Department of Computer, Control and Management Engineering

La mia attività di ricerca nel periodo 1994-2005, si è svolta in larghissima parte sulla parte di modellistica con sistemi di equazioni differenziali ordinarie (teoria dei sistemi) e solo in modo marginale sulla parte di teoria del controllo. Infatti, sia la mia tesi di laurea che di dottorato hanno trattato temi di teoria dei sistemi, e più precisamente l’impatto della positività delle variabili di stato, ingresso e uscita su problemi tipici della teoria dei sistemi, e cioè raggiungibilità, osservabilità, identificazione e realizzazione. Oggetto di studio sono quindi stati i cosiddetti “sistemi positivi” e cioè sistemi (ODE) le cui variabili di stato posso solo assumere valori positivi (o non-negativi) per dei vincoli dovuti alla natura fisica delle variabili stesse, come concentrazioni di specie chimiche o molecolari. Su questo tema ho pubblicato nel 2000 un libro con il Prof. Sergio Rinaldi (Politecnico di Milano) edito da Wiley dal titolo “Positive linear systems: theory and applications”: https://www.wiley.com/en-us/Positive+Linear+Systems%3A+Theory+and+Applications-p-9780471384564 dove è presente un capitolo intero dedicato ai sistemi compartimentali. Infatti, la classe dei sistemi positivi stabili coincide con i sistemi compartimentali, a meno di fattori di scala nella quantificazione delle variabili di stato (si veda l’articolo n. 36). Come è noto, lo studio delle proprietà dei sistemi compartimentali è uno dei temi “storici” della bioingegneria che si occupa di modelli di sistemi fisiologici (dai componenti cellulari, agli apparati ed agli organi). In particolare, la mia attività di ricerca nel settore dei sistemi compartimentali (si vedano ad esempio gli articoli n. 34, 36, 74, 75 e 89) è evidenziata dal fatto che il problema su cui si è concentrata principalmente la mia attività di ricerca in questo periodo, è quello del problema della “realizzazione positiva” che nasce proprio come problema relativo alla determinazione del numero di compartimenti (e cioè di organi) coinvolti nella dinamica di un farmaco (o tracciante) iniettato per via endovenosa sulla base della sola misura della sua concentrazione nel circolo sanguigno. Il problema è ben descritto per esempio nel volume: F. Kajiya, S. Kodama, H. Abe, Eds., Compartmental Analysis. Medical Applications and Theoretical Background, S. Karger, 1984, nel capitolo 4 intitolato: “Realization problems in linear compartmental systems”. Pertanto, il problema della realizzazione dei sistemi compartimentali coincide con lo stesso problema per i sistemi positivi. Analogamente, anche le proprietà di raggiungibilità, osservabilità ed identificabilità dei sistemi compartimentali coincide con gli stessi problemi nei sistemi positivi. Naturalmente, il vincolo di positività sulle variabili di stato è presente anche in altri sistemi, come per esempio nei filtri ad accoppiamento di carica o in fibra ottica, che mi ha permesso di applicare la teoria della realizzazione positiva anche in questi ambiti (ottenendo “Guillemin-Cauer award” della IEEE Circuits and Systems Society per il 2001, insieme a B.D.O. Anderson e L. Benvenuti). Ho preso servizio il 1 Novembre 2000 come professore associato nel settore disciplinare ING-INF/04 (Automatica) ed ho conseguito l’abilitazione nazionale a professore ordinario nello stesso settore disciplinare nella tornata 2012. Nel 2013, il CUN ha positivamente valutato la mia richiesta di cambio di settore disciplinare da ING-INF/04 a ING-INF/06, in considerazione della congruità della mia attività di ricerca e curriculum con il settore disciplinare ING-INF/06. Tale mia richiesta si era resa necessaria in seguito al pensionamento di due strutturati Sapienza del settore disciplinare ING-INF/06, che avrebbe avuto come conseguenza lo spegnimento del corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica, a causa dei requisiti di legge che impongono un numero minimo di docenti incardinati nei settori caratterizzanti. A seguito del cambio di settore nel 2013, la mia attività didattica e di ricerca - già orientata verso l’ambito biologico - si è quindi definitivamente rivolta verso l’area bio-medica, come testimoniato dagli articoli prodotti e dai corsi da me svolti. La mia attività di ricerca nel periodo 2005-2021, sì è dedicata alla bioinformatica e all’analisi modellistica/computazionale di dati e segnali biomedici molecolari (trascrittomica, proteomica, epigenomica, microbiomica, metabolomica, ecc.). Inizialmente sono state sviluppate tematiche di maggiore rilevanza biologica e, in seguito al mio cambio di settore disciplinare, l’attività di ricerca si è rivolta allo sviluppo di metodologie biomediche a fini diagnostici, prognostici, predittivi e terapeutici. Ho preso servizio il 31/3/2022 come professore ordinario del settore ING-INF/06 (Bioingegneria elettronica e Informatica). La metodologia bioinformatica di analisi di dati molecolari da me maggiormente utilizzata in ambito medico è definita in letteratura come “network medicine” e consiste nell’applicazione della scienza delle reti complesse alla medicina molecolare. I principali risultati della ricerca biomedica svolta riguardano l’individuazione di meccanismi molecolari alla base dello sviluppo e progressione di malattie complesse, come per esempio le patologie tumorali (tumore al seno, glioblastoma, tumore alla tiroide) o respiratorie croniche (COPD). Altri risultati della ricerca riguardano il cosiddetto “riposizionamento dei farmaci” e cioè metodologie basate su reti per l’individuazione di farmaci approvati dagli enti regolatori (FDA, AIFA), che possano essere proposti per la sperimentazione clinica in relazione a patologie differenti, risparmiando così sui tempi ed i costi associati alla prima fase del trial clinico di valutazione del dosaggio e della tossicità. Questo approccio è stato usato, per esempio, nel caso del CoViD-19. L’attività di ricerca si svolge anche in collaborazione con oncologi, patologi, clinici e radiologi, ordinari Sapienza, come il Proff. Sebastiano Filetti, Carlo Catalano, Paolo Marchetti, Marianna Nuti, Elisabetta Ferretti e con i Proff. Edwin Silverman (Direttore della Channing Division of Network Medicine) e Joseph Loscalzo (Direttore del Dipartimento di Medicina) della Harvard Medical School, BWH, Boston, USA.