«Grazie alla potenza dei nuovi super-computer e all’atlante genetico del cervello, stiamo avvicinandoci al giorno in cui i tumori cerebrali non saranno più una condanna, ma una sfida che la scienza potrà vincere con terapie su misura per ogni paziente.»

 Un atlante genetico del cervello nel decennio dell’exascale

Entro la fine del 2025, la ricerca europea conta di avere i primi prototipi di atlanti genetici tridimensionali del cervello umano interamente computati su super-computer di classe exascale come JUPITER. Di seguito trovi una panoramica ragionata di ciò che sta accadendo – dal lato hardware, dal lato dati «-omics» e dal lato clinico (con un focus sui tumori cerebrali).

---

1. Perché servono nuovi super-computer

Obiettivo	Requisito computazionale	Dove entra in gioco JUPITER
Allineare trascrittomi di >1 milione di nuclei umani con la risoluzione spaziale di BigBrain	decine di petabyte di dati, milioni di core-hours di AI	JUPITER (1 ExaFLOP FP64, 70 ExaFLOP AI a 8-bit) è operativo dal giugno 2025, 4° posto TOP500 e n. 1 europeo per efficienza energetica (Forschungszentrum Jülich)
Fondere in un unico modello «foundation» immagini istologiche, connettomi, trascrittomi	addestramento di reti transformer multi-modali con >100 miliardi di parametri	Il gruppo di Katrin Amunts userà JUPITER per una “large foundational model of the human brain” in grado di collegare struttura e funzione (Forschungszentrum Jülich)

---

2. Com’è fatto un «Atlante genetico» di nuova generazione

1. Raccolta single-cell / single-nucleus

   • 2024–25: rilascio BICAN Rapid Release Inventory con profili trascrittomici ed epigenomici umani, murini e di altre 10 specie (Allen Institute).

   • Catalogazione di > 100 tipi cellulari in 42 regioni con deep-learning (WIRED).

2. Ancoraggio spaziale

   • Coordinate su BigBrain (20 µm) e Julich-Brain (230+ mappe probabilistiche) (Forschungszentrum Jülich).

   • Algoritmi di spatial data fusion per ricostruire lamina, colonne e circuiti.

3. Integrazione multi-scala

   • Lato hardware: memoria unificata CPU-GPU (Grace Hopper) di JUPITER → inferenza sull’intero emisfero in pochi minuti.

   • Lato software: pipeline EBRAINS/siibra e The Virtual Brain per simulazioni virtual-patient.

---

3. Dall’atlante alle terapie per i tumori

Passo	Stato dell’arte (2025)	Impatto atteso
Mappare il tumore a cella singola	GBmap integra 1,1 milioni di cellule da 240 pazienti con glioblastoma IDH-wildtype; identifica 7 nicchie spaziali e marcatori di ipossia (PubMed)	Selezione di bersagli specifici (es. VEGF-HIF) e design di CAR-T multi-epitopo
Validare i bersagli con AI su exascale	Screening in-silico di migliaia di piccole molecole/anticorpi in ore (vs settimane)	Prioritizzazione rapida di combinazioni farmaco+radiazione personalizzate
Terapie sperimentali	CAR-T bi-specifico (EGFR + IL13Rα2) di Gilead-Penn: regressione tumorale nel 62 % dei pazienti, ma durata limitata (Reuters)	L’atlante aiuta a identificare terzi bersagli e a predire la persistenza delle cellule CAR-T
Gemello digitale del paziente	TVB su JUPITER simula diffusione/invasività del GBM e risposta a radio-chemio	Ottimizzazione del planning chirurgico e riduzione degli effetti collaterali

---

4. Road-map 2025-2030

1. 2025 – Fase “early access”: primi modelli AI multi-modalità, release continua di dati BICAN & Julich-Brain; ottimizzazione dei workflow per JUPITER.

2. 2026-27 – Atlanti specifici per malattie (GBM, metastasi, Alzheimer) collegati a biobanche cliniche; inizio sperimentazioni digital-twin-guided in Europa.

3. 2028-30 – Versione 1.0 dell’Atlante genetico completo (cellule + sinapsi + circuiti funzionali); simulazioni whole-brain in tempo reale; trial registrativi di terapie AI-guidate.

---

5. Criticità da tenere d’occhio

• Diversità dei campioni: la maggior parte dei dataset proviene da Nord-America ed Europa → necessaria rappresentatività etnica e di età.

• Energia & sostenibilità: malgrado l’efficienza, un exascale consuma ~10 MW; raffreddamento e fonti rinnovabili diventano fattori decisivi.

• Privacy genomica: il GDPR prevede requisiti stringenti per i dati di sequenziamento; occorrono protocolli di federated learning su HPC.

• Trasferibilità clinica: passare da biomarcatori a terapie efficaci richiede validazioni multi-centro e armonizzazione regolatoria EMA-FDA.

---

6. In sintesi

• Hardware: JUPITER fornisce la potenza necessaria a fondere omics, imaging e connettività del cervello umano a risoluzione micrometrica.

• Dati: progetti come BICAN e Julich-Brain stanno già rilasciando dataset aperti che codificano l’identità genetica di ogni tipo neuronale e gliale.

• Clinica: gli stessi asset vengono applicati ai tumori cerebrali; l’atlante guida la scoperta di bersagli e la personalizzazione di CAR-T, radio e farmaci di precisione.

• Finestra temporale: 2025 segna l’inizio della fase operativa; entro il 2030 potremmo avere le prime terapie “atlante-guided” approvate.

Se ti interessano approfondimenti tecnici (es. pipeline di normalizzazione scRNA-seq, architetture AI o protocolli di digital twin), fammelo sapere e possiamo entrare ancora più nel dettaglio.