L'epilessia è un comune disturbo neurologico caratterizzato da crisi epilettiche ricorrenti. Il trattamento procede generalmente per tentativi ed errori e possono essere necessari anni prima di ottenere un controllo efficace delle crisi. La fisiopatologia dell'epilessia è ancora poco compresa e la sua varietà clinica è notevole. Ciò rende difficile prevedere come un paziente risponderà ai farmaci, creando importanti sfide nella prognosi e nella pianificazione terapeutica. L'avvento delle cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC) ha reso possibile studiare in vitro, in modo personalizzato per ciascun paziente, il fenotipo, le anomalie molecolari e la risposta ai farmaci nell'epilessia. Tuttavia, si sa ancora poco su come trasferire questi risultati ottenuti in vitro all'uomo; di conseguenza, esiste un ampio divario tra la pratica clinica e la ricerca nel campo dell'epilessia.

L'obiettivo principale di questo progetto è colmare tale divario, migliorando la previsione dei trattamenti personalizzati per l'epilessia attraverso la traduzione ai pazienti dei risultati ottenuti dai modelli in vitro. Per raggiungere questo scopo, il progetto sviluppa una strategia multilivello, definita “dal neurone, alla rete, al cervello”, in cui le caratteristiche cliniche, i fenotipi delle reti neuronali e le anomalie a livello di singola cellula potranno essere studiati per ogni singolo paziente.

Il progetto caratterizza il fenotipo e la risposta ai farmaci a questi diversi livelli di complessità e utilizza approcci basati sul concetto di digital twin (gemello digitale) per collegare le informazioni tra i vari livelli, chiarendo i meccanismi cellulari che sono alla base delle dinamiche delle reti neuronali e dell'attività cerebrale. Per ogni paziente, il progetto identifica biomarcatori utili a prevedere la risposta al trattamento, definendo i meccanismi cellulari che mostrano correlazioni tra i diversi livelli di analisi. Questo approccio permette di comprendere quanto i risultati ottenuti in vitro siano realmente rilevanti per i pazienti. In definitiva, consente di studiare i fenotipi individuali e di stimare l'efficacia dei trattamenti in vitro, garantendo una traduzione affidabile dei risultati al paziente. Questo strumento di bioingegneria contribuisce a ridurre il peso dello screening farmacologico sui pazienti e a migliorare significativamente l'efficacia dei trattamenti.