Ospedale San Martino
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Neuroscienze Sperimentali

La mission dell’Uo è quella di studiare i meccanismi biologici e molecolari alla base delle principali malattie neurologiche e psichiatriche con particolare focus sul trasferimento delle informazioni tra i neuroni e l'applicazione di nuove tecnologie per modulare l'attività neurale in condizioni di salute e malattia; sul ruolo dell’infiammazione e dei processi di danno sinaptico e morte cellulare coinvolti nelle malattie immuno-mediate del sistema nervoso centrale, nelle malattie neurodegenerative, nelle malattie rare quali alcune forme di epilessia e nelle polineuropatie ereditarie e nelle malattie della retina. Svolge, inoltre, attività di ricerca finalizzata all’identificazione di biomarcatori prognostici e di risposta alle terapie nelle malattie neurologiche. Si avvale, inoltre, di un laboratorio Med-Tech dove si sviluppano nuove neurotecnologie allo scopo di creare sinergie efficaci tra il mondo medico e il mondo scientifico-tecnologico, attraverso un approccio dalla micro (nano) scala alla clinica. Collabora con i laboratori dell’Istituto Italiano di Tecnologia in convenzione con il Policlinico presenti presso il Cba.

Riferimenti della Uo Neuroscienze sperimentali

Sede: Padiglione Ist Nord, D2

Dirigente sanitario

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Tel: 010 555 8762
Ist Nord, torre D2

Linee di ricerca

  • Il nostro gruppo studia le interazioni tra sistema nervoso centrale (SNC) e sistema immunitario in condizioni fisiologiche e in modelli preclinici di diverse patologie, tra cui sclerosi multipla, malattia di Parkinson, infarto, aterosclerosi e tumori cerebrali. In particolare, indaghiamo i meccanismi attraverso cui il sistema nervoso simpatico (SNS) regola la maturazione delle cellule immunitarie nei principali organi linfoidi primari, come midollo osseo e timo, con l’obiettivo di caratterizzarne i meccanismi molecolari e individuare potenziali bersagli farmacologici. Abbiamo identificato un asse ipotalamo–SNS–organi linfoidi in cui i neuroni AgRP controllano la maturazione immunitaria tramite la modulazione della trasmissione adrenergica nei tessuti ematopoietici. Il nostro approccio integra ricerca di base, modelli animali e studi traslazionali su pazienti, analizzando campioni biologici per identificare biomarcatori utili a monitorare l’attività di questo asse e sviluppare nuove strategie diagnostiche e terapeutiche in ambito neuroimmunologico.

Finanziamenti ottenuti

  • 5x1000 public funding. Titolo progetto: “Role of AgRP neurons in acute myocardial infarction and ischemic stroke”.
  • 5x1000 public funding. Titolo progetto: “Role of AgRP neurons in acute Parkinson disease”.
  • Italian Ministry of University and Research, National Recovery and Resilience Plan. Titolo progetto: “A multiscale integrated approach to the study of the nervous system in health and disease (MNESYS)”
  • Italian Ministry of Health (PNRR). Titolo progetto: “Immune-nervous system interplay in Multiple Sclerosis: understanding the role of catecholamines in the control of neuronal and immune dysfunctions” (PNRR-MAD-2022-12376126).
  • Italian Ministry of Health (PNRR). Titolo progetto: “Facing the challenge of precision medicine in Alzheimer's Disease via the validation of a clinically-feasible multi-parametric quantitative Mri protocol” (PNRR-MCNT2-2023-12377527).
  • Italian Foundation for Multiple Sclerosis (FISM). Titolo progetto: “Role of the bone marrow in the maintenance of pathogenic or protective CD4+ T-cell subsets in multiple sclerosis” (2023_R-Multi_024).
  • Italian Ministry of University and Research. Titolo progetto: “Tissue recovery and plasticity after CNS inflammatory-demyelinating relapses” (FIS00002258).

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0001-7965-6851

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IST Nord, torre D2

Linee di ricerca

L’attività di ricerca si concentra sullo studio del ruolo dei neuroni ipotalamici AgRP nella modulazione della risposta immunitaria centrale e periferica nella Sclerosi Multipla (SM) e nel modello EAE, utilizzando modelli murini e tecniche di neuromodulazione per analizzare l’impatto su infiammazione e demielinizzazione, mentre l’esplorazione del ruolo dell’asse AgRP–sistema nervoso simpatico–β3AR si concentra sulla regolazione di ematopoiesi e linfopoiesi durante neuroinfiammazione, con focus sull’interazione tra neuroni ipotalamici, midollo osseo e timo. A questo si affianca la definizione del ruolo del pathway AgRP–MC3R nella regolazione di maturazione, attivazione e funzione delle cellule immunitarie innate nella SM e nel modello EAE, come collegamento tra attività neuronale e disregolazione immunitaria, insieme alla misurazione di biomarcatori tramite tecnologie ultrasensibili (SIMOA, ELLA) in fluidi biologici, per diagnosi precoce e monitoraggio delle patologie neurodegenerative e neuroinfiammatorie.

Finanziamenti ottenuti:

  • 5 x1000 2023. Titolo progetto: “‘Fingerprinting’ sinaptico e prognosi nell’Alzheimer prodromico: studio multimodale di biomarcatori liquorale ed imaging [¹⁸F] FDG-PET” (2023-2025). Ruolo: Co-PI. Importo assegnato: 30.000 €.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-9421-3212

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Linee di ricerca

La nostra linea di ricerca si concentra sulla comprensione dei meccanismi che determinano vulnerabilità e resilienza genetica tra individui, in relazione ad alterazioni del sistema immunitario. In questo contesto, stiamo esplorando come la deregolazione della segnalazione dei fosfoinositidi, mediata dalla proteina SHIP, influenzi la funzione della microglia e la comunicazione cellulare nelle malattie neurodegenerative. Questo progetto si concentra sulla demenza frontotemporale associata a mutazioni MAPT (MAPT-FTD), in cui la microglia perde funzioni omeostatiche contribuendo alla morte neuronale. Utilizzando modelli derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC) in sistemi 2D e 3D, integriamo approcci multi-omici e analisi funzionali per identificare i meccanismi molecolari alla base della disfunzione cellulare. L’obiettivo è chiarire come queste alterazioni contribuiscano allo sviluppo e alla progressione della malattia e individuare nuovi bersagli terapeutici.

Finanziamenti ottenuti

  • FIS3- Starting Grant (2026-2031)– SHiP-MiND - Defining the functional roles of the SH2-containing inositol 5-phosphatase (SHIP) paralogs in iPSC derived microglia and tri-culture brain model to unravel resilience traits and molecular targets in neurodegenerative diseases.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-9486-1746

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Linee di ricerca

  • La nostra principale linea di ricerca è lo studio dei meccanismi molecolari responsabili della malignità dei tumori cerebrali (glioblastoma, GBM), cioè della loro resistenza alla terapia e della conseguente recidiva. In particolare, abbiamo precedentemente scoperto che le cellule di GBM prendono contatto diretto con le cellule perivascolari cerebrali (periciti) durante il processo di sfruttamento dei vasi sanguigni cerebrali sani, un meccanismo noto come cooptazione vascolare. Questo evento, che media la resistenza del tumore alle terapie, è mediato dall'attività della Rho GTPase Cdc42 nelle cellule tumorali e la sua inibizione blocca il processo di cooptazione. L'obiettivo del presente progetto è indagare le pathways cellulari responsabili dell'attivazione dei periciti contro il tumore, come i nostri risultati preliminari suggeriscono che accada una volta che il Cdc42 è inibito nelle cellule GBM. A tal fine, stiamo utilizzando diversi approcci sperimentali, tra cui biologia cellulare, biologia molecolare, microscopia time-lapse ad alta risoluzione, sequenziamento di RNA su pool di popolazione e su singole cellule, biochimica e analisi dei dati.

Finanziamenti ottenuti

  • 5 x1000 per la Ricerca. Titolo progetto: “Studio dei periciti cerebrali come nuova arma a doppio taglio per sconfiggere la progressione del glioblastoma” (2024–2026). Ministero della Salute.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-4419-7621

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Linee di ricerca

  • La nostra ricerca si concentra sull’indagine delle interazioni neuroimmunitarie durante la gestazione, con particolare attenzione al ruolo delle cellule mieloidi, come microglia e macrofagi, nel sostenere una gravidanza sana e un corretto sviluppo cerebrale fetale. Definendo come l’immunità materno-fetale venga alterata, miriamo a identificare vie immunitarie disfunzionali che contribuiscono a disturbi neuropsichiatrici e neurodegenerativi, e a sviluppare nuove strategie terapeutiche. Il nostro lavoro precedente ha identificato il recettore TREM2 come un regolatore chiave del pruning sinaptico mediato dalla microglia durante il neurosviluppo e ha evidenziato la sua interazione con il locus MS4A nella modulazione del rischio di malattia di Alzheimer. Più recentemente, abbiamo dimostrato un ruolo cruciale degli interferoni di tipo I nei disturbi del neurosviluppo e nel controllo della funzione TREM2 della microglia. La nostra ricerca attuale mira a chiarire: (i) il ruolo delle cellule mieloidi nell’immunità materno-fetale e il loro coinvolgimento nel determinare una gravidanza fisiologica o patologica; (ii) come le infezioni virali, gli interferoni di tipo I e altri mediatori immunitari influenzino lo sviluppo fetale e la vulnerabilità alle malattie; (iii) come piattaforme sperimentali avanzate, inclusi sistemi derivati da cellule staminali pluripotenti indotte e organoidi, possano essere utilizzate per analizzare i meccanismi alla base dei disturbi neuropsichiatrici e neurodegenerativi, comprese le malattie rare associate a varianti di TREM2.

Finanziamenti ottenuti

  • Fondazione Cariplo – Giovani Ricercatori. Importo assegnato: 250.000 €. Ruolo: PI.
  • Italian Ministry of Health (PNRR). Titolo progetto: “Salvataggio della funzione delle varianti TREM2 associate al morbo di Alzheimer tramite una nuova classe di piccole molecole” (2022–2025). Codice: PNRR-MAD-2022-12376849. Research collaborator recruited from abroad.
  • McDonnell Center for Cellular and Molecular Neurobiology (Washington University in St. Louis). Titolo progetto: “FY20 Research Project” (2020–2021). Principal Investigator. Finanziamento: 30.000 €.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-7752-0974

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IST Nord, torre AA

Linee di ricerca

I nostri studi si focalizzano sui meccanismi cellulari e molecolari che regolano l’immunità del sistema nervoso centrale durante la neuroinfiammazione. In particolare, utilizziamo modelli murini di sclerosi multipla per studiare il ruolo del midollo osseo cranico come nicchia ematopoietica adiacente al SNC e come possibile fonte di cellule immunitarie coinvolte nella risposta meningeale. In questo contesto analizziamo il contributo delle cellule staminali e dei progenitori ematopoietici cranici alla generazione di popolazioni immunitarie che migrano verso le meningi e partecipano alla formazione e al mantenimento di strutture linfoidi terziarie, associate alle forme croniche di infiammazione del sistema nervoso centrale. A tal fine adottiamo un approccio multidisciplinare che integra tracciamento virale in vivo, modelli sperimentali di malattia, imaging, citofluorimetria e analisi molecolari e trascrittomiche, con l’obiettivo di definire l’origine, il destino e la funzione di queste cellule durante la patologia. Parallelamente, nell’ambito della Viral Vector Core Facility, sviluppiamo e applichiamo vettori lentivirali (LV) e adeno-associati (AAV) per il targeting cellulare e il trasferimento genico in vitro e in vivo, a supporto di progetti di ricerca in neuroscienze e oncologia.

Finanziamenti ottenuti

  • 5 x1000 IRCCS San Martino. Titolo progetto: “Tracciamento virale delle cellule staminali ematopoietiche craniche e contributo alla formazione delle cellule B meningeali nel modello murino di sclerosi multipla” (2023). Principal Investigator: Federico Carlini.
  • Telethon Spring Seed Grant UGDH. Titolo progetto: “Mechanosensitive regulation of the GABAergic switch in Jamuar syndrome” (2025). Collaboratore principale: Federico Carlini. PI: Fabio Falleroni.
  • Fondazione Cariplo – Fondazione Telethon Joint Call for Applications. Titolo progetto: “Role of VPS37D in morphological and functional neuronal dysfunction in Williams Beuren Syndrome” (2025). Collaboratore principale: Federico Carlini. PI: Stefano Lutzu.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0003-3503-5169

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Linee di ricerca

  • La nostra attività di ricerca si concentra sullo studio dei meccanismi di controllo neuro-immunitario, con particolare attenzione al ruolo dei circuiti ipotalamici AgRP nella regolazione della risposta immunitaria periferica e della comunicazione tra cervello e organi immunitari primari, come midollo osseo e timo. Utilizzando modelli murini transgenici e modelli di neuroinfiammazione, inclusa l’encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE), analizziamo come l’attività neuronale influenzi l’ematopoiesi e la generazione delle cellule immunitarie, contribuendo alla patogenesi di malattie come la sclerosi multipla. Parallelamente, sviluppiamo modelli innovativi nello zebrafish per studiare in vivo le interazioni dinamiche tra sistema nervoso e sistema immunitario, sfruttando linee transgeniche e reporter fluorescenti per visualizzare e modulare specifiche popolazioni cellulari durante l’infiammazione. Un ulteriore ambito di ricerca riguarda il ruolo dei mediatori lipidici pro-risolutivi, come le resolvine, nella modulazione della funzione delle cellule con l’obiettivo di comprendere e sfruttare il loro potenziale immunoregolatorio nelle malattie autoimmuni e neuroinfiammatorie.

Finanziamenti ottenuti

  • 5 x1000 2022. Titolo progetto: “Neuroni ipotalamici POMC e AgRP nel controllo immunitario: un modello optogenetico di zebrafish per lo studio della neuroinfiammazione” (2022-2024). Ruolo: Principal Investigator.
  • 5 x1000 2021. Titolo progetto: “Studio delle riconfigurazioni funzionali cerebrali e dei biomarcatori terapeutici in un modello preclinico di sclerosi multipla” (PI: Caterina Montani). Ruolo: Collaboratore.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-4442-8864

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Linee di ricerca

Immunità ai Confini del Cervello e Disturbi del Neurosviluppo: il focus della nostra ricerca è studiare come fattori di vulnerabilità genetica e ambientale, ad esempio le infezioni materne in gravidanza, possano predisporre allo sviluppo di disturbi del neurosviluppo, quali i disturbi dello spettro autistico e la schizofrenia. Studiamo il modo in cui questi fattori possano alterare i meccanismi di omeostasi immunitaria nelle nicchie immunologiche associate al cervello come meningi, plesso coroideo e linfonodi cervicali profondi. Nel nostro laboratorio, utilizziamo modelli murini transgenici e una combinazione di manipolazioni in vivo, metodologie single-cell quali sequenziamento, citometria di massa e citofluorimetria multiparametrica, tecniche di imaging in vivo ed ex vivo ad alta risoluzione e test comportamentali. L'obiettivo della nostra linea di ricerca è decifrare come i meccanismi di regolazione immunitaria ai confini del cervello influenzino le traiettorie di sviluppo neurale, identificando nuovi target terapeutici per prevenire o mitigare i disturbi del neurosviluppo.

Finanziamenti ottenuti

  • FIS3 – Fondo Italiano per la Scienza, Starting Grant. Titolo progetto: “Brain Border Immunity in Autism Spectrum Disorder: Role of Mother-to-Offspring Autoimmune Cell Transfer” (2026-2031). Ruolo: Principal Investigator.
  • 5 x1000 2025. Titolo progetto: “Studio del coinvolgimento delle cellule T nelle meningi nei disturbi dello spettro autistico” (2025-2027). Ruolo: Principal Investigator.
  • Ricerca Corrente IRCCS Ospedale Policlinico San Martino. Titolo progetto: “Interazioni tra Sistema Nervoso e Sistema Immunitario nelle malattie neurologiche” (2025-2027). Ruolo: Co-PI.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-0611-5250

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Linee di ricerca

  • Bio-attuatori fotoattivi per la modulazione dell’eccitabilità neuronale controllata dalla luce.
  • Strategie innovative per l’inibizione dell’iper-eccitabilità in modelli sperimentali di epilessia.
  • Modulatori neuronali fotoattivi mirati alla membrana per il trattamento di distrofie retiniche.
  • Targeting dei circuiti ipotalamici nell’encefalomielite autoimmune sperimentale.

Finanziamenti ottenuti

  • Ricerca Finalizzata – Giovani Ricercatori. Titolo progetto: “Therapeutic application of novel membrane-targeted photoactive neuronal modulators for the treatment of retinal dystrophies”. Codice: GR-2021-12374630. Ruolo: PI.
  • 5 x1000 2022. Titolo progetto: “Light-dependent inhibition of neuronal hyperexcitability and synaptic transmission in models of epilepsy by a photo-activated molecular switch”. Codice: 5M-2022-23685330, U802A. Ruolo: PI.
  • 5 x1000. Titolo progetto: “Studio delle riconfigurazioni funzionali cerebrali e dei biomarcatori terapeutici in un modello preclinico di sclerosi multipla” (PI: Caterina Montani). Ruolo: Collaboratore.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-7511-4438

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Linee di ricerca

  • Responsabile del laboratorio di microscopia in vivo a due fotoni.
  • Malattia di Parkinson.
  • Sviluppo di tecnologie molecolari per lo studio anatomico funzionale dei circuiti cerebrali coinvolti nelle patologie del sistema nervoso centrale.
  • Studio del midollo osseo del cranio tramite tecniche di microscopia in vivo a due fotoni.

Finanziamenti ottenuti

  • 5 x1000 2023 - Titolo progetto: “Studio della plasticità strutturale e funzionale nelle discinesie indotte da levodopa tramite microscopia multifotone nel modello murino di Parkinson”

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0001-9934-752X

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Ist Nord, torre D2

Linee di ricerca

La nostra attività di ricerca indaga il ruolo del drenaggio linfatico e glinfatico nella retina e la sua influenza sulla neurodegenerazione. In malattie come la retinite pigmentosa e la degenerazione maculare legata all’età, l’accumulo di sostanze tossiche attiva il sistema immunitario e accelera la perdita dei neuroni retinici; in questo contesto esploriamo strategie per modulare il drenaggio dei liquidi oculari, favorire la rimozione di tali sostanze, ridurre l’infiammazione e proteggere i circuiti visivi che trasmettono informazioni al cervello. Parallelamente, studiamo il dialogo cervello-retina attraverso l’asse istamina-dopamina, che regola la codifica degli stimoli visivi in base allo stato di vigilanza, e le cui alterazioni possono manifestarsi precocemente in malattie neurodegenerative come il morbo di Parkinson. I nostri esperimenti mirano a comprendere come la riduzione dopaminergica influenzi la funzione visiva e a identificare potenziali biomarcatori non invasivi per una diagnosi precoce. Per indagare questi meccanismi utilizziamo modelli murini transgenici e un approccio multidisciplinare che integra elettrofisiologia avanzata in vivo ed ex vivo, test comportamentali con manipolazioni mirate dei circuiti neuronali e tecniche di imaging strutturale.

Finanziamenti ottenuti

  • Ricerca Corrente Ospedale Policlinico San Martino, Neuroscienze – Linea 6. Titolo progetto: “Studio traslazionale delle cause e del fenotipo clinico delle patologie neurologiche e neuro-psichiatriche: Modelli sperimentali di patologie neurodegenerative” (2025-2027). Co-PI.
  • Donazione Co&M. Titolo progetto: “Ruolo del sistema linfatico oculare nella neurodegenerazione retinica” (2025-2028). PI.
  • Donazione PIAM Farmaceutici S.p.A. Titolo progetto: “Cervello e occhi: il dialogo nascosto che può influenzare la funzione cerebrale” (2025-2028). PI.

Pubblicazioni selezionate

 
Orcid: 0000-0003-4369-4586

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Tel: 010 555 8770

Linee di ricerca

L’attività di ricerca si concentra sullo studio dei meccanismi fitopatologici mediante tecniche di imaging (e.g. Risonanza Magnetica funzionale), test comportamentali ed elettrofisiologia in vivo con un sistema multielettrodi SiNAPS (Simultaneous Neural Recording Active Pixel Sensor) (Corticale srl), in modelli preclinici di malattie neurodegerative come l’Alzheimers neurologiche, in seguito a diversi trattamenti (e.g. anticorpi monoclonali), mentre lo studio dell’alterazione dei sistemi sensoriali (e.g. visione ed olfatto) durante la progressione di patologie neurodegenerative come l’Alzheimer è finalizzato a identificare biomarkers di intervento terapeutici nelle fasi precoci della neurodegenerazione. A questo si aggiunge l’impiego di interfacce polimeriche fotovoltaiche come strategia di protesica retinica liquida in modelli di Retinitis Pigmentosa.

Finanziamenti ottenuti

  • Award “Giovani Ricercatrici e Ricercatori – 2023 Edition” (Gruppo 2003 della Ricerca Scientifica). Ruolo: Principal Investigator. Anno: 2023.
  • Award “Bando Roche per la Ricerca Indipendente 2021”. Titolo progetto: “Biocompatibility and fate of injected functionalized P3HTNPs (fP3HT-NPs) together with the rescue of light sensitivity and visual functions focusing on a mouse model of retinal degeneration”. Ruolo: Principal Investigator. Anno: 2022.

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0001-8091-1266

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Linee di ricerca

I nostri studi si focalizzano sul ruolo dei nuclei del tronco encefalico nei deficit associati a disordini neuropsichiatrici indotti da stress. In particolare utilizziamo dei modelli murini di stress in età precoce (i.e. Early-life stress) e di disordine post traumatico da stress (i.e. post-traumatic stress disorder o PTSD). In questo contesto utilizziamo un approccio multidisciplinare che combina misurazioni e manipolazioni neuronali in vivo e ex vivo, quali fiber photometry, whole-cell patch clamp su fettine acute, opto- e chemogenetica. Inoltre, abbiamo una linea di ricerca che verte sulla caratterizzazione dei deficit cellulari e molecolari riscontrata nella sindrome di Williams Beuren, una malattia multisitemica rara che induce diversi deficit cognitivi e comportamentali.

Finanziamenti ottenuti

  • 5 x1000 2023. Titolo progetto: “ Ruolo del Nucleus Incertus nel Disturbo Post Traumatico da Stress” (2025-2027).
  • FC-FT Telethon Pilot Grant. Titolo progetto: “Ruolo di VPS37D nelle alterazioni morfologiche e funzionali neuronali nella syndrome di Williams Beuren” (2026-2027).
  • FIS3. Titolo progretto: BRELS – Brainsteim Regulation of Early-life Stress (2026-2031).

Pubblicazioni selezionate

Orcid: 0000-0002-6497-2381