Bollettino epidemiologico nazionale

Le collezioni di campioni biologici del Progetto CUORE: una risorsa nazionale e trentennale per la ricerca epidemiologica e la medicina preventiva

Teresa Dipol, Cinzia Lo Noce, Brigitta Buttari, Elisabetta Profumo, Benedetta Marcozzi, Alessandra Cardinale, Cecilia Damiano, Ornella Morsilli, Serena Vannucchi, Marco Silano, Luigi Palmieri, Chiara Donfrancesco

Introduzione

Le biobanche umane consistono in collezioni organizzate di campioni biologici raccolti, processati e conservati secondo procedure standardizzate e associati a dati clinico-epidemiologici. La centralizzazione della gestione dei campioni e dei dati in un'unica infrastruttura, unitamente alla loro gestione prospettica nel lungo periodo, configura un modello di ricerca basato sulle risorse biologiche, caratterizzato da un elevato potenziale predittivo nello studio delle malattie umane (1). La conservazione dei campioni in condizioni idonee e controllate consente la pianificazione di ricerche future basate sull’impiego di nuove tecnologie e conoscenze scientifiche.

Un contributo rilevante in ambito preventivo è rappresentato dalle biobanche di popolazione, nelle quali vengono raccolti campioni biologici e dati dalla popolazione generale, consentendo di analizzare le interazioni tra molteplici fattori di rischio nello sviluppo delle patologie. Esse contribuiscono, inoltre, all’identificazione dei determinanti biochimici e molecolari delle malattie, incluse le malattie croniche non trasmissibili (MCNT) e le malattie infettive, configurandosi come una risorsa strategica per la ricerca biomedica e preventiva (2).

In Italia, diversi centri di ricerca, ospedali e università hanno deciso di investire per il futuro attraverso l’implementazione di biobanche.

Nonostante non sia ancora disponibile un registro nazionale centralizzato delle biobanche cliniche e di ricerca, alcune di esse si sono organizzate in reti strutturate. In questo contesto, grazie a un'iniziativa congiunta del Ministero della Salute e del Ministero dell'Università e della Ricerca è stata istituita un'infrastruttura nazionale composta da biobanche e centri di risorse biologiche distribuiti sul territorio (3). Tale infrastruttura costituisce il nodo italiano di BBMRI-ERIC (Biobanking and Biomolecular Resources Research Infrastructure - European Research Infrastructure Consortium), l’infrastruttura europea di ricerca che integra biobanche e depositi di materiali biologici umani secondo standard etici, giuridici e sociali condivisi (4).

I campioni biologici collezionati nell’ambito delle indagini di popolazione afferenti al Progetto CUORE, coordinato dal Dipartimento Malattie Cardiovascolari, Endocrino-metaboliche e Invecchiamento dell’Istituto Superiore di Sanità (ISS), rappresentano una preziosa risorsa proveniente da uno dei piu estesi studi nazionali nell’ambito delle MCNT, con un focus particolare sulle malattie cardiovascolari (MCV) (5). I campioni biologici sono raccolti, gestiti e di proprietà dell’ISS, partner istituzionale del nodo nazionale di BBMRI-ERIC. Le indagini hanno incluso circa 36.000 persone selezionate casualmente dalla popolazione generale adulta, distribuita su tutto il territorio nazionale, che hanno partecipato tra il 1982 e il 2025, con una raccolta complessiva di circa 271.000 campioni biologici (6). In questo contesto, le risorse biologiche del Progetto CUORE rappresentano una fonte di rilievo per lo studio dei determinanti delle MCNT e per l’analisi dei loro correlati biologici a livello di popolazione.

L’affidabilità e la qualità delle risorse viene garantita dall’adozione di procedure operative standardizzate e sistemi di tracciabilità, finalizzati ad assicurare la corretta gestione dei campioni, la loro integrità nel tempo, la sicurezza delle operazioni e la comparabilità dei dati prodotti, nel rispetto delle buone pratiche applicabili. Costituite a partire dagli anni Ottanta, le collezioni hanno mantenuto nel tempo criteri rigorosi di raccolta, trattamento e conservazione dei campioni aggiornati, in relazione all’evoluzione delle conoscenze scientifiche, delle tecnologie, delle infrastrutture e del quadro normativo, anche seguendo le indicazioni sviluppate nell’ambito dell’European Health Examination Survey (EHES), preservandone qualità e valore per la ricerca.

Il presente lavoro si propone di descrivere lo stato dell’arte dei campioni biologici del Progetto CUORE e di mettere in evidenza alcuni dei principali risultati scientifici ottenuti dal loro utilizzo.

Materiali e metodi

Le indagini di popolazione condotte nell’ambito del Progetto CUORE dall’ISS sono state realizzate periodicamente nei seguenti intervalli temporali: 1983-1996, 1982-2000, 1985-2000, 1998-2002, 2008-2012, 2018-2019 e 2023-2025, con la conseguente costituzione di sette coorti di studi longitudinali (6) (Tabella). All'indagine hanno partecipato campioni di popolazione adulta stratificati per classi di età e sesso, selezionati in modo casuale tra i residenti dei Comuni dove si sono tenute le indagini, con raggiungimento di estensione nazionale a partire dall’indagine del 1998 (7). Le persone sono state invitate a partecipare tramite lettera postale e sono state sottoposte a esami previo ottenimento del consenso informato. Le indagini nazionali del Progetto CUORE sono incluse nel Programma Statistico Nazionale (PSN) e sono riconosciute nell’ambito dell’EHES, avviato nel 2009 (7-9). Inoltre, il Progetto CUORE partecipa a consorzi internazionali finalizzati alla valutazione del valore diagnostico e predittivo di biomarcatori consolidati ed emergenti quali Biomarker for Cardiovascular Risk Assessment across Europe (BiomarCaRE) e Emerging Risk Factors Collaboration (ERFC).

Nel corso delle indagini sono stati raccolti campioni biologici comprendenti siero, plasma, sangue intero, buffy coat, emazie e, a partire dal 2008, urine delle 24 ore (Tabella). I campioni sono stati processati e conservati secondo protocolli standardizzati, al fine di garantirne qualità, riproducibilità e comparabilità nel tempo e nello spazio. Dopo il prelievo ematico in condizioni di digiuno, i campioni sono stati mantenuti in condizioni controllate e sono stati sottoposti, entro tempi prestabiliti, a centrifugazione per la separazione delle frazioni biologiche. Analogamente, le urine delle 24 ore sono state sottoposte a procedure di omogeneizzazione (10). I campioni sono stati aliquotati, al fine di ridurre il numero di cicli di congelamento-scongelamento e preservarne la stabilità molecolare. Un’aliquota è stata analizzata alla linea base presso un unico laboratorio di riferimento nazionale mediante metodiche standardizzate per la determinazione di biomarcatori ematici (colesterolo totale, colesterolo HDL, trigliceridi, glicemia, creatinemia) e urinari (sodiuria, potassiuria, creatininuria, albuminuria) (7, 9, 10). Le restanti aliquote sono state trasferite a temperatura controllata presso l’ISS e conservate in contenitori criogenici (criotubi o paillettes) progettati per resistere a temperature estremamente basse e per garantire la stabilità a lungo termine del campione. La crio-conservazione dei campioni è avvenuta all’interno di freezer a -80 °C oppure in tank, in azoto liquido/vapori di azoto fino a circa -196 °C, condizioni che rallentano significativamente i processi degradativi e preservano nel tempo le caratteristiche biologiche e molecolari dei campioni (11). La gestione dei campioni è supportata da un sistema informatico di tracciabilità basato su codici identificativi univoci, integrato con i dati clinico-epidemiologici, oltre che con sistemi di monitoraggio continuo delle condizioni di conservazione.

Parallelamente, sono state raccolte informazioni sociosanitarie finalizzate alla valutazione dello stato di salute e dei fattori di rischio. Le misurazioni dirette hanno incluso parametri antropometrici, pressione arteriosa e frequenza cardiaca (12, 13) e, in alcune indagini, anche funzionalità respiratoria, densitometria ossea ed elettrocardiogramma (7). Questionari strutturati e standardizzati hanno rilevato caratteristiche sociodemografiche, stili di vita (abitudine al fumo, consumo di alcol, alimentazione e attività fisica) e anamnesi patologica, familiare e farmacologica riferita, inizialmente focalizzata sulle patologie cardiovascolari e successivamente estesa alla storia clinica generale (7). Nei partecipanti di età pari o superiore a 65 anni sono state, inoltre, incluse valutazioni della funzione cognitiva e della prestazione fisica (9).

Gli esiti di salute vengono monitorati prospetticamente mediante integrazione con fonti informative nazionali ufficiali, quali registri di mortalità, sistemi informativi delle dimissioni ospedaliere, per l’identificazione, in particolare, degli eventi coronarici e cerebrovascolari fatali e non fatali (14).

L’adozione di procedure standardizzate garantisce una caratterizzazione affidabile, completa e comparabile nel tempo dello stato di salute della popolazione esaminata a livello nazionale e internazionale. Tutte le indagini sono state approvate dal Comitato etico nazionale per le sperimentazioni degli enti pubblici di ricerca e altri enti pubblici a carattere nazionale, o dall’organismo precedente, il Comitato Etico dell’ISS, nel rispetto della normativa in materia di protezione dei dati personali.

Risultati

I campioni biologici afferenti al Progetto CUORE sono stati collezionati nell’ambito di sette indagini, condotte nell’arco di circa 30 anni sulla popolazione generale adulta italiana. Nel complesso la raccolta comprende circa 271.000 campioni biologici provenienti da circa 36.000 persone, corredati dalle relative informazioni clinico-epidemiologiche e dai dati di follow up (Tabella).

A tutt’oggi, la raccolta consente lo studio della distribuzione dei biomarcatori e delle patologie nella popolazione, nonché l’analisi delle associazioni con informazioni biologiche, cliniche e sugli stili di vita. La disponibilità di dati longitudinali di follow up permette, inoltre, di valutare l’evoluzione temporale degli esiti di salute, di stimare il peso eziologico di biomarcatori emergenti e di supportarne l’eventuale introduzione tempestiva nella pratica clinica, grazie alla possibilità di verificare le evidenze scientifiche senza dover avviare ex novo studi longitudinali dedicati.

Monitoraggio di biomarcatori delle MCNT e determinanti biologici

Il monitoraggio dei biomarcatori delle MCNT e lo studio dei loro determinanti biologici rappresentano un ambito di crescente interesse nella ricerca epidemiologica. Tra questi, la vitamina D ha destato attenzione per la sua associazione con numerose patologie croniche e per l’elevata prevalenza di insufficienza nella popolazione europea (15, 16).

I campioni della coorte MATISS (Malattie ATerosclerotiche - Istituto Superiore di Sanità) del Progetto CUORE, raccolti durante la terza linea base (1993-1996), hanno fornito una base fondamentale per lo studio dello stato della vitamina D nella popolazione italiana. Campioni biologici provenienti da 1.174 uomini e 2.274 donne, sono stati analizzati per valutare i livelli di vitamina D e la loro associazione con sesso, età e stagionalità. I risultati hanno evidenziato un’elevata prevalenza di ipovitaminosi D, che aumenta con l’età, è più marcata nel sesso femminile ed è associata a una forte variabilità stagionale (17). Nel complesso, lo studio ha messo in evidenza un problema di rilevanza per la salute pubblica, supportando l’utilità di strategie di prevenzione mirate. Inoltre, i campioni biologici della coorte MATISS sono stati impiegati, nell’ambito del consorzio BiomarCaRE, in uno studio volto a valutare l’associazione tra latitudine geografica e stato della vitamina D in sei Paesi europei (18). I risultati hanno confermato la presenza di un gradiente Nord-Sud nei livelli di vitamina D in Europa, con valori più elevati nei Paesi del Nord Europa rispetto a quelli dell’Europa meridionale, evidenziando come l’Italia rientri tra i Paesi a potenziale rischio di carenza e sottolineando la necessità di definire adeguate politiche di sanità pubblica.

Un'ulteriore linea di ricerca che ha visto l’impiego dei campioni della coorte MATISS è quella riguardante l’identificazione di biomarcatori circolanti associati al rischio cardiovascolare. In particolare, uno studio sulla globulina legante gli ormoni sessuali (Sex Hormone-Binding Globulin -SHBG), principale proteina di trasporto degli ormoni sessuali (19), ha analizzato campioni provenienti da 1.176 uomini e 2.236 donne (20). I risultati hanno mostrato una variazione dei livelli sierici di SHBG con l’età secondo un andamento sesso-specifico e hanno evidenziato che bassi livelli della proteina sono associati a un profilo metabolico e lipidico sfavorevole, soprattutto nelle donne. Questi dati suggeriscono un possibile ruolo della SHBG nella fisiopatologia delle MCV e il suo potenziale utilizzo come biomarcatore.

Evidenze su biomarcatori consolidati ed emergenti nella stima del rischio cardiovascolare: collaborazioni con consorzi internazionali

Negli ultimi anni, la ricerca si è concentrata sulla possibilità di migliorare la valutazione del rischio cardiovascolare. In questo contesto le collezioni di campioni biologici del Progetto CUORE sono state impiegate in studi internazionali per analizzare il ruolo di biomarcatori consolidati ed emergenti.

Nel consorzio BiomarCaRE, particolare attenzione è stata dedicata alla lipoproteina(a) [Lp(a)], una particella simile alle LDL con proprietà pro-infiammatorie e forte determinazione genetica, riconosciuta come fattore di rischio indipendente e probabilmente causale, per la malattia cardiovascolare aterosclerotica (21). I campioni della coorte MATISS, integrati con quelli di altre coorti europee, sono stati impiegati per valutare il ruolo della Lp(a) e le sue interazioni con i fattori di rischio cardiovascolare in studi prospettici (follow up 2,5-26 anni), con monitoraggio degli eventi coronarici. I risultati hanno evidenziato diversi aspetti rilevanti.

In uno degli studi del consorzio è emerso che, tra soggetti senza malattia coronarica alla linea base, livelli elevati di Lp(a) sono associati a un aumento di eventi avversi anche in individui con assenza o presenza di un solo fattore di rischio cardiovascolare tradizionale, confermandone l’indipendenza dal rischio cardiovascolare globale e sottolineando la difficoltà di ridurne l’impatto nelle popolazioni a basso rischio, con conseguente necessità di terapie mirate (22).

Un ulteriore studio ha evidenziato che l’infiammazione sistemica non modifica significativamente l’associazione tra Lp(a) e rischio di eventi coronarici nei soggetti senza malattia coronarica, mentre, nei soggetti ad alto rischio con malattia coronarica, l’interazione tra Lp(a) e infiammazione appare più complessa, suggerendo possibili implicazioni per una migliore stratificazione del rischio (23).

Infine, per quanto riguarda l’interazione della Lp(a) con altri marcatori lipidici, come l’apolipoproteina B e il colesterolo LDL - la cui quantificazione convenzionale include il colesterolo attribuibile alla Lp(a) - e la loro l’associazione con il rischio coronarico, uno studio ha dimostrato che tale associazione è modificata dai livelli di Lp(a) (≥ o <90° percentile), soprattutto nei soggetti con concentrazioni più elevate di Lp(a). Questi risultati sottolineano l’importanza di includere la Lp(a) nella valutazione del rischio lipidico (24). Nel complesso, gli studi condotti sulla Lp(a) hanno significativamente migliorato la comprensione del suo ruolo nel rischio cardiovascolare, rafforzando l’indicazione a considerarla nella valutazione del rischio individuale.

Parallelamente, il consorzio ha esplorato anche altri biomarcatori di interesse, tra cui la vitamina D, analizzandone in questo caso l’associazione con il rischio cardiovascolare. In particolare uno studio a livello europeo ha evidenziato che livelli più elevati della vitamina sono associati a un minor rischio cardiovascolare, senza però evidenziare un ruolo dei cali stagionali nell’aumento delle MCV (25).

In linea con l’obiettivo di migliorare la stratificazione del rischio, i campioni biologici della coorte MATISS sono stati impiegati nell’ambito del consorzio ERCF in un ampio studio internazionale volto a indagare le associazioni tra principali lipidi e apolipoproteine e il rischio cardiovascolare, al fine di confrontarne il valore predittivo. Un pannello di marcatori lipidici plasmatici è stato misurato alla linea base e i partecipanti sono stati seguiti longitudinalmente per la comparsa di eventi cardiovascolari. I risultati suggeriscono nel complesso che la valutazione del rischio cardiovascolare può essere semplificata utilizzando colesterolo totale e HDL o apolipoproteine, senza necessità di digiuno e senza includere i trigliceridi nella stratificazione del rischio (26).

Approcci predittivi innovativi basati su pannelli di biomarcatori

La coorte Ita-HES (Italian Health Examination Survey) 2008-2012 del Progetto CUORE è attualmente oggetto di studio nel Progetto PNRR BIO-SIGN (Identification of Biomarker signatures of multimorbidity patterns for the development of an innovative and multidimensional tool to assess individual health risks) che ha l’obiettivo di identificare un pannello di biomarcatori come fattori prognostici misurabili di mortalità nella popolazione anziana con multimorbilità.

L’aumento dell’aspettativa di vita ha determinato una crescente diffusione della multimorbilità, definita come la coesistenza di più malattie croniche, con impatto rilevante sulla salute degli anziani (27). Per studiare la complessità dei pazienti sono necessari approcci innovativi che vanno oltre lo studio delle singole patologie, come l’analisi dei pattern di multimorbilità, ovvero di gruppi di individui che condividono combinazioni ricorrenti di malattie croniche. In questo contesto, i biomarcatori sono strumenti promettenti e accessibili per migliorare la stratificazione del rischio e identificare meccanismi biologici condivisi o specifici (28). All’interno del progetto BIO-SIGN, 3.695 individui della coorte del Progetto CUORE di età compresa tra 60 e 79 anni sono stati valutati sulla base delle loro caratteristiche cliniche, identificando sei pattern di multimorbilità associati a differenti tassi di mortalità dopo oltre 14 anni di follow up (29). Successivamente è stato adottato un disegno di studio caso-controllo nidificato tenendo conto dell’appartenenza ai diversi pattern di multimorbilità e considerando come casi i partecipanti deceduti per tutte le cause durante il periodo di follow up. Su un totale di 205 coppie di casi e controlli sono stati misurati i biomarcatori circolanti appartenenti a differenti domini patologici, selezionati come potenziali indicatori di specifici endofenotipi di multimorbilità e di disregolazione fisiopatologica (30).

Le fasi successive del progetto permetteranno di identificare un pannello di biomarcatori che, da solo o in combinazione con altre covariate, possa avere valore prognostico per i diversi pattern omogenei di multimorbilità negli anziani, con l’obiettivo di migliorare la stratificazione del rischio e prevenire o ridurre gli esiti avversi per la salute. I risultati attesi potranno facilitare la prognosi negli anziani con multimorbilità, supportare il processo decisionale clinico, favorire interventi personalizzati e migliorare la comprensione delle vie fisiopatologiche multifattoriali che collegano l’invecchiamento allo sviluppo e alla progressione di più malattie croniche (28).

Discussione e conclusioni

In un contesto di continuo avanzamento tecnologico e scientifico, la conservazione a lungo termine dei campioni biologici assume un ruolo fondamentale per la ricerca traslazionale. In questo scenario, le bio-risorse del Progetto CUORE, conservate presso l’ISS, afferenti a campioni rappresentativi della popolazione adulta italiana, integrate con dati clinico-epidemiologici e di follow up, costituiscono un’infrastruttura nazionale strategica, in grado di supportare l’attivazione di studi attuali e futuri sulle MCNT. La raccolta dei campioni è nata per lo studio dei fattori di rischio cardiovascolare e più recentemente delle MCNT.

La raccolta dei campioni è nata per lo studio dei fattori di rischio cardiovascolare e più recentemente delle MCNT. Le bio-risorse sono state impiegate sia a fini descrittivi e di sorveglianza epidemiologica, sia, grazie al lungo follow up longitudinale degli esiti di salute, per lo studio di biomarcatori associati alla previsione degli eventi cardiovascolari. Numerosi studi su biomarcatori di interesse cardiovascolare e metabolico ne hanno dimostrato il valore predittivo nella stratificazione del rischio nella popolazione generale adulta, con importanti ricadute sulla medicina traslazionale e sulla prevenzione. Inoltre, la collaborazione con consorzi internazionali ha rafforzato la solidità dei risultati e la loro trasferibilità nella pratica clinica.

La raccolta di informazioni nell’ambito delle indagini del Progetto CUORE si è progressivamente ampliata fino a comprendere un ampio spettro di fattori di rischio per le MCNT. L’integrazione di dati clinici, ambientali e di stile di vita, ha permesso di approfondire le relazioni tra biomarcatori, fattori di rischio e MCNT, migliorando la ricostruzione dei determinanti complessi e dei meccanismi fisiopatologici ed eziologici. Ciò favorisce lo sviluppo di modelli predittivi sempre più accurati, con potenziali applicazioni nella medicina personalizzata, soprattutto nei contesti complessi dell’invecchiamento e della multimorbidità.

Quando è stata istituita la collezione di campioni biologici del Progetto CUORE, le iniziative di biobanking erano ancora in una fase iniziale di sviluppo. Nel panorama europeo attuale, la collezione del Progetto CUORE si colloca accanto ad altre importanti biobanche di popolazione, quali la FINRISK Biobank (Finlandia), la Tromsø Study Biobank (Norvegia), la UK Biobank (Regno Unito) e la CONSTANCES Biobank (Francia), grazie alla rappresentatività della popolazione, al numero di campioni raccolti e alla completezza della caratterizzazione clinico-epidemiologica.

A fronte dell’elevato potenziale di utilizzo del capitale biologico, la collezione nazionale di campioni biologici del Progetto CUORE, con le sue caratteristiche, consente di sostenere studi epidemiologici e traslazionali, di contribuire allo sviluppo della medicina personalizzata e di supportare politiche di prevenzione delle MCNT.

Ringraziamenti

Matilde Bocci, Claudia Meduri e Tiziana Grisetti (Dipartimento Malattie Cardiovascolari, Dismetaboliche e dell'Invecchiamento, ISS) per il supporto fornito nella gestione degli aspetti burocratici e amministrativi connessi al popolamento, alla gestione e al mantenimento delle collezioni di campioni biologici afferenti al Progetto CUORE.

Conflitti di interesse dichiarati: nessuno.

Finanziamenti: nessuno.

Authorship: tutti gli autori hanno contribuito in modo significativo alla realizzazione di questo studio nella forma sottomessa.

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