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domenica 11 maggio 2008

LA GUERRA DEI MONDI 7

Le immagini computerizzate possono essere usate in campo medico per determinare le dimensioni di un organo o per costruire modelli tridimensionali utili a pianificare gli esami o le operazioni chirurgiche. Erik Vidholm del Center for Image Analysis della Uppsala University in Svezia ha sviluppato dei metodi interattivi per lavorare con le immagini, rimpiazzando il mouse e la tastiera tradizionali con un mouse "aptico" (tattile) che consente di "sentire" virtualmente gli organi. "Usiamo grafica stereo per avere un senso più profondo dell'immagine sulla base del contenuto reale e sugli input di chi maneggia la penna aptica", dice Vidholm.

Con "WISH", il toolkit sviluppato da Vidholm mediante la piattaforma aptica open-source di SenseGraphics, gli utilizzatori, usando la penna aptica e un display stereografico, possono interagire con il modello computerizzato che si adatta automaticamente per fornire immagini mediche tridimensionali in grado di far percepire la profondità e sensazioni tattili. Il Centre for Image Analysis sta lavorando anche ad un altro strumento, "ProViz", per la visualizzazione di strutture macromolecolari.

Scheletro, organi e vasi sanguigni riprodotti in immagini tridimensionali, con un grado di precisione e realismo finora mai ottenuti, che fissano gli organi interni sezionandoli in ogni dettaglio per esaminarne le funzioni, e che possono essere ruotate per farli vedere da diverse angolazioni. Merito di un nuovo scanner per la tomografia computerizzata, il "Brilliance CT", prodotto dalla Philips, che combina diverse sezioni prese con i raggi X, riducendo anche le dosi di radiazioni cui è sottoposto il paziente durante l'esame.

La TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) ha rivoluzionato la neurologia clinica negli anni '70, quando per la prima volta divenne possibile visualizzare le strutture nervose del cranio e della colonna vertebrale. Il primo apparecchio per uso commerciale fu inventato in Gran Bretagna da Sir Godfrey Hounsfield e la prima TAC venne effettuata su un paziente nel 1972. Negli stessi anni, in America, un altro scienziato, Allan Cormack della Tufts University, arrivò in modo indipendente ad un processo simile: per le loro scoperte, che hanno portato enormi progressi in campo medico, i due condivisero nel 1979 il premio Nobel per la medicina.

Grazie al nuovo scanner, che permette di creare immagini complesse, ad alta risoluzione, mettendo insieme diverse singole "fettine" del corpo, i medici sono in grado di osservare tumori e vedere le cause di diversi tipi di degenerazioni dei tessuti. "Il Brilliance CT è in grado di catturare l'immagine del cuore in sole due battute e le radiazioni sono ridotte dell'80%", ha detto all'Independent Steve Rusckowski, a capo della Philips Medical System, che lo ha presentato al meeting annuale della Radiological Society of North America.

La Argosy Publishing, una società che si occupa di creare modelli, visualizzazioni e animazioni illustrative per il settore medico, ha realizzato "Visible Body", una sorta di Google Earth per il corpo umano.

Il modello umano può essere lentamente assemblato per livelli, dallo scheletro agli organi interni, selezionando cosa visualizzare e cosa eliminare dalla rappresentazione od eventualmente lasciando degli elementi in semitrasparenza. Si può scegliere di visualizzare solamente alcuni sistemi del nostro corpo, come il sistema nervoso o quello circolatorio, esaminando le relazioni tra i vari sistemi, navigando nel "metacorpo".

Nasser Peyghambarian e Savas Tay, ricercatori dell'Università dell'Arizona, sono riusciti a creare un'immagine tridimensionale, per il momento monocromatica, visibile senza alcun bisogno di occhiali aggiuntivi o altri accessori. Si tratta di un'immagine di tipo olografico che, grazie ad un particolare display, può essere cancellata e aggiornata in circa tre minuti.

Il display consiste in uno speciale film plastico, chiuso a sandwich tra due pezzi di vetro, ciascuno dei quali è ricoperto da uno strato conduttore trasparente che funge da elettrodo. Le immagini vengono "scritte" sul film plastico, sensibile alla luce (battezzato "polimero fotorifrattivo"), mediante luce laser ed un campo elettrico applicato esternamente.

Il team esegue riprese normali, bidimensionali e in molteplici posizioni degli oggetti da riprodurre, affidando poi al software dell'apparecchio il compito di assemblare le varie prospettive bidimensionali in un'unica immagine tridimensionale. Al momento, le dimensioni del nuovo display sono di 4 pollici quadrati e predomina il colore rosso, ma i ricercatori sono convinti di poter sviluppare versioni molto più grandi e, soprattutto, a colori.

Scienziati della University College di Londra (UCL), finanziati dall'UE, hanno utilizzato un prototipo di Virtual Physiological Human (VPH) per simulare l'efficacia di un farmaco HIV nel bloccare una proteina fondamentale utilizzata dal virus (lo studio è apparso sul Journal of the American Chemical Society).

Il concetto di VPH prevede il collegamento di reti informatiche a livello mondiale per simulare il funzionamento interno del corpo umano, dando modo agli scienziati di studiare gli effetti di un farmaco al livello degli organi, dei tessuti, delle cellule e delle molecole. Gli scienziati del Dipartimento di Chimica della UCL hanno effettuato delle simulazioni utilizzando la superpotenza della grid VPH per prevedere con quanta forza il "saquinavir", un farmaco inibitore dell'HIV, si legherebbe a tre versioni di una proteina virale denominata "proteasi HIV-1". Questa proteina è utilizzata dal virus per propagarsi e forme mutate della stessa sono associate alla resistenza al saquinavir.

Il saquinavir è solo uno dei nove farmaci studiati per bloccare la proteasi HIV-1. Attualmente, i medici non hanno modo di adeguare il farmaco alle mutazioni del profilo del virus in ciascun paziente, ma si limitano a prescrivere un ciclo di cure e a verificare se funzionano analizzando la risposta immunitaria del paziente. In futuro, questi metodi «sperimentali» si potrebbero eliminare se i medici utilizzassero il VPH. Tuttavia, la potenza di calcolo necessaria per gestire questo tipo di simulazioni è immensa; per quest'ultimo studio, la sequenza di simulazioni è stata effettuata attraverso diversi supercomputer su National Grid Service (Regno Unito) e TeraGrid (USA). Il lavoro si è svolto in due settimane e ha richiesto la stessa potenza di calcolo necessaria per effettuare una previsione meteorologica a lungo termine. Gli scienziati si augurano che in futuro i progressi tecnologici consentano di ridurre i costi di queste simulazioni, affinché i servizi sanitari possano permettersi di pagarle.

«Questo studio rappresenta un primo passo verso l'obiettivo finale del calcolo medico 'a richiesta', dove i medici un giorno potranno 'prendere a prestito' il tempo di supercalcolo dalla rete nazionale per prendere decisioni cruciali in merito a cure salvavita», ha spiegato il Professor Peter Coveney dell'UCL, che ha guidato la ricerca. «Ad esempio, nel caso di un paziente HIV, un medico potrebbe effettuare un test per stabilire il genotipo del paziente e successivamente classificare l'efficacia dei farmaci disponibili a fronte di quel profilo, sulla base di una rapida serie di simulazioni su vasta scala».

L'UE ha sostenuto lo studio tramite il progetto ViroLab («A virtual laboratory for decision support in viral diseases treatment»), finanziato nell'ambito dell'area tematica «tecnologie della società dell'informazione» del Sesto programma quadro.

L'individuazione delle strutture proteiche è attualmente uno dei più grossi problemi della biologia, sia in termini economici che in termini di tempo. Esiste un enorme quantità di proteine che compongono l'organismo umano e individuare le loro strutture non è lavoro da poco. Per ovviare a questo problema, negli Stati Uniti è nato un nuovo progetto di ricerca innovativo e ambizioso.

Accedendo ad un sito Web, si può partecipare ad un “gioco” che ha come obbiettivo quello di risolvere la struttura di una proteina attraverso un sistema di risoluzione a puzzle che cerca di sfruttare l'intuito dei giocatori. Il programma sfrutta una rete di migliaia di computer simile a quella della World Community Grid.

David Baker, un esperto di "design proteico" della University of Washington, dice che i giocatori aiuteranno il suo laboratorio a progettare nuovi vaccini ed enzimi per riparare il DNA di tessuti danneggiati. Baker, recentemente ha creato il primo algoritmo per la creazione di enzimi artificiali. "Foldit", a cura del game designer Zoran Popovic, utilizza degli algoritmi di sua creazione per la generazione di sequenze proteiche non esistenti in natura. Quando il computer non sà qual'è il miglior passo successivo da compiere, modifica la struttura casualmente.

"Per i giochi standard" dice Popovic, "si sà già qual'è l'obiettivo. Nel caso di Foldit, la configurazione proteica finale è sconosciuta". I vari livelli del gioco sono stati pensati per insegnare ai giocatori come realizzare le strutture più funzionali e come manipolarle, ruotando le proteine in tre dimensioni, mettendo insieme le catene di amminoacidi, generando i legami chimici necessari, lavorando con un team o da soli.

Non è un gioco facile. Ma Popović e Baker, rendendo accessibile a chiunque la partecipazione via Web, sperano di attirare quelli che chiamano "protein savants", gente in grado di risolvere il puzzle, magari spendendo anche diverse ore a settimana a "giocare".

La guerra dei mondi continua...

Centre for Image Analysis

http://www.sensegraphics.com

Visible Body

http://www.optics.arizona.edu/

Virtual Physiological Human (Wikipedia)

ViroLab

Center for Cancer Nanotechnology Excellence

Surface enhanced Raman spectroscopy - Wikipedia

World Community Grid

Foldit

Molecular imaging

Cadaveri elettronici

Hallucination program

VR Therapy

Allucinazione perversa

TRAINING GAMES Giochi di Guerra

LA GUERRA DEI MONDI 6

STORIA DEL DELITTO PERFETTO

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