MINERVA, il dispositivo che riproduce modelli cellulari per studi avanzati e terapie personalizzate

Come si può studiare la complessa relazione tra il nostro cervello e la flora batterica intestinale senza ricorrere a modelli animali? Questa è una delle domande a cui cerca di rispondere MINERVA, un dispositivo tecnologico brevettato dal Politecnico di Milano che punta a rivoluzionare la ricerca preclinica. Grazie a un design innovativo e a un approccio multidisciplinare, MINERVA rappresenta un dispositivo unico per simulare interazioni biologiche complesse e sviluppare nuove terapie per malattie ancora prive di terapie efficaci. Non sorprende che questa invenzione sia stata scelta tra i migliori brevetti italiani per essere esposta nella mostra “L’Italia dei Brevetti”, un’occasione per celebrare l’ingegno e l’impatto della ricerca pubblica nel nostro Paese.

Il dispositivo MINERVA nasce nell’ambito dell’omonimo progetto europeo di frontiera, finanziato dallo European Research Council (ERC) e guidato dalla professoressa Carmen Giordano, docente di Bioingegneria al Politecnico di Milano. L’obiettivo del progetto era ambizioso: creare una piattaforma tecnologica capace di replicare i meccanismi molecolari che regolano il cosiddetto “asse microbiota-intestino-cervello”. Questa comunicazione bidirezionale tra il cervello e la flora batterica intestinale, conosciuta come microbiota, è cruciale per il funzionamento del nostro organismo, ma i dettagli delle sue interazioni restano ancora in gran parte sconosciuti.

“Ci sono molte evidenze che una alterazione del microbiota intestinale, condizione nota come disbiosi, possa provocare alterazioni delle funzionalità cerebrali, contribuendo a patologie come la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson, ma il nesso causa-effetto non è ancora stato provato – spiega Carmen Giordano –. Il nostro progetto mirava a fornire una piattaforma ingegnerizzata per aiutare a dimostrare tale nesso e individuare le molecole segnale coinvolte.”
Un team interdisciplinare ha lavorato presso i Technobiology labs del Politecnico, istituiti appositamente da Giordano, collaborando con il dott. Diego Albani dell’Istituto Mario Negri, esperto in patologie neurodegenerative.

MINERVA è un dispositivo compatto e modulare, ingegnerizzato e progettato per coltivare diversi tipi di cellule e batteri in condizioni ottimizzate per simulare aspetti chiave dei sistemi biologici di interesse. È otticamente accessibile con tecniche avanzate di microscopia e può essere interconnesso per creare piattaforme multiorgano. Questo approccio permette di replicare il cross-talk molecolare tra diversi sistemi biologici, come avviene nel nostro corpo.

Grazie alla sua versatilità, il dispositivo può ospitare cellule in sospensione per simulare il sistema immunitario, colture bidimensionali per rappresentare l’epitelio intestinale o tridimensionali che riproducono tessuti complessi come il cervello. “MINERVA, grazie al suo design, consente di essere applicato anche ad altri settori – sottolinea Giordano –. Nel progetto ERC “DIANA” abbiamo sviluppato una piattaforma multiorgano per simulare il dialogo tra la barriera ematoencefalica e il cervello, valida per lo screening di farmaci per patologie cerebrali.”

Il dispositivo è stato utilizzato anche nel progetto ERC “PROMETEO” per sviluppare nuovi probiotici in ambito industriale, dimostrando il suo potenziale nella ricerca nutraceutica e nella medicina personalizzata.

La tutela brevettuale è stata un elemento centrale per garantire la protezione e il valore del dispositivo MINERVA. Con il supporto del Technology Transfer Office del Politecnico di Milano, il brevetto ha messo in evidenza le caratteristiche innovative del dispositivo, come la capacità di simulare scenari multiorgano complessi e personalizzabili.

Il dispositivo è stato validato in due ambienti industriali di rilievo, uno nel campo farmaceutico e uno nel settore dei probiotici. Attualmente si stanno esplorando diverse opzioni per portarlo sul mercato, valutando sia la creazione di una start-up che la concessione di licenze a imprese interessate.

MINERVA ha inoltre ricevuto un importante riconoscimento nel panorama dell’innovazione italiana. Il dispositivo brevettato è stato selezionato per essere esposto nella mostra “L’Italia dei Brevetti: invenzioni e innovazioni di successo”, organizzata dal Ministero delle Imprese e del Made in Italy (MIMIT). L’evento, che riunisce circa 100 brevetti provenienti da tutto il Paese, punta a valorizzare l’attività inventiva e il ruolo chiave della ricerca pubblica nel supportare la complessità dei processi di innovazione tecnologica. Il dispositivo è stato scelto in quanto finalista del concorso Intellectual Property Award 2023, promosso dal MIMIT, in collaborazione con UIBM, Netval e Invitalia, per premiare i migliori brevetti della ricerca pubblica e incentivarne la valorizzazione.

La modularità e la versatilità del dispositivo MINERVA permettono di adattarlo a diversi contesti scientifici e industriali. MINERVA è stato già utilizzato per simulare l’interazione tra microbiota intestinale, sistema immunitario e cervello, ma il suo potenziale va oltre.

Nel progetto “PEGASO”, ad esempio, è stato integrato un modello di fegato per studiare nuovi farmaci destinati a pazienti affetti da malattia di Alzheimer. “Mettere a disposizione degli utenti dispositivi tecnologicamente avanzati, ma al tempo stesso compatti e semplici da utilizzare, è la strategia vincente – afferma Giordano –. MINERVA consente di rappresentare scenari biologici complessi, riducendo il ricorso a modelli animali e migliorando l’efficienza dei test preclinici.”

Le prospettive includono applicazioni in ambiti come la cosmetica e la tossicologia, settori in cui è cruciale analizzare le interazioni molecolari con precisione e affidabilità. Con MINERVA, la ricerca preclinica compie un passo verso una scienza più sostenibile ed efficace.