Ateneo - UPO

Il corso affronta i principali processi molecolari e biochimici che determinano l’invecchiamento biologico e la progressiva perdita dell’omeostasi cellulare e sistemica, utilizzando gli Hallmarks of Aging come quadro interpretativo integrato. Saranno approfonditi l’instabilità genomica e telomerica, il mosaicismo somatico, le alterazioni epigenetiche, la perdita della proteostasi, la disfunzione mitocondriale, lo stress ossidativo, l’alterazione dei sistemi di nutrient sensing, la senescenza cellulare, l’infiammazione cronica e l’esaurimento delle cellule staminali.</p><p>Particolare attenzione sarà dedicata alla traduzione di questi meccanismi in alterazioni molecolari misurabili. Per ciascun processo saranno considerati i biomarcatori associati, il campione biologico più appropriato, le principali piattaforme analitiche e il significato clinico dei risultati. Saranno trattati biomarcatori genomici, epigenetici, proteici, metabolici e infiammatori, gli orologi biologici, gli indici di fragilità basati su parametri di laboratorio e i biomarcatori delle malattie neurodegenerative.</p><p>Il corso esaminerà inoltre i principi della validazione analitica e clinica dei biomarcatori, l’integrazione di dati multi-omici e longitudinali e il loro impiego per la diagnosi precoce, la stima dell’età biologica, la stratificazione del rischio, l’identificazione delle finestre di intervento e il monitoraggio della risposta a strategie preventive e terapeutiche. Le attività trasversali di discussione di casi e dibattito strutturato collegheranno i meccanismi biologici alla scelta del biomarcatore, all’interpretazione del risultato e alle implicazioni cliniche, etiche e regolatorie.

Non è previsto un testo di riferimento obbligatorio. Il materiale per la preparazione dell’esame è costituito dalle diapositive delle lezioni e dal materiale integrativo fornito dalla docente attraverso la piattaforma Moodle DIR di Ateneo. Durante il corso potranno inoltre essere indicati articoli scientifici e revisioni selezionate per l’approfondimento e la discussione critica degli argomenti trattati.

L’insegnamento si propone di fornire una comprensione integrata dei principali meccanismi molecolari e biochimici che determinano l’invecchiamento biologico e la progressiva perdita dell’omeostasi cellulare e sistemica, utilizzando gli Hallmarks of Aging come quadro concettuale di riferimento.Obiettivo del corso è mettere lo/la studente/essa in condizione di collegare i processi biologici dell’invecchiamento alle alterazioni molecolari misurabili, individuando per ciascun contesto i biomarcatori, i campioni biologici e le principali tecnologie analitiche utilizzabili. Particolare attenzione sarà dedicata ai biomarcatori genomici, epigenetici, proteici, metabolici e infiammatori, agli indicatori dell’età biologica e della fragilità e ai biomarcatori delle malattie neurodegenerative.Il corso intende inoltre fornire gli strumenti necessari per comprendere i principi della validazione analitica e clinica dei biomarcatori e per valutarne criticamente l’impiego nella diagnosi precoce, nella stratificazione del rischio, nell’identificazione delle finestre di intervento e nel monitoraggio della risposta a strategie preventive e terapeutiche.Attraverso discussioni di casi e dibattiti strutturati, lo/la studente/essa sarà guidato/a a integrare conoscenze biologiche, biochimiche e diagnostiche, considerando anche i principali fattori preanalitici, i confondenti, i limiti interpretativi e le implicazioni cliniche, etiche e regolatorie della diagnostica molecolare dell’invecchiamento.

Sono richieste conoscenze di base di biologia cellulare e molecolare, biochimica e genetica, con particolare riferimento alla struttura e funzione di DNA, RNA e proteine, ai principali processi cellulari e ai meccanismi di regolazione dell’espressione genica. Non sono richieste conoscenze specialistiche di geroscienza o diagnostica molecolare.

L’insegnamento sarà svolto mediante lezioni frontali, supportate da diapositive, schemi, esempi sperimentali e materiale scientifico selezionato. Le lezioni integreranno i principali meccanismi molecolari e biochimici dell’invecchiamento con la loro applicazione alla diagnostica molecolare e all’interpretazione dei biomarcatori.Durante il corso saranno proposte attività trasversali di discussione di casi, dibattito strutturato e Translational Controversy Journal Club. Queste attività guideranno gli/le studenti/esse nell’analisi critica di studi scientifici e questioni controverse di rilevanza traslazionale, con particolare attenzione alla scelta del campione biologico, del metodo analitico e del biomarcatore più appropriato, alla valutazione della qualità delle evidenze e all’interpretazione dei risultati in relazione al contesto clinico.Saranno inoltre discussi i principali fattori preanalitici e confondenti, i limiti delle tecnologie e dei biomarcatori considerati e le relative implicazioni cliniche, etiche e regolatorie.Le diapositive, gli articoli scientifici e il materiale didattico integrativo saranno resi disponibili sulla piattaforma Moodle DIR di Ateneo.

Le diapositive delle lezioni, gli articoli scientifici e il materiale integrativo saranno resi disponibili sulla piattaforma Moodle DIR di Ateneo, che sarà utilizzata anche per le comunicazioni relative all’insegnamento.
La preparazione dell’esame deve fare riferimento al programma e al materiale didattico dell’anno accademico in corso, anche per gli/le studenti/esse iscritti/e in anni precedenti.
La consultazione della letteratura scientifica in lingua inglese costituisce parte integrante delle attività di approfondimento e dei Translational Controversy Journal Clubs.

L’apprendimento sarà verificato mediante una prova scritta informatizzata individuale, svolta in presenza in aula informatica tramite la piattaforma Moodle DIR di Ateneo.La prova sarà costituita da 30 quesiti, da completare in 40 minuti, comprendenti domande a risposta multipla e quesiti di completamento, associazione, ordinamento, classificazione o applicazione delle conoscenze a brevi casi. Le domande riguarderanno l’intero programma e valuteranno:la conoscenza dei principali meccanismi molecolari e biochimici dell’invecchiamento;la capacità di collegare i processi biologici ai biomarcatori, ai campioni e alle tecnologie analitiche;la capacità di interpretare dati e risultati nel contesto della diagnosi precoce, della stratificazione del rischio e del monitoraggio degli interventi.Le risposte errate e quelle non fornite non comportano penalizzazioni. Il punteggio ottenuto sarà convertito in trentesimi; la prova si considera superata con una votazione minima di 18/30.Dato che il modulo fa parte di un insegnamento integrato, la valutazione finale dell’insegnamento sarà formulata collegialmente dai docenti, secondo le modalità riportate nella scheda dell’insegnamento integrato.

Il corso segue una sequenza traslazionale che collega il meccanismo molecolare o biochimico all’alterazione misurabile, al campione biologico, al metodo analitico, all’interpretazione del biomarcatore, all’applicazione clinica e al possibile intervento.

1. Invecchiamento, epidemiologia, geroscienza e medicina molecolare
Transizione demografica, longevità e divario tra lifespan e healthspan. Invecchiamento sano, capacità intrinseca, resilienza, vulnerabilità, multimorbilità e fragilità. Invecchiamento biologico come processo continuo che precede le malattie età-correlate. Paradigma della geroscienza e intervento sui meccanismi condivisi. Determinanti sociali, esposizioni ambientali ed exposoma. Ruolo della diagnostica molecolare nell’identificazione precoce della perdita di omeostasi e delle finestre di prevenzione.

2. Hallmarks of Aging come quadro molecolare e diagnostico
Hallmarks of Aging come modello integrato del declino funzionale e della suscettibilità alle malattie. Meccanismi primari, antagonisti e integrativi: significato, interazioni e limiti. Cross-talk tra danno genomico, alterazioni epigenetiche, perdita della proteostasi, disfunzione metabolica, senescenza, infiammazione e ridotta capacità rigenerativa. Hallmarks come fonti di biomarcatori e bersagli terapeutici. Dal meccanismo al readout: analita, campione, piattaforma e finalità clinica. Limiti dei singoli biomarcatori e razionale dei modelli compositi e longitudinali.

3. Instabilità genomica, telomeri e mosaicismo somatico
Fonti endogene ed esogene di danno al DNA e principali classi di lesioni. Risposta al danno e sistemi di riparazione; conseguenze del danno persistente o riparato in modo errato. Struttura, accorciamento e disfunzione dei telomeri. Mutazioni somatiche, mosaicismo genomico ed espansioni clonali associate all’età, inclusa l’ematopoiesi clonale. Metodi molecolari per valutare danno genomico, lunghezza telomerica e varianti clonali. Impiego dei biomarcatori genomici nella stima del rischio, nella stratificazione e nel monitoraggio longitudinale.

4. Alterazioni epigenetiche, orologi biologici e multi-omica
Metilazione del DNA, modificazioni istoniche, rimodellamento della cromatina e RNA non codificanti nella regolazione dell’identità e della plasticità cellulare. Drift epigenetico, cambiamenti locus-specifici e interazione con l’ambiente. Orologi epigenetici per età cronologica, rischio, mortalità e velocità di invecchiamento. Accelerazione dell’età, specificità tissutale, composizione cellulare e reversibilità. Array di metilazione, conversione con bisolfito e sequenziamento. Orologi proteomici e metabolomici. Integrazione di dati epigenomici, trascrittomici, proteomici e metabolomici mediante statistica e machine learning. Validità, riproducibilità, confondenti e limiti interpretativi.

5. Proteostasi e proteinopatie
Rete della proteostasi: sintesi, ripiegamento, mantenimento conformazionale, refolding e degradazione. Chaperoni molecolari, controllo di qualità associato al ribosoma, sistema ubiquitina-proteasoma, ERAD e unfolded protein response. Autofagia e sistema lisosomiale nel controllo di qualità di proteine e organelli. Declino della proteostasi con l’età, misfolding e aggregazione. Oligomeri, fibrille amiloidi e aggregati amorfi; meccanismi di tossicità. Proteinopatie come modelli di malattie età-correlate. Biomarcatori proteici e proteomici, piattaforme analitiche e indicatori di target engagement e risposta.

6. Disfunzione mitocondriale, stress ossidativo e nutrient sensing
Bioenergetica, biogenesi, dinamica e controllo di qualità mitocondriale; alterazioni del DNA mitocondriale associate all’età. Comunicazione tra mitocondri, reticolo endoplasmatico e calcio. Specie reattive dell’ossigeno come segnali e mediatori di danno; adattamento redox e ormesi. Modificazioni ossidative di DNA, proteine e lipidi come biomarcatori. Vie di nutrient sensing: insulina/IGF-1, mTOR, AMPK e sirtuine. Riprogrammazione metabolica e contributo della metabolomica alla stima dell’età biologica e del rischio. Restrizione calorica, esercizio e modulatori metabolici come modelli di prevenzione e monitoraggio guidati da biomarcatori.

7. Senescenza cellulare, inflammaging ed esaurimento staminale
Senescenza replicativa, da stress, oncogene-indotta e associata a disfunzione mitocondriale. DDR, vie p53/p21 e p16/Rb, arresto stabile del ciclo e resistenza all’apoptosi. Marcatori di senescenza: SA-β-galattosidasi, lipofuscina, foci persistenti di danno al DNA e inibitori del ciclo. SASP, senescenza paracrina e rimodellamento tissutale. Eterogeneità delle cellule senescenti e necessità di valutazioni multi-marcatore e tessuto-specifiche. Immunosenescenza e inflammaging. Esaurimento delle cellule staminali, alterazioni della nicchia e perdita della capacità rigenerativa. Senolitici, senomorfici e strategie rigenerative: bersagli, sicurezza, biomarcatori e risposta.

8. Età biologica, fragilità e biomarcatori integrati
Età cronologica, biologica e funzionale e velocità di invecchiamento. Fenotipo di fragilità, accumulo dei deficit e fragilità biologica. Costruzione e interpretazione degli indici di fragilità di laboratorio, incluso il FI-LAB. Marcatori biochimici, ematologici, infiammatori e metabolici associati a vulnerabilità ed esiti avversi. Firme genomiche, epigenetiche, proteomiche e metabolomiche. Biomarcatori compositi, traiettorie longitudinali e integrazione multi-omica per la stratificazione predittiva del rischio. Validazione, popolazioni di riferimento, confondenti, trasferibilità e limiti dell’implementazione clinica.

9. Neurodegenerazione e diagnostica molecolare
Malattie neurodegenerative come proteinopatie età-correlate con meccanismi condivisi e specifici. Processamento di APP, amiloide-β e tau nella malattia di Alzheimer. α-sinucleina, TDP-43, SOD1, FUS e altre proteine aggregate nei parkinsonismi e nelle malattie del motoneurone. Suscettibilità genetica, perdita della proteostasi, disfunzione mitocondriale e neuroinfiammazione. Biomarcatori ematici e liquorali: rapporti amiloide-β, tau fosforilata, neurofilamento leggero e GFAP. Impiego per identificazione preclinica, diagnosi differenziale, stratificazione del rischio e monitoraggio. Variabili preanalitiche e analitiche, standardizzazione, risultati discordanti e implicazioni etiche.

10. Dalla diagnosi molecolare all’intervento e al monitoraggio
Biomarcatori di suscettibilità/rischio, diagnostici, prognostici, predittivi, farmacodinamici e di monitoraggio. Scelta del campione e variabilità preanalitica. Principali piattaforme: qPCR, digital PCR, sequenziamento, immunodosaggi, spettrometria di massa e tecnologie omiche. Validazione analitica e clinica, cut-off, intervalli di riferimento, sensibilità, specificità e utilità clinica. Diagnosi precoce e finestre biologiche di intervento. Biomarcatori di target engagement, risposta, tossicità e modificazione della malattia. Punteggi compositi, intelligenza artificiale e modelli longitudinali per strategie personalizzate. Aspetti etici, regolatori e sociali: comunicazione dell’età biologica e del rischio, sovradiagnosi, medicalizzazione, equità e accesso.

Attività didattiche trasversali
Discussioni di casi, dibattiti strutturati e Translational Controversy Journal Clubs saranno integrati in tutti i moduli. Le attività collegheranno il problema biologico alla scelta del campione, del metodo e del biomarcatore, alla valutazione delle evidenze e all’interpretazione dei risultati nel contesto clinico, considerando confondenti, fattibilità, rischi, limiti e implicazioni etiche.

Al termine dell’insegnamento, lo/la studente/essa sarà in grado di:
Conoscenza e capacità di comprensione
• descrivere i principali meccanismi molecolari e biochimici dell’invecchiamento e le loro interconnessioni nel quadro degli Hallmarks of Aging;
• comprendere il ruolo dell’instabilità genomica e telomerica, delle alterazioni epigenetiche, della perdita della proteostasi, della disfunzione mitocondriale, dello stress ossidativo, della senescenza cellulare, dell’infiammazione cronica e dell’esaurimento delle cellule staminali;
• conoscere le principali categorie di biomarcatori dell’invecchiamento, dell’età biologica, della fragilità e delle malattie neurodegenerative;
• comprendere i principi generali delle tecnologie molecolari, biochimiche e omiche impiegate per la misurazione dei biomarcatori;
• conoscere i principi della validazione analitica e clinica e i principali fattori preanalitici e biologici che possono influenzare i risultati.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• collegare uno specifico processo molecolare o biochimico alla corrispondente alterazione misurabile;
• individuare il campione biologico, il biomarcatore e l’approccio analitico più appropriati rispetto a uno specifico quesito diagnostico o di ricerca;
• interpretare il significato di risultati molecolari e biochimici nel contesto della diagnosi precoce, della stima dell’età biologica, della stratificazione del rischio e del monitoraggio degli interventi;
• distinguere tra biomarcatori di rischio, diagnostici, prognostici, predittivi, e di monitoraggio;
• applicare le conoscenze acquisite all’analisi di casi e problemi di rilevanza traslazionale.
Autonomia di giudizio
• valutare criticamente l’appropriatezza, la validità e i limiti di un biomarcatore o di un pannello di biomarcatori;
• riconoscere il possibile effetto di variabili preanalitiche, confondenti, composizione cellulare, specificità tissutale e caratteristiche della popolazione studiata;
• confrontare strategie diagnostiche alternative sulla base della qualità delle evidenze, della fattibilità e dell’utilità clinica;
• discutere criticamente i limiti della predizione del rischio e dell’età biologica e le relative implicazioni etiche, regolatorie e sociali.
Abilità comunicative
• utilizzare in modo appropriato la terminologia scientifica relativa ai meccanismi dell’invecchiamento e alla diagnostica molecolare;
• presentare e discutere in modo chiaro il razionale della scelta di un biomarcatore, di un campione e di una metodologia analitica;
• comunicare i risultati e i limiti di un’analisi a interlocutori specialisti, anche nell’ambito di discussioni di casi, dibattiti strutturati e Translational Controversy Journal Clubs.
Capacità di apprendimento
• consultare e comprendere articoli scientifici e revisioni in lingua inglese;
• aggiornare autonomamente le proprie conoscenze su biomarcatori, tecnologie omiche e applicazioni traslazionali nell’ambito dell’invecchiamento;
• integrare informazioni provenienti da fonti diverse e da differenti livelli biologici per affrontare problemi nuovi di diagnostica molecolare e medicina di precisione.