Laboratorio di Fisiologia

Il Settore di Fisiologia del Dipartimento di Farmacia (DIFAR) riunisce gruppi di ricerca indipendenti e complementari, uniti da un approccio fisiologico integrato allo studio dei sistemi biologici in condizioni normali e patologiche. I gruppi condividono l'interesse per la comprensione dei meccanismi di regolazione e disregolazione che sottendono il passaggio dallo stato fisiologico a quello patologico, affrontato a livelli di analisi differenti e complementari: dalla modellistica dinamica dei sistemi biologici nel loro complesso, alla fisiologia integrata degli assi neuro-endocrino-metabolici, fino alla neurofisiologia cellulare dei circuiti neuronali ex vivo ed in vivo.

Le linee di ricerca del Settore di Fisiologia coprono un insieme di patologie che richiedono una maggiore comprensione dei loro meccanismi patogenetici per lo sviluppo di nuove terapie efficaci, tra cui la fibromialgia, sclerosi laterale amiotrofica (SLA), sclerosi multipla (SM), malattia di Alzheimer e disturbi dello spettro autistico — studiate mediante approcci che vanno da metodi in silico (modellistica computazionale) a metodi sperimentali ex vivo ed in vivo in modelli murini (elettrofisiologia patch-clamp, istologia, analisi comportamentali), fino a metodi clinico-osservazionali. Questa varietà metodologica consente al Settore di affrontare le patologie da prospettive multiple e sinergiche, dalla scala molecolare e cellulare a quella di sistema.

Del Settore di Fisiologia fanno parte i seguenti gruppi di ricerca:

  1. Loopomics (Prof. Bruno Burlando) 

Temi di ricerca

Fisiologia dei sistemi dinamici e teoria dei loop biologici applicata allo studio delle transizioni da stato fisiologico a patologico e dei meccanismi fisiopatologici.

Webpage: https://www.difar.unige.it/bruno.pietro.burlando%40unige.it

Attività di ricerca

È stata di recente formulata una ipotesi sul funzionamento degli esseri viventi, denominata Loopomics (Burlando, 2017, J. Appl. Physiol. 123:1011), in base alla quale i sistemi biologici sono rappresentati e studiati come insiemi di processi (es. attività enzimatiche, correnti ioniche, etc.) che si sviluppano su oggetti (es. proteine, acidi nucleici, membrane, citoscheletro, etc.). I processi realizzano un sistema di interazioni fortemente connesse (da ogni elemento si può raggiungere qualsiasi altro elemento), cioè una rete di catene chiuse o loop che danno luogo a sistemi dinamici caratterizzati da attrattori regolari (singoli punti, orbite). I loop positivi (tutte attivazioni o numero pari di inibizioni) generano cambiamenti (es. mitosi, differenziamento, patogenesi); i loop negativi (numero dispari di inibizioni) garantiscono omeostasi (es. equilibrio redox, pH) oppure oscillazioni (es. fluttuazioni ormonali, bioritmi). Gli attuali progetti di ricerca riguardano modelli dinamici di meccanismi neuroendocrini e stati patologici (assi endocrini, Fibromialgia, SLA, Male da Sbarco, Malattia di Alzheimer, Osteoartrite, Disordine da stress post-traumatico, PTSD).

Ubicazione

Dipartimento di Farmacia, Polo di San Martino (Viale Benedetto XV, 3 Edificio n. 10)

Metodi

Sviluppo di modelli dinamici di fenomeni biologici che consentano di effettuare interventi efficaci su tali fenomeni (es. modello di malattia e individuazione di bersagli terapeutici). Il metodo si articola come segue:

  1. Analisi del panorama biologico.
    1. Realizzazione di un grafo di interazioni riferito a una rete minima di oggetti e relativi processi (dati disponibili in letteratura e/o acquisiti ex novo).
  2. Analisi del panorama matematico.
    1. Conversione del grafo in un sistema di equazioni differenziali con variabili e parametri. Le variabili rappresentano i processi e descrivono l’evoluzione del sistema dinamico nel tempo. I parametri definiscono le caratteristiche delle interazioni fra le variabili e le influenze esterne.
    2. Individuazione di parametri di biforcazione, cioè quelli che inducono variazioni di comportamento del sistema (es. da monostabile – omeostasi, a multistabile – cambiamento).
  3. Ritorno al panorama biologico.
    1. Individuazione di controparti biologiche dei parametri di biforcazione.
    2. Pianificazione di esperimenti per controllare il fenomeno agendo sulle controparti biologiche individuate. 

Collaborazioni

Locali

  • Ernesto Fedele (DIFAR, UniGE)
  • Paolo Massobrio (DIBRIS, UniGE)
  • Lucio Marinelli (DINOGMI, UniGE)
  • Marco Milanese (DIFAR, UniGE)
  • Roberta Ricciarelli (DIMES, UniGE)

Nazionali

  • Franco Blanchini (Università di Udine)
  • Giulia Giordano (Università di Trento)

Internazionali

  • Viviana Mucci, Cherylea Browne (Western Sydney University, Australia)
  • Seth Siriya (Leibniz Universität Hannover, Germany)

Pubblicazioni selezionate

  1. Burlando B, Demori I. (2026). A Literature-Based Dynamic Loop System Modeling the Piezo1-TRPV4 Interaction as a Potential Mechanism of Osteoarthritis Pathogenesis. Int. J. Transl. Med. 6, 19. Doi: 10.3390/ijtm6020019

  2. Demori I, Losacco S, Giordano G, Mucci V, Blanchini F, Burlando B. (2024). Fibromyalgia pathogenesis explained by a neuroendocrine multistable model. PLoS One. 19(7):e0303573. doi: 10.1371/journal.pone.0303573.

  3. Burlando B, Mucci V, Browne C J, Losacco S, Indovina I, Marinelli L, Blanchini F, Giordano G. (2023). Mal de Debarquement Syndrome Explained by a Vestibulo-Cerebellar Oscillator. Mathematical Medicine and Biology: A Journal of the IMA, 40: 96-110, doi: 10.1093/imammb/dqac016.

  4. Burlando B. (2022). A general hypothesis of multistable systems in pathophysiology. F1000Res. 11: 906. doi: 10.12688/f1000research.123183.2.

  5. Burlando B, Milanese M, Giordano G, Bonifacino T, Ravera S, Blanchini F, Bonanno G. (2020). A multistationary loop model of ALS unveils critical molecular interactions involving mitochondria and glucose metabolism. PLoS ONE 15: e0244234 

  6. Burlando B, Blanchini F, Giordano G. (2019). Loop analysis of blood pressure/volume homeostasis. PLoS Comput Biol 15(9): e1007346. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007346

  7. Burlando B. (2017). Loopomics: a new functional approach to life. Journal of Applied Physiology 123:1011-1013. doi: 10.1152/japplphysiol.00173.2017. 

 

  1. Endocrinologia, metabolismo e fisiologia della nutrizione (Prof.ssa Ilaria Demori)

Temi di ricerca

Fisiopatologia della fibromialgia; neuroendocrinologia dello stress; metabolismo e steatosi epatica; microbiota-immunità, fisiologia della nutrizione e asse intestino-cervello; modelli loop-based di bistabilità endocrina; valutazione di sicurezza ed efficacia di composti bioattivi nella fisiologia della cute. 

Webpage: https://www.difar.unige.it/ilaria.demori%40unige.it

Attività di ricerca

  • Malattie metaboliche: meccanismi fisiopatologici della steatosi epatica e possibili strategie nutrizionali o bioattive per il loro trattamento (composti naturali come fucoidani, polisaccaridi algali e spezie mediterranee, e loro attività antiossidanti, antisteatosiche e ipolipemizzanti)

  • Fisiologia sistemica, integrata e modellistica delle malattie croniche: interazioni tra stress, ormoni, microbiota e reti neuro-immuno-endocrine, regolazione neuroendocrina e paradigma PNEI (Psiconeuroimmunoendocrinologia); modelli dinamici della fibromialgia, dell’interazione HPA-HPG, e del Disordine da stress post-traumatico (PTSD); studi clinico-osservazionali sulla fibromialgia e la sua relazione con sintomi vestibolari, vulnerabilità allo stress e fluttuazioni neuroendocrine

  • Composti bioattivi nella fisiologia della cute: valutazione delle proprietà antiossidanti, regolazione del metabolismo lipidico cutaneo.

Ubicazione

Dipartimento di Farmacia, Polo di San Martino (Viale Benedetto XV, 3 Edificio n. 10)

Metodi

  • Sviluppo di modelli dinamici di fenomeni biologici.
  • Modelli cellulari 2D e 3D
  • Analisi dell’espressione genica
  • Analisi di questionari somministrati a popolazioni di pazienti

Collaborazioni

Locali

  • Laura Canesi (DISTAV, UniGE)
  • Elena Grasselli (DISTAV, UniGE)
  • Livia Pisciotta (DIMI, UniGE)

Nazionali

  • Giulio Lupidi (Università di Camerino)
  • Franco Blanchini (Università di Udine) 
  • Giulia Giordano (Università di Trento)

Internazionali

  • Viviana Mucci, Cherylea Browne (Western Sydney University, Australia)

  • Hala Khalifeh (Lebanese University, Libano)

Pubblicazioni selezionate

  1. Demori I, Burlando B. (2026). Hypothesis on PTSD Pathophysiology: Role of CRH, Noradrenaline, and Glucocorticoid Receptors in an Amygdala-Centered Closed-Loop System. Int J Mol Sci. 27(14):6384. doi: 10.3390/ijms27146384. PMID: 42511727; PMCID: PMC13409738.
  2. Demori I, Siriya S, Burlando B. (2025). Loop modeling of the reciprocal inhibition between HPA and HPG endocrine axes reveals transitions to bistability and critical bifurcation parameters. Applied Sciences 15(19), 10483. DOI: 10.3390/app151910483
  3. Proietti E, Rapallo F, Molinari E, Mucci V, Marinelli L, Borgarelli C, Burlando B, Pisciotta L, Demori I. (2024) Online Questionnaire with Fibromyalgia Patients Shows Negative Correlations between Disease Severity and Adherence to Mediterranean Diet. Nutrients. 16(7):1078. doi: 10.3390/nu16071078. PMID: 38613111; PMCID: PMC11013287.
  4. Demori I, Grasselli E (2023). The Role of the Stress Response in Metabolic Dysfunction-Associated Fatty Liver Disease: A Psychoneuroendocrineimmunology-Based Perspective. Nutrients. 15(3):795. doi: 10.3390/nu15030795. PMID: 36771500; PMCID: PMC9921904.
  5. El Rashed ZE, Grasselli E, Khalifeh H, Canesi L, Demori I. (2022) Brown-Algae Polysaccharides as Active Constituents against Nonalcoholic Fatty Liver Disease. Planta Med. 88(1):9-19. doi: 10.1055/a-1273-3159. Epub 2020 Nov 3. PMID: 33142346.
  6. Demori I, Giordano G, Mucci V, Losacco S, Marinelli L, Massobrio P, Blanchini F, Burlando B. (2022). Thalamocortical bistable switch as a theoretical model of fibromyalgia pathogenesis inferred from a literature survey. J Comput Neurosci. 50(4):471-484. doi: 10.1007/s10827-022-00826-8. Epub 2022 Jul 11. PMID: 35816263; PMCID: PMC9666334.
  7. El Rashed ZE, Lupidi G, Grasselli E, Canesi L, Khalifeh H, Demori I. (2021) Antioxidant and Antisteatotic Activities of Fucoidan Fractions from Marine and Terrestrial Sources. Molecules. 26(15):4467. doi: 10.3390/molecules26154467. PMID: 34361619; PMCID: PMC8347863.

  8. Fisiologia e Fisiopatologia del cervelletto (Prof. Giorgio Grasselli) 

Temi di ricerca

Neurofisiologia cellulare dei circuiti del cervelletto, plasticità neuronale, fisiopatologia cerebellare in modelli murini di sclerosi multipla, atassie e autismo

Webpage: https://www.difar.unige.it/giorgio.grasselli%40unige.it

Attività di ricerca

  • Fisiologia e plasticità neuronale a diversi livelli (strutturale e funzionale, a livello sinaptico e dell’eccitabilità intrinseca), utilizzando il cervelletto come area modello, al fine di comprendere meglio i meccanismi utilizzati in questo circuito per codificare le informazioni e la memoria

  • Processi fisiopatologici a carico della struttura e della funzione del circuito cerebellare in modelli murini di disordini quali sclerosi multipla, autismo e atassie.

Ubicazione

Centro di Neuroscienze Sinaptiche e Neurotecnologie (NSYN) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) presso l’Ospedale Policlinico San Martino (Azienda Ospedaliera Metropolitana IRCCS), Padiglione Ist-Nord

Metodi

  • Elettrofisiologia patch-clamp (sezioni acute e colture primarie)
  • Vettori di origine virale per espressione o silenziamento genico
  • Immunoistochimica
  • Microscopia a fluorescenza / confocale e analisi morfometriche
  • Analisi del comportamento murino motorio e sociale (rotarod, climbing test, beam balance walking test, three-chamber test)

Collaborazioni

Locali

  • Fabio Benfenati (NSYN, IIT)
  • Stefano Di Marco (DIMES, UniGE; NSYN, IIT)
  • Caterina Michetti (DIMES, UniGE; NSYN, IIT)
  • Hanako Tsushima (Telethon; NSYN, IIT)
  • Tiziana Vigo, Giovanni Ferrara e Antonio Uccelli (Ospedale San Martino)
  • Stefano Lutzu (Ospedale San Martino)
  • Caterina Montani (Ospedale San Martino)

Nazionali

  • Anna Letizia Allegra Mascaro (CNR, Pisa)
  • Antonietta Gentile (Università Tor Vergata, Roma)
  • Marta Busnelli (CNR, Milano)

Internazionali

  • Martijn Schonewille (Erasmus Medical Center, Rotterdam, Paesi Bassi)
  • Marco Canepari (Inserm CRHC, Grenoble, Francia)

Pubblicazioni selezionate

  1. Grasselli G, Boele HJ, Titley H, Bradford N, van Beers L, Jay L, Beekhof GC, Busch SE, De Zeeuw C, Schonewille M, Hansel C (2020) -SK2 channels in cerebellar Purkinje cells contribute to excitability modulation in motor-learning-specific memory traces, PLoS Biol 18(1):e3000596, PMID: 31905212, DOI: 10.1371/journal.pbio.3000596

  2. Grasselli G, He Q, Wan V, Adelman JP, Ohtsuki G, Hansel C (2016) - Activity-dependent plasticity of spike pauses in cerebellar Purkinje cells, Cell Rep 14(11):2546–2553, PMID: 26972012, DOI: 10.1016/j.celrep.2016.02.054

  3. Grasselli G, Rossi S, Musella A, Gentile A, Loizzo S, Muzio L, Di Sanza C, Errico F, Musumeci G, Haji N, Fresegna D, Sepman H, De Chiara V, Furlan R, Martino G, Usiello A, Mandolesi G, Centonze D (2013) - Abnormal NMDA receptor function exacerbates experimental autoimmune encephalomyelitis, Br J Pharmacol 168(2):502-17, PMID: 22924679, DOI: 10.1111/j.1476-5381.2012.02178.x

  4. Mandolesi G*, Grasselli G*, Musella A, Sepman H, Musumeci G, Gentile A, Haji N, Fresegna D, Bernardi G, Centonze D (2012) - GABAergic signaling and connectivity on Purkinje cells are impaired in experimental autoimmune encephalomyelitis, Neurobiol Dis 46(2):414-24 PMID: 22349452, DOI: 10.1016/j.nbd.2012.02.005

  5. Grasselli G, Mandolesi G, Strata P and Cesare P (2011) – Impaired sprouting and axonal atrophy in cerebellar climbing fibres following in vivo silencing of GAP-43, PLoS One 6(6): e20791, PMID: 21695168, DOI: 10.1371/journal.pone.0020791


 

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