Sviluppo di un software di raccolta ed elaborazione di dati di risonanza magnetica nucleare a basso campo per il monitoraggio della funzionalità polmonare e dell'infiammazione nei pazienti con fibrosi cistica, BPCO, NBFC e asma

1. Stato dell’arte e finalità del progetto. La fibrosi cistica (FC), la patologia polmonare cronico-ostruttiva (BPCO), le bronchiectasie non-FC (BNFC) e l’asma rappresentano un onere sanitario e sociale rilevante a causa del numero di pazienti affetti e dei costi di gestione. Considerando le molteplici visite/anno necessarie per molti di questi pazienti, è evidente l'elevato costo di monitoraggio per valutare la funzionalità polmonare e lo stato infiammatorio. Scopo di questo progetto è lo sviluppo di un nuovo sistema di monitoraggio delle condizioni di funzionalità polmonare dei pazienti basato su di un software innovativo che consente di superare i limiti dei test di monitoraggio disponibili e fornire rapide informazioni al medico per impostare rapidamente la terapia più appropriata. Il nuovo metodo di monitoraggio che si intende sviluppare si basa sul fatto che la FC, la BPCO, BNFC e l’Asma hanno in comune la presenza di un muco polmonare molto viscoso, secondario all'aumento patologico di sostanze quali proteine, alginati, globuli bianchi (indice di infezione), batteri e mucine. La quantità di questi componenti è inversamente correlata alla funzionalità polmonare. Il software innovativo sarà la base di una nuova tecnologia in grado di rilevare la presenza delle sostanze patologiche nel muco polmonate, nonché la loro organizzazione tridimensionale, sfruttando la risonanza magnetica a basso campo (LF-NMR). I proponenti del presente progetto hanno precedentemente sviluppato un software per applicazioni in campo medico per il monitoraggio di affezioni polmonari quali fibrosi cistica, patologia polmonare cronico-ostruttiva, bronchiectasie non-FC e asma, la cui novità e innovazione sono state riconosciute dalla concessione, a livello italiano ed europeo, del brevetto EP 3255420A2: ‘Method and connected apparatus for analyzing a sputum sample’. Poiché il software sarà progettato per essere utilizzato nel contesto soprattutto del monitoraggio e terapia delle condizioni patologiche sopra descritte ed inteso analizzare dati provenienti da campioni biologici umani per valutare il rischio, diagnosticare o monitorare tali condizioni è considerato un dispositivo medico-diagnostico in vitro (IVD). Sulla base delle evidenze ottenute dalle nostre precedenti ricerche e in base alla destinazione d’uso e ai requisiti di sicurezza e prestazione, il nostro software è verosimilmente classificabile, in accordo con le regole di classificazione del regolamento (UE) 2017/746 (IVDR), come un IVD di Classe B (software che supporta analisi di routine e utilizzo non critico per il paziente), escludendo classi più elevate in quanto non utilizzato per analisi critiche (malattie infettive potenzialmente fatali) o per prendere direttamente decisioni cliniche su malattie o condizioni che possono portare a un grave rischio per la salute. Allo scopo di garantire l’utilizzo del sistema di monitoraggio basato sul nostro software in condizioni operative ospedaliere di sicurezza, il progetto prevede l’implementazione di azioni specifiche, attraverso consulenze di esperti in conformità normativa o di organismi notificati, per la conferma della corretta classificazione del software, nonché per assicurarsi che esso soddisfi tutti i requisiti di conformità e sicurezza, valutando precisamente il rischio associato a eventuali errori del software stesso. Inoltre, in accordo con le disposizioni dell'allegato I del IVDR, verranno implementate azioni affinché il software soddisfi requisiti di accuratezza, ripetibilità e prestazioni coerenti per garantire un alto livello di sicurezza per i pazienti. 2. Obiettivi tecnologici e industriali principali L’obiettivo tecnologico principale del presente progetto è quello di sviluppare un dispositivo medico in vitro basato su di un software competente nella misurazione ed elaborazione di parametri significativi di patologie polmonari quali FC/BPCO/BNFC/Asma direttamente dal muco polmonare dei pazienti ottenuto per semplice espettorazione. Il progetto si prefigge di dimostrare l’applicabilità, fino ad un Technology Readiness Level (TRL) 7, del software e della tecnologia correlata, basata sull'utilizzo della risonanza magnetica a basso campo (LF-NMR) per superare gli alti costi e le limitazioni delle procedure di monitoraggio oggi disponibili nei pazienti affetti da FC/BPCO/BNFC/Asma, ponendo le basi per uno sviluppo industriale successivo. 3. Contenuti tecnico/scientifici Il software di sviluppo di questa nuova tecnologia si basa sulla misurazione del tempo di rilassamento spin-spin (T2m) degli idrogeni dell’acqua presente nell’espettorato dei pazienti. Il T2m è influenzato dalla quantità e dall’organizzazione spaziale di sostanze come proteine, polimeri biologici e mucine. Pertanto, il T2m può essere utilizzato per rilevare l'aumento patologico di queste sostanze nel muco. Essendo queste ultime correlate alla funzionalità polmonare ed all’infiammazione, la misurazione del T2m può fornire informazioni cliniche rilevanti. 4. Caratteristiche e prestazioni del prodotto/processo da sviluppare Rispetto ai sistemi di monitoraggio disponibili, il software che si intende sviluppare consente un’analisi semplice, veloce ed economica che può essere facilmente trasferita alla pratica clinica, a differenza dei metodi attualmente disponibili. Pertanto, la misurazione del T2m ha il potenziale di diventare un valido strumento di monitoraggio della funzionalità/infiammazione polmonare, favorendo decisioni cliniche rapide e precise per i pazienti affetti da FC/BPCO/BNFC/Asma. Inoltre, in termini più generali, il software e la tecnologia correlata sono applicabili in tutte le patologie polmonari con aumentata produzione di muco.

The main technological objective of this project is to develop an in vitro medical device based on software competent in the measurement and processing of significant parameters of lung pathologies such as FC/COPD/BNFC/Asthma directly from patients' pulmonary mucus obtained by simple expectoration. The project aims to demonstrate the applicability, up to a Technology Readiness Level (TRL) 7, of the software and related technology, based on the use of low-field magnetic resonance (LF-NMR) to overcome the high costs and limitations of the monitoring procedures currently available in patients suffering from CF/COPD/BNFC/Asthma, laying the foundations for subsequent industrial development.