I passi della ricerca

ROMA – focus/aise - In un recente studio pubblicato su Science Advances, un gruppo di ricercatori dell'Istituto di scienze del patrimonio culturale del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ispc) ha introdotto un metodo innovativo, basato sull'intelligenza artificiale, per l’analisi dei dati spettrali ottenuti tramite la tecnica Macro X-ray Fluorescence (MA-XRF) applicata allo studio delle opere pittoriche.
Il nuovo approccio è stato applicato, come caso pilota, ai dati MA-XRF di due frammenti sopravvissuti della Pala Baronci dipinta da Raffaello nel XVI secolo ed esposti al Museo di Capodimonte a Napoli.
Negli ultimi anni i progressi tecnologici nelle tecniche di imaging non invasivo applicate allo studio e alla conservazione dei dipinti hanno favorito l'emergere di nuovi metodi computazionali avanzati, in grado di analizzare in modo rapido e accurato le grandi quantità di dati generate nelle singole misure.
La MA-XRF, considerata oggi uno strumento fondamentale per l’analisi di tali manufatti, permette di generare le immagini delle distribuzioni dei pigmenti sul supporto pittorico in modo non invasivo, fornendo informazioni preziose per approfondire la conoscenza dell'opera, comprendere il processo creativo dell'artista e valutare il suo stato di conservazione. “Tuttavia, tali informazioni, acquisite sotto forma di spettri di fluorescenza a raggi X, sono immagazzinate in complessi volumi di dati analitici, il cui esame rappresenta in molti casi una sfida significativa”, spiega Francesco Paolo Romano del Cnr-Ispc, tra gli autori della ricerca. “Lo studio presenta un algoritmo di deep learning addestrato su un vasto dataset sintetico, composto da oltre 500mila spettri XRF di pigmenti e di miscele pittoriche generati attraverso simulazioni Montecarlo, un metodo computazionale utilizzato per stimare grandezze fisiche reali sulla base di numeri generati casualmente. Questo approccio analitico basato sull’Intelligenza Artificiale ci consente di analizzare in modo preciso ed accurato i milioni di spettri XRF che tipicamente compongono una misura MA-XRF, superando i limiti noti delle tecniche di analisi convenzionali”.
Il nuovo approccio è stato applicato, come caso pilota, ai dati MA-XRF dei frammenti della Pala Baronci di Raffaello, custoditi presso il Museo di Capodimonte a Napoli, in precedenza studiati e pubblicati nell’ambito della collaborazione tra il Museo, il CNR, l’INFN e l’Università Vanvitelli.
“I risultati ottenuti hanno dimostrato che il modello di intelligenza artificiale è in grado di identificare con precisione la distribuzione degli elementi chimici presenti nei pigmenti, fornendo immagini prive degli artefatti tipici delle analisi tradizionali e migliorando la qualità e di conseguenza l'affidabilità dei dati interpretati”, dichiara Romano. “Un aspetto chiave di questa ricerca è l’impiego esclusivo di dati sintetici per l’addestramento del modello: tale procedimento ha evidenziato che è possibile ottenere risultati di elevata qualità senza la necessità di campioni reali. La metodologia rappresenta un importante passo avanti nell’applicazione dell’intelligenza artificiale al settore dell’Heritage Science, poiché”, conclude il ricercatore, “offre la possibilità di usare modelli accuratamente addestrati per ottenere analisi precise dei dati generati dalla diagnostica non invasiva applicata al patrimonio culturale e senza la necessità di competenze specifiche nel trattamento ed elaborazione dei dati spettroscopici”.
ENEA ha realizzato uno studio che mette in luce il potenziale antitumorale delle biomolecole attive contenute in un estratto della nocciola tradizionale del viterbese, la Tonda Gentile Romana (Corylus avellana L.). Pubblicati sulla rivista internazionale Natural Product Research, i risultati dello studio aprono la strada a futuri sviluppi terapeutici e di prevenzione nella lotta contro il cancro al fegato.
“Abbiamo dimostrato che il nostro estratto di nocciola è in grado di uccidere cellule tumorali in vitro, attraverso una specifica azione diretta che favorisce il ripristino delle condizioni fisiologiche di crescita del tessuto epatico”, spiega Barbara Benassi della divisione Biotecnologie dell’ENEA, che ha condotto la ricerca in collaborazione con la collega Maria Pierdomenico.
Le recenti evidenze scientifiche identificano nel cambiamento del contenuto intracellulare di due piccole molecole di RNA una delle chiavi per comprendere le proprietà antitumorali di nuove formulazioni farmaceutiche per applicazioni in campo oncologico.
“Nel tessuto malato – aggiunge Benassi – il livello intracellulare dei due microRNA diminuisce rispetto alla controparte sana, causando la proliferazione neoplastica. Riportare a livelli normali i due microRNA è una delle possibili strategie ‘intraprese’ dai nuovi farmaci per ridurre la progressione della malattia tumorale; parallelamente, mantenere sotto controllo la loro integrità intracellulare, evitando che diminuiscano nell’arco della vita di un individuo, rappresenta una possibile strategia di prevenzione verso la trasformazione in neoplasie”.
In sintesi, lo studio ENEA ha dimostrato che l’estratto di nocciola è in grado di stimolare in modo significativo il livello intracellulare delle due molecole di microRNA nelle cellule tumorali di fegato, inibendone la proliferazione e causandone la successiva morte in vitro.
“Il prossimo passo sarà di identificare con maggiore precisione le biomolecole attive responsabili di tale effetto citotossico contro le cellule tumorali, anche se uno studio preliminare in silico, ossia al computer, ha individuato alcuni possibili candidati. In particolare, alcune sostanze derivanti dall’acido caffeico e dalle catechine, di cui l’estratto di nocciola è ricco, sulle quali è necessario condurre ulteriori approfondimenti in modelli preclinici più complessi in vitro e in vivo, per validare la potenziale efficacia di nuove formulazioni quali innovativi coadiuvanti terapeutici per la cura del tumore al fegato”, conclude Benassi.
Un team internazionale composto da ricercatori del Politecnico di Milano, del Consiglio Nazionale delle Ricerche con l’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Cnr-Ifn) e l’Istituto di struttura della materia (Cnr-Ism), dell’Universidad Autónoma de Madrid, dell’Universidad Complutense de Madrid e del Sincrotrone di Trieste, ha catturato i primi istanti del trasferimento di carica in una molecola dopo l’interazione con impulsi ad attosecondi.
Lo studio è pubblicato su Nature Chemistry: gli scienziati hanno misurato in quanto tempo un elettrone si sposta da un atomo al legame chimico adiacente, e quali sono i cambiamenti strutturali subiti dalla molecola nello stesso intervallo di tempo ultrarapido. Il lavoro è il frutto del progetto europeo TOMATTO, finanziato da un prestigioso ERC Synergy Grant.
In natura, la fotosintesi dà energia a piante e batteri; nei pannelli fotovoltaici la luce del Sole viene convertita in energia elettrica. Tutti questi processi sono guidati dal movimento degli elettroni e comportano il trasferimento di carica a livello molecolare. La redistribuzione della densità elettronica nelle molecole, dopo che queste assorbono la luce, è un fenomeno ultrarapido di grande importanza, che coinvolge effetti quantistici e dinamiche molecolari.
“La capacità di misurare queste dinamiche con una precisione temporale estrema non solo svela i segreti dei processi fisici, ma apre nuove strade per “progettare” molecole in grado di controllare e potenziare questi effetti” afferma Rocío Borrego Varillas, ricercatrice del Cnr-Ifn.
Gli scienziati hanno svelato nuovi segreti sulle dinamiche ultraveloci delle molecole, grazie all’impiego di impulsi ad attosecondi. Questa ricerca getta nuova luce sull'affascinante danza tra elettroni e nuclei in molecole di interesse tecnologico, portando la nostra comprensione dei processi chimici a un livello totalmente nuovo.
Si è scoperto che il trasferimento di elettroni dal gruppo amminico donatore avviene in meno di 10 femtosecondi (ossia in 10-14 secondi). Tale trasferimento è accompagnato da un movimento sincronizzato di nuclei ed elettroni. Successivamente, si verifica un processo di rilassamento che si sviluppa su una scala temporale inferiore ai 30 femtosecondi.
“Questo studio non solo svela i misteri delle dinamiche ultraveloci nelle molecole, ma getta anche le basi per future ricerche nel settore, aprendo le porte a incredibili progressi, sia nella teoria che nelle applicazioni pratiche della scienza degli attosecondi” afferma Mauro Nisoli, Docente del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano. (focus\aise)