DIPARTIMENTO DI FISICA
Curriculum
Vitae
Gastone C.
Castellani
Università degli Studi di Bologna
Dip. Fisica Viale B.Pichat 6/2 40123 Bologna (BO)
Italy
Tel 039 051 2095120
InstituteforBrain&NeuralSystems,
Brown University, Providence, Rhode
Island 02912 - 1843 US
Tel: (401) 863-2585
E-mail Gastone.Castellani@unibo.it
Posizione corrente Professore
Ordinario: Fisica (SSD FIS/07)
Dipartimento di
Fisica Facoltà di Medicina e Chirurgia Università degli Studi di
Bologna
Professore Associato (Ricerca) Institute for Brain and Neural Systems :Brown
University Providence RI (USA)
Posizioni precedenti 1997
Ricercatore (SSD B01B, poi FIS/07) Università degli Studi di Bologna
(Facoltà di Medicina Veterinaria)
1996 Professore a
contratto di Fisica Università degli Studi di Bologna (Facoltà di
Medicina Veterinaria)
1995 Borsista
CNR (Centro Nazionale Ricerche) Italy
1988 –1990
Collaboratore e Visiting Scientist SIS (Società Italiana
Sincrotrone) Trieste Italy
Titoli di studio Maggio
1995 Dottorato in Fisica Università
di Bologna
Settore:
Biofisica
Marzo 1992 Laurea
in Fisica Università di Bologna
Settore:
Biofisica
Punteggio
110/110
Dicembre 1988
Laurea in Biologia Università di Bologna
Settore:
Chimica-Biofisica
Punteggio
105/110
ALMA MATER STUDIORUM · UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
VIALE C.
BERTI PICHAT, 6/2 - 40167 BOLOGNA - ITALIA - TEL. 051-2095128 FAX
051-2095047
Premi, Borse di Studio e
riconoscimenti accademici
1988 Borsa di studio SIS (Società Italiana
Sincrotrone) Trieste Italy
1990 Borsa di studio P&G (Procter &
Gamble Group)
1991 Premio Chaos and Complexity (Blois France)
1995 Borsa di studio CNR (Consiglio
Nazionale Ricerche) Italy
1996 Borsa di studio CRPA (Centro Ricerche
Produzioni Animali) Italy
1998 Associato INBB (Istituto Nazionale
Biofisica e Biosistemi) Italy
1998 Associato INFN (Istituto Nazionale
Fisica Nucleare) Italy Bologna Section
1997-98-99 Borsa di studio Physics
Department Brown University Providence RI (USA) Prof LN Cooper
1999 Membro del collegio docenti del
Dottorato di Ricerca in Neurofisiologia applicata Biotecnologie
Bologna University Italy
2000 Co-fondatore e Segretario scientifico
del CIG ( Centro Interdipartimentale di Biofisica Bioinformatica e
Biocomplessità Luigi Galvani) Bologna University Italy
2000 Membro dell' INBT (Istituto Nazionale
Biologia Teorica) Italy
2000 Professore Associato (Research) Institute of Brain and
Neural Systems :Brown University Providence R.I.
2003 Premio Vice President Research grant Brown University
RI USA
2004 Associato al gruppo italiano di Fisica
Matematica
2006 Responsabile locale di un progetto INFN
(Istituto Nazionale Fisica Nucleare)
2007 Co-fondatore e membro della società
scientifica :Systems Biology and Medical Informatics Network
(SysBioHealth)
2011 Responsabile accademico della
Convenzione di scambio Uinversità di Bologna – Brown University
2012 Vice Direttore della scuola di
specializzazione in Fisica Medica dell'Università di Bologna
Insegnamenti
Fisica Medica Facoltà di Medicina e
Chirurgia Università di Bologna per i corsi di laurea in :
Medicina, Odontoiatria e Tecnici Radiologi.
Metodi Fisici della Biologia e Biofisica per
Fisici Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali
Università degli Studi di Bologna
Fondamenti di Fisica Facoltà di
Medicina Università di Bologna
Radiobiologia Facoltà di Medicina
Università di Bologna
Attività
accademiche e organizzative
2002 Coordinatore scientifico del programma
informatico per la Facoltà di medicina Veterinaria dell'Università
di Bologna
2002 Co-Organizzatore della conferenza sulla
Biocomplessità di Bologna
2005 Coordinatore per la Fisica Medica della
Facoltà di Medicina di Bologna sede di Rimini
2007 Co-Organizzatore della Conferenza
SysBioHealth a Milano
2008 Co-Organizzatore della conferenza High
Performance Computation in Physics (Systems Biology session)
2008 Comitato scientifico della conferenza
NETTAB 2008 ( Network Tools and application in Biology).
2009 Co-Organizzatore del secondo congresso
italiano di Systems Biology
2010 Consigliere del Polo di Rimini e
rappresentante della Facoltà di Medicina e Chirurgia
Finanziamenti
2000-2007 Murst ex 60%
2000-2003
Progetto europeo RAMP sugli effetti delle onde elettromagnetiche
nei neuroni
2002
Progetto FIRB sulla plasticità sinaptica (3 anni)
2003
Finanziamento Fondazione del Monte per l'allestimento di un
laboratorio di Biofisica
2003
Brown University Progetto sulla dinamica dei network
genomici
2004 Progetto
europeo GEHA (Genetic of Healthy Ageing) come
partecipante.
2005
ProgettoNIGMS (National Institute of General Medical
Sciences USA)sull'analisi globale del network genico MYC
indotto
2007
ProgettoINFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)
SHEILA come responsabile locale
2007 Progetto europeo MarkAge come partecipante
2008 Progetto europeo MyoAge come partecipante
2009 INFN
(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) progetto EXCALIBUR
come responsabile locale.
2011
Progetto Europeo FibeBiotics come partecipante, responsabile
dell'unità italiana di analisi dati
Attività di ricerca
Interessi attuali
Biofisica, Biologia dei Sistemi
e applicazioni Biotecnologiche
Statistica biologica, analisi dati e modelli di
sistemi biologici.
Applicazioni della teoria dei network complessi ai
sistemi biologici con particolare riguardo ai network di
trascrizione e di signalling.
Biofisica della memoria e dell'apprendimento nei
sistemi neurale e immunitario.
Ruolo del rumore (noise additivo e moltiplicativo)
in circuiti di regolazione genica e nei sistemi biologici.
Misure elettriche, ottiche e genomiche su diversi
tipi cellulari tramite i metodi di Patch Clamp, Microscopia
dinamica a fluorescenza e espressione genica.
Systems Biology e Biocomplexità in biologia
molecolare e Medicina nello studio di processi multifattoriali
patologici e non (Invecchiamento e malattie età associate).
Studio e applicazioni biotecnologiche degli
“interruttori biologici”.
Effetti Biologici delle radiazioni ionizzanti a
basse dosi (effetto bystander). Modelli stocastici di sistemi
biologici tramite la tecnica della Chemical Master Equation
(CME).
A seguito della sua attività di ricerca e dei
risultati conseguiti il Dr Castellani è stato invitato a tenere
numerose conferenze e relazioni (complessivamente più di 50) in
ambiente nazionale e internazionale. Fra queste vanno senz'altro
ricordate gli inviti alla Società Italiana di Fisica (SIF) ai
Laboratori Nazionali dell'INFN di Legnaro (LNL) alle Università di
Roma (La Sapienza) di Milano (Bicocca) di Catania e di Palermo.
All'Università di Newcastle upon Tyne (UK) alla British Conference
on Immunology , Dana Farber Cancer Institute di Harward, Boston MA
USA , al CNR di Roma e alla conferenza Nazionale Brasiliana di
Bioinformatica.
Curriculum vitae, didattico e accademico del Dr. Gastone
Castellani
Gastone Castellani è nato a Forlì il 20/07/1960
e si è laureato in Biologia presso l'Università di Bologna nel
Dicembre 1988 con il punteggio di 105/110 discutendo una tesi
sperimentale sulla chimica del collagene. Successivamente si è
iscritto al Corso di Laurea in Fisica presso la stessa Università ,
laureandosi nel Marzo 1992 con punti 110/110 con una tesi che
proponeva un modello matematico del sistema immunitario.
Nel Novembre del 1994 ha conseguito il Dottorato
di Ricerca in Fisica presso l'Università di Bologna; nella tesi di
Dottorato veniva discusso un originale modello a network del
sistema immunitario descritto da un sistema di equazioni
differenziali non lineari, studiate sia analiticamente che
numericamente.
Negli anni successivi (da dopo la laurea in
Biologia) il Dr. Castellani ha usufruito di alcune borse di studio
che gli hanno consentito di proseguire la sua attività di ricerca.
Fra queste vano ricordate:
-la borsa di studio presso il Sincrotrone
Elettra di Trieste nel 1989 per ricerche di diffrazione ai raggi
X
-la borsa di studio della Procter&Gambles
per ricerche biometriche
-la borsa di studio CNR, vinta nel 1995,
nell'ambito del progetto RAISA, per le biotecnologie innovative e
fruita presso l'Istituto di Fisiologia Veterinaria dell'Università
di Bologna
-la borsa di studio bandita dalla Brown
University, vinta nel 1996, che ha consentito di trascorrere un
periodo di tre mesi presso il gruppo diretto dal Prof Leon N Cooper
(Premio Nobel per la Fisica), studiando tecniche di simulazione del
sistema visivo con reti neurali.
Il rapporto con la Brown University è poi
proseguito negli anni successivi con frequenti soggiorni a
Providence che hanno portato nel Gennaio del 2001 alla nomina di
Associate Professor presso la Brown University, posizione che il
Dr. Castellani mantiene tuttora.
Nel 1997, il Dr. Castellani è risultato
vincitore del concorso a un posto di Ricercatore in Fisica
(raggruppamento B01B) presso la Facoltà di Medicina Veterinaria
dell'Università di Bologna, posizione nella quale è stato
confermato nel 2000.
Nel Luglio 2010 il Dr Castellani è risultato
vincitore di un concorso a Professore Associato (raggruppamento
concorsuale FIS/07) per la Facoltà di Medicina e Chirurgia
dell'Università di Bologna, presso la quale ha preso servizio nel
Novembre 2010
L'attività didattica del Dr. Castellani si è
sviluppata essenzialmente presso le Facoltà di Medicina Veterinaria
e di Medicina e Chirurgia dell'Università di Bologna, dapprima
(1994) svolgendo lezioni integrative di Elettromagnetismo e
(1995) di Fisica-Biomatematica nell'ambito dei corsi di
Fisica e di Biomatematica.
Nell'anno accademico 1999/2000 il Dr. Castellani
ha svolto per supplenza il corso di Fisica Medica presso la citata
Facoltà di Medicina Veterinaria, incarico che gli è stato
confermato per gli anni accademici che vanno dal 2000-2001 al
2004-2005 e che ora tiene come titolare del corso.
Nello stesso a.a. 1999/2000 ha tenuto un modulo
di lezioni di Neurobiofisica e Biofisica cellulare
nell'ambito del corso di Metodi Fisici della Biologia presso
la Facoltà di Scienze dell'Università di Bologna (Corso di Laurea
in Fisica), lo stesso modulo è stato poi rinnovato anche negli anni
accademici successivi dal 2000-2001 al 2007-2008.
Negli anni accademici dal 2002-2003 al 2007-2008
il Dr Castellani ha tenuto, per supplenza, il corso di Sistemi
di elaborazione delle informazioni per la Facoltà di Medicina
Veterinaria.
Il Dr. Castellani ha tenuto corsi di
Radiobiologia e di Effetti biologici delle radiazioni
ionizzanti, per gli anni accademici dal 1999/2000 al
2007-2008.nelle Scuole di Specializzazione in Fisica Sanitaria
della Facoltà di Scienze e di Medicina Nucleare per la Facoltà di
Medicina e Chirurgia dell'Università di Bologna. Il Dr. Castellani
è stato relatore di numerose tesi, sia per il Corso di Laurea in
Fisica che per quello in Medicina Veterinaria ed è stato membro
del collegio docenti di un Dottorato in Neurofisiologia Applicata
per la Facoltà di Biotecnologie dell'Università di Bologna.
Negli anni dal 2005-2006 al 2007-2008 il Dr
Castellani ha tenuto per supplenza il corso di Fondamenti di
Fisica per il Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica,
per immagini e Radioterapia della Facoltà di Medicina e Chirurgia
.
Nell'anno accademico 2010-2011 Il Dr Castellani
ha tenuto il corso di Fisica per il CdL in Odontoiatria della
Facoltà di Medicina e Chirurgia, corso confermato anche per l'anno
2011-2012.
A partire dall'anno accademico 2012-2013 Il Dr
Castellani è il titolare del corso di Fisica per il corso di Laurea
in Medicina della Facoltà di medicina e Chirurgia dell'Università
di Bologna.
A partire dal 2000 Il Dr Castellani ha
incominciato a svolgere anche attività di tipo organizzativo quali
coordinamento di attività accademiche e didattiche ed
organizzazione di congressi e conferenze.
Firma
Curriculum Scientifico del Dr. Gastone
Castellani
Gli interessi scientifici del Dr. Gastone
Castellani si sono sviluppati a partire dagli argomenti
approfonditi durante i corsi di studio in Biologia e in Fisica. In
quest'ambito la sua attenzione era stata particolarmente attratta
da problemi connessi alla diffrazione dei raggi X da molecole
proteiche e da quelli inerenti la modellazione di sistemi biologici
complessi (Sistema Immunitario, Sistema Nervoso) e dagli effetti
biologici dei campi elettromagnetici.
Quest'ultima linea si è sviluppata realizzando
una serie di misure in cui il comportamento di sistemi cellulari in
cultura in presenza di campi elettromagnetici di diverse
caratteristiche veniva confrontato con il medesimo comportamento in
assenza di campi esterni
Fra i risultati ottenuti, particolarmente
rilevanti sono quelli relativi al comportamento dei linfociti umani
in presenza di campi relativamente poco intensi e a bassa
frequenza. In tali condizioni si è potuta evidenziare una
variazione statisticamente significativa, nell'indice di
proliferazione linfocitario che risultava notevolmente
accresciuto.
L'attività relativa alla diffrazione di raggi X
da macromolecole proteiche si è svolta prevalentemente durante la
permanenza del Dr. Gastone Castellani al Sincrotrone Elettra di
Trieste in diversi periodi antecedenti l'entrata in funzione dello
strumento. Si è trattato quindi soprattutto di implementare e
mettere a punto programmi di simulazione che successivamente sono
stati estensivamente utilizzati.
Vale la pena di ricordare i risultati ottenuti
mediante l'approccio combinato della diffrazione dei raggi X e
della calorimetria differenziale esplorativa (DSC) sulle proprietà
strutturali e termodinamiche del collagene in funzione del grado di
calcificazione e quindi dell'età. In particolare si è osservato un
aumento in funzione dell'età della temperatura di transizione fra
elica ordinata e disordinata (temperatura di fusione per la
transizione coiled coil-random coil).
Questa attività ha stimolato un interesse per i processi di
invecchiamento nei sistemi biologici che ha prodotto diverse
collaborazioni fra cui quella con il gruppo del Prof. Franceschi e
il Centro Nazionale di Ricerche sull'Invecchiamento (INRCA) .
Si è potuto stabilire, in particolare, un
aumento statisticamente significativo dei linfociti memoria al
variare dell'età ( a partire da neonati fino ai centenari ), dovuto
all'aumento del carico antigenico sperimentato dai soggetti.
La collaborazione con il Prof. Franceschi è poi
continuata nell'ambito di un progetto finanziato dall'Istituto
Superiore di Sanità sulla Sindrome da Immunodeficienza Acquisita
ove il Dr. Castellani ha curato l'elaborazione statistica dei dati
sperimentali. Risultato principale di queste ricerche è stata la
determinazione della resistenza all'apoptosi nei soggetti
resistenti all'HIV .
L'interesse per questi problemi ha stimolato
l'attenzione del Dr. Gastone Castellani verso i sistemi biologici
con memoria (Sistema Immunitario e Sistema Nervoso) e la loro
caratterizzazione in termini di modelli matematici.
Su questa base si è stabilita una proficua
collaborazione con il laboratorio di scienze neurali della Brown
University diretto dal Premio Nobel per la Fisica Prof. Leon N.
Cooper. L'attività di ricerca in questo campo è attualmente in una
fase di rapido sviluppo, ma ha già consentito a tutt'oggi di
pervenire ad alcuni significativi risultati.
Fra questi va ricordato la caratterizzazione
delle soluzioni della regola di apprendimento BCM (Bienenstock,
Cooper, Munro) per lo sviluppo della selettività agli orientamenti
in neuroni della corteccia visiva primaria e la ideazione di un
modello biofisico predittivo che amplia la suddetta teoria e la
rende passibile di misure concrete (le conduttanze dei canali
ionici AMPA e NMDA) che consentono la quantificazione del processo
di apprendimento a livello di singola cellula e molecola .
Inoltre, queste ricerche hanno posto le basi per
il successivo sviluppo di modelli neurali di nuova generazione,
sempre più aderenti alla complessa realtà biologica.
Come si vede, tutta l'attività di ricerca del Dr
Castellani si è sviluppata all'interno della Biofisica teorica e
sperimentale passando dalla interpretazione dei dati sperimentali
alla elaborazione di modelli teorici, attualmente in corso di
sviluppo, per chiarire alcuni comportamenti fondamentali delle
cellule, che potrebbero rivestire anche forti interessi
applicativi. A questo fine, il Dr. Gastone Castellani ha,
nell'ambito del Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna,
allestito un laboratorio di misure fisiche su sistemi biologici
(misure ottiche e elettriche) .
Un interesse recente del Dr castellani è quello
per le applicazioni della teoria dei network complessi ai sistemi
biologici. Nel caso del Sistema Immunitario, il Dr Castellani ha
messo a punto un metodo, in collaborazione con altri ricercatori,
che ne quantifica l'efficienza di comunicazione. Nel settore della
genomica, ha apportato contributi in termini di analisi statistica
e di modellizzazione di dati di espressione genica. In particolare,
il Dr Castellani ha messo a punto una tecnica per la ricostruzione
dei network genetici da dati sperimentali che sta suscitando
notevole interesse (Premio VPR e Invited Speaker alla British
Society for Immunology). Sempre riguardo a questo aspetto, il
metodo, messo a punto da un gruppo internazionale di ricerca (vedi
allegati) guidato dal Dr. Castellani ha permesso per la prima volta
di ricostruire il network dei geni che intervengono nello sviluppo
di varie forme tumorali che vengono attivati dal proto-oncogene
C-MYC.
I risultati che il laboratorio sta producendo
hanno consentito di formulare importanti ipotesi relative al
processo di invecchiamento umano che sono in corso di
pubblicazione. Negli ultimi anni il Dr Castellani sta inoltre
dedicandosi a ricerche sugli effetti delle basse dosi di radiazioni
ionizzanti e in particolare sulla biofisica del cosiddetto
“bystander effect”. Inoltre il Dr Castellani ha allestito un
laboratorio di biofotonica, per l'osservazione in vivo, a singola
cellula, di dinamiche biologiche di risposta a perturbazioni di
vario tipo ( attivazione e/o silenziamento di geni, stress
ossidativi, variazioni ambientali stocastiche). Questo settore di
ricerca si sta rivelando molto promettente, specialmente per la
comprensione dei cosiddetti “interruttori biologici” che sono i
mattoni fondamentali per una serie di applicazioni biotecnologiche
in Biologia dei Sistemi e in Biologia Sintetica. In questo ambito
il Dr Castellani sta applicando tecniche stocastiche, basate sulla
Chemical Master Equation (CME) per la descrizione di alcuni sistemi
ad interruttore, importanti nella progressione del ciclo cellulare
e a fenomeni di apprendimento e memoria.
