luce da parte dei tessuti in risposta all’illuminazione.

Finanziato con 2,6 milioni di euro nell’ambito delle prestigiose Azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA) dell’Unione Europea, il progetto ha selezionato 11 dottorandi da tutto il mondo per condurre attività di ricerca focalizzate sulla sviluppo di tre strumenti specifici. Tuttavia, l’obiettivo principale, come espresso nel Doctoral Network, è quello di garantire che i dottorandi completino con successo il loro percorso di dottorato, producendo pubblicazioni scientifiche e acquisendo le competenze necessarie per inserirsi nel mondo del lavoro o per proseguire nell’ambito accademico. “La grossa parte del finanziamento infatti”, spiega Andrea Farina, coordinatore del progetto e ricercatore presso l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, “servirà per pagare lo stipendio per tre anni a questi ricercatori che hanno vinto questa prestigiosa borsa di studio”. L’ambito di studio è quello di creare un nuovo livello di comprensione dei tessuti biologici attraverso l’utilizzo di tecniche di diagnostica per immagini all’avanguardia e il coinvolgimento di approcci avanzati di intelligenza artificiale, aprendo nuove strade per la diagnosi e la comprensione delle malattie.

Il Doctoral Network e il superamento del gap tra chi misura e chi analizza dati

L’iniziativa europea “Doctoral Network” sta cercando di superare le tradizionali barriere settoriali nel percorso di dottorato, aprendo nuove prospettive per la formazione dei ricercatori del futuro.

“Consideriamo il percorso di dottorato tradizionale”, spiega Andrea Farina. “Un candidato si iscrive a una scuola di dottorato che fa parte di un dipartimento specifico, ad esempio un dipartimento di fisica sperimentale. Qui, il focus del percorso di dottorato è spesso centrato sull’aspetto sperimentale. D’altro canto, ci sono coloro che intraprendono dottorati in altre parti del mondo, come in Inghilterra, concentrando la propria ricerca sull’analisi dei dati. Questi ricercatori non lavorano in laboratori, ma si concentrano su tecniche avanzate di analisi e informatica”.

Il Doctoral Network nasce per colmare il divario che spesso si forma tra chi effettua misurazioni sperimentali e chi si occupa poi dell’analisi dei dati, afferma Farina. “Ad esempio, uno studente specializzato in computer science potrà trascorrere periodi di ricerca presso un partner all’estero che si concentra sulla sperimentazione. Questo consentirà loro di comprendere le sfide pratiche, interagire con i colleghi e sviluppare algoritmi che tengano conto dei vincoli reali”.

Un obiettivo chiave di questo progetto è rendere il percorso di dottorato più multidisciplinare, rompendo le barriere settoriali che spesso caratterizzano le scuole di dottorato tradizionali. “Ci auguriamo che con questo progetto europeo si crei una nuova generazione di ricercatori con una vasta gamma di competenze”.

Sei “schools” per fornire ai dottorandi un apprendimento variegato

Nel contesto del progetto CONcISE, è stata pianificata l’organizzazione di sei sessioni formative speciali, chiamate “school”, che rappresentano un’opportunità unica per i dottorandi di acquisire conoscenze teoriche e pratiche su una vasta gamma di argomenti, nonché di interagire con esperti del settore e aziende.

Queste school avranno una durata di sei settimane ciascuna e si svolgeranno in sequenza presso i diversi beneficiari del progetto:
“La prima school è prevista per l’anno prossimo presso il Politecnico di Milano”, spiega Farina.

“A distanza di sei mesi, è prevista la seconda school, che si terrà presso uno dei partner esperti nell’ambito dell’intelligenza artificiale. In questa occasione, saranno organizzate ulteriori lezioni e workshop pratici, creando un ambiente simile a quello di una summer school. Questa è un’altra componente fondamentale del progetto, poiché mira a fornire ai dottorandi un’esperienza di apprendimento approfondita e variegata”.

Gli obiettivi si snodano attorno tre strumenti

Gli studi del progetto CONcISE si concentreranno attorno tre strumenti innovativi, ciascuno con un approccio unico.

Il primo strumento sfrutta una tecnica chiamata tomografia ottica diffusa (diffuse optical tomography), che coinvolge l’uso di luce, come quella infrarossa o rossa, per rivelare come il tessuto si presenta nelle profondità. L’uso di metodi avanzati di intelligenza artificiale è parte integrante di questo processo, potenziando l’analisi dei dati raccolti e aprendo nuove possibilità nella comprensione dei tessuti.

Un secondo strumento è più orientato all’ambito clinico, anche se ancora nelle fasi precliniche. Qui, l’obiettivo è combinare la fluorescenza e la luce penetrante per esplorare il tessuto superficiale in modo più rapido ed efficace. Questo approccio consente un’analisi più veloce in tempo reale, consentendo di osservare la concentrazione di sostanze come acqua e sangue nei vasi sanguigni con immediata chiarezza.

Il terzo strumento è la microscopia a due fotoni, un metodo avanzato per esaminare campioni biologici a livello di laboratorio. Questo approccio sfrutta un particolare tipo di luce laser per ottenere immagini dettagliate di zone specifiche di un campione, riducendo il “rumore”, cioè gli elementi disturbanti la visione, e migliorando l’efficienza dell’immagine. L’obiettivo è ottenere informazioni più precise senza la necessità di scansioni puntuali.

Il progetto si concentra anche sull’idea di sviluppare tecniche di imaging multidimensionale, comprensive di spazio, spettro e tempo. Questo consentirebbe di ottenere informazioni dettagliate su come le sostanze si comportano all’interno dei tessuti, consentendo una migliore localizzazione di elementi come i bordi dei tumori.

I recenti progressi in questo campo e le promesse per il futuro

Il progetto CONcISE sposa quindi da un lato un approccio nuovo alla preparazione dei dottorandi ad entrare nel mondo della ricerca, dall’altro le possibilità della biofotonica, una branca che anche recentemente ha portato ad interessanti risultati.

Un recente progetto del Politecnico di Milano chiamato Solus, ha portato allo sviluppo di un sistema innovativo di imaging tomografico multimodale per migliorare la diagnosi del cancro al seno. Il nucleo del progetto ha visto la sinergia tra diverse tecnologie, tra cui gli ultrasuoni e la tomografia ottica diffusa. L’obiettivo era chiaro: quantificare la concentrazione di collagene all’interno del seno delle donne, un indicatore cruciale nel rilevare il rischio di tumore al seno. Questa strategia diagnostica non invasiva è particolarmente importante, in quanto il tumore al seno può colpire anche le fasce di popolazione giovane. Trovare metodi che non richiedano interventi invasivi o esami radiografici è di fondamentale importanza per individuare tempestivamente possibili rischi.

Un ambito rilevante in cui questa tecnologia può ottenere risultati promettenti riguarda l’imaging cerebrale. Utilizzando il concetto di ossigenazione dell’emoglobina, è possibile studiare l’attività cerebrale in modo non invasivo. Questo tipo di analisi permette di individuare le aree attivate nel cervello, ad esempio quando si affrontano situazioni emotivamente intense o si risolvono complessi calcoli matematici. Questo approccio potrebbe essere particolarmente utile nel monitoraggio di malattie cerebrovascolari, come gli ictus.

Le nuove opportunità per studiare gli organi e diagnosticare precocemente patologie con strumentazioni, misurazioni ed analisi sempre più efficienti sono dunque nelle mani dei nuovi ricercatori. Come gli 11 dottorandi selezionati accuratamente dal gruppo di CONcISE per portare innovazione in Europa in questo campo.

Keypoints

  • L’iniziativa europea “Doctoral Network” sta rompendo le barriere settoriali nei percorsi di dottorato, aprendo nuove prospettive per i ricercatori futuri
  • Nel contesto di questo programma, il progetto CONcISE, guidato dall’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR, forma 11 dottorandi per sviluppare innovazioni nella biofotonica, esplorando l’interazione della luce con sistemi biologici
  • Il progetto mira a creare competenze multidisciplinari e strumenti avanzati per la comprensione dei tessuti biologici, integrando l’IA
  • Il progetto aspira anche a colmare il divario tra misurazioni sperimentali e analisi dati attraverso il Doctoral Network, promuovendo competenze multidisciplinari tra i dottorandi
  • La formazione includerà sei sessioni “school” per acquisire conoscenze teoriche e pratiche su una vasta gamma di argomenti
  • Il progetto CONcISE si concentra su strumenti innovativi nella biofotonica, con l’obiettivo di migliorare la diagnosi precoce delle malattie e comprendere meglio i tessuti biologici

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