Borse PON RI 2014-2020 - Biotecnologie Cellulari e Molecolari

La medicina rigenerativa rappresenta un potenziale trattamento per la cura di patologie attualmente incurabili, come le tendinopatie. Esse hanno una elevata incidenza (30 milioni di lesioni muscolo-scheletriche/anno) con elevati costi a carico di servizi sanitari (€180 miliardi/anno). L’incidenza risulta inoltre in crescita del 25% considerato l'invecchiamento della popolazione e l'aumento delle aspettative di vita.

In questo contesto, la sfida è riuscire a sviluppare terapie innovative che coniughino le proprietà degli scaffolds e il potenziale rigenerativo di cellule staminali (SC) supportando quelle progenitrici insufficienti nel tendine adulto.

Ricerca proposta

Il nostro gruppo ha dimostrato l’efficacia tenorigenerativa del trapianto di SC epiteliali amniotiche (AEC) ovine e umane in modelli preclinici di ovino e clinici di equino (Barboni et al, Cell Transplant 2012 21:2377; Muttini et al, Res Vet Sci 2013 94:158). Tuttavia, all’identificazione delle SC ad elevato potenziale rigenerativo deve accompagnarsi allo sviluppo di biomateriali che sostengano la rigenerazione di lesioni tendinee, in particolar modo di tipo severo (resezione parziale/totale tendinea). Lo scaffold ideale per la rigenerazione tendinea deve riprodurne la meccanica e al contempo promuovere l’adesione e differenziamento delle diverse tipologie cellulari impegnate nella rigenerazione. Ad oggi, i biomateriali sviluppati non sono stati in grado di mimare la struttura e la biomeccanica del tendine imponendo la necessità di cercare nuove soluzioni. La ricerca proposta si prefigge, insieme a centri di ricerca e imprese leader nella produzione di biomateriali, di sviluppare e testare su modelli in vitro e in vivo l’efficacia rigenerativa di scaffold sintetici paragonandola a quella di scaffold biologici ottenuti da tendini decellularizzati (gold standard).

Metodologie proposte e contenuti

In collaborazione con Innovent si produrranno scaffold custom made con biopolimeri elettrofilati ad alto grado di allineamento per coadiuvare la deposizione della matrice extracellulare (ECM) del tendine in rigenerazione. Con il supporto del centro di ricerca e sviluppo di Assut, invece, si produrranno scaffold biologici da tendini ovini indispensabili nella ricerca come scaffold gold standard. La biocompatibilità dei materiali sarà testata nei nostri laboratori su modelli in vitro ingegnerizzandoli con AEC, cellule a spiccata proprietà tenorigenerativa (Barboni et al, PLoSOne 2012 7:e30974). Presso l’istituto zooprofilattico sperimentale dell’Abruzzo e del Molise (IZSAM) sotto la nostra coordinazione sarà testata la biocompatibilità in vivo su fase precoce di rigenerazione tendinea in modelli standardizzati dal nostro gruppo. I risultati della sperimentazione potranno essere utilizzati da Assut al fine di certificare la biocompatibilità degli scaffold prodotti qualora si vorrà procedere alla loro commercializzazione nel rispetto delle norme di proprietà intellettuali sottoscritte fra i partners. 

Denominazione dell’impresa presso cui verrà svolta l’attività relativa al tema di ricerca:

Assut Europe S.p.A. 

Sede legale dell’impresa (Città, Provincia, indirizzo):

Città: ROMA Provincia: RM Indirizzo: VIA GREGORACI 12 

Nome, cognome e riferimenti del tutor aziendale:

Nome: Francesco Cognome: Lazzaro Ruolo: Responsabile del Dipartimento R&D

Durata di permanenza in impresa del dottorando titolare della borsa aggiuntiva PON:

6 mesi

Denominazione del soggetto ospitante all’estero (università, ente di ricerca pubblico o privato, impresa):

INNOVENT e. V. is a non-profit, industrial research association Register-Nr.: VR 470

Sede legale del soggetto ospitante all’estero:

Città: Jena – Germania -  Indirizzo: INNOVENT e. V. - Pruessingstrasse. 27 B - D-07745 Jena – GERMANY

Nome, cognome, ruolo e contatti del tutor del soggetto ospitante:

Nome: Matthias  Cognome: Schnabelrauch  Ruolo: Head of Biomaterials Department 

Durata della permanenza all’estero:

12 mesi. 

Il varicocele è ritenuto essere la causa più comune di ipo/infertilità nell’uomo ed interessa dal 35 all’80 dei pazienti affetti da infertilità primaria o secondaria. Ad oggi non esistono marcatori molecolari in grado di predirne le conseguenze sulla fertilità. Pertanto, scopo del progetto, è identificare marcatori molecolari innovativi e predittivi della fertilità, per poi realizzare un device diagnostico da porre sul mercato.

Il progetto si articola in tre fasi

Fase I

Attualmente in corso, è volta a individuare la correlazione tra l’espressione di molecole appartenenti al sistema endocannabinoide (SEC) e la fertilità, utilizzando un modello animale (ratto) in cui il varicocele è stato indotto sperimentalmente (Autorizzazione Ministero della Salute n° 301/2015-PR).

Fase II

Traslare i dati ottenuti alla diagnostica medica in collaborazione con gli andrologi dell’Università dell’Aquila che afferiscono al corso di dottorato.

Fase III 

Realizzare un device diagnostico in grado di predire il danno riportato da pazienti effetti da varicocele in termini di fertilità, che troverà applicazione in andrologia e PMA.

Stato dell'arte e prospettive di ricerca

Il gruppo di ricerca dell'Università di Teramo ha da tempo focalizzato l'attenzione sulla valutazione delle molecole del SEC e sui gameti. La scelta dell’utilizzo come markers di molecole appartenenti al SEC trae il razionale dal suo documentato coinvolgimento nel controllo della maturazione intratesticolare dei gameti (spermatogenesi), nonché nel ruolo cruciale esercitato sulla modulazione della loro funzione (Endocr Rev. 2006 Aug;27(5):427-48; Trends Pharmacol Sci. 2015 May;36(5):277-96.). Sulla base di incoraggianti risultati preliminari, i livelli di espressione testicolare di due molecole appartenenti al SEC sembrano essere correlati alla fertilità in animali in cui la patologia è stata indotta sperimentalmente. Come modello predittivo è stata sviluppata una rete neurale, la cui predittività verrà testata analizzando in cieco il numero di nuovi nati dopo di accoppiamenti su ratti di controllo ed indotti sperimentalmente.

I futuri esperimenti si concentreranno su:

1. Analisi di espressione e di profilo proteico del SEC in campioni di tessuto testicolare e campioni seminali ottenuti dal modello sperimentale in collaborazione con l’Università di Leiden.
2. Valutazione della robustezza della rete neurale utilizzando i dati di espressione e i profili proteici del SEC (Università di Teramo).
3. Analisi delle molecole appartenenti al SEC su campioni di seme raccolti da donatori sani e pazienti affetti da varicocele, in collaborazione con l’Università di Leiden. La raccolta dei campioni verrà effettuata presso il centro di andrologia dell’Università dell’Aquila afferente al dottorato
4. Analisi docking molecolare per la progettazione di strumenti diagnostici con il sostegno di C4T. 5) Realizzazione kit diagnostico in collaborazione con l’IZSAM, Ente convenzionato con il corso di dottorato. 

Denominazione dell’impresa presso cui verrà svolta l’attività relativa al tema di ricerca:

Colosseum Combinatorial Chemistry Centre for Technology - C4T S.C.a.r.l. 

Sede legale dell’impresa (Città, Provincia, indirizzo):

Città: Roma - Provincia: RM - Indirizzo: Via della Ricerca Scientifica - Edificio PP2 – Università di Roma “Tor Vergata” – Macroarea Scienze - 00133 Roma 

Nome, cognome e riferimenti del tutor aziendale:

Nome: Teresa Fabiola - Cognome: Miscioscia - Ruolo: Ricercatore in Chimica Computazionale e Modellistica Molecolare 

Durata di permanenza in impresa del dottorando titolare della borsa aggiuntiva PON:

6 mesi 

Denominazione del soggetto ospitante all’estero (università, ente di ricerca pubblico o privato, impresa):

University of Leiden (EN), Univerisiteit Leiden (NL), Netherlands 

Sede legale del soggetto ospitante all’estero:

Città: Leiden - Paesi Bassi - Indirizzo: Leida, Olanda, Rapenburg 70, 2311 EZ Leiden 

Nome, cognome, ruolo e contatti del tutor del soggetto ospitante:

Nome: Mario - Cognome: Van Der Stelt - Ruolo: Associate Professor 

Durata della permanenza all’estero:

6 mesi 

La funzione e l’integrità della struttura del neurone dipende in gran parte dai microtubuli, ed è stato dimostrato che piccoli e sottili cambiamenti nelle dinamiche dei microtubuli possono indurre patologie neurologiche. I farmaci che regolano la dinamica dei microtubuli come i farmaci appartenenti alla categoria dei Taxani sono routinariamente usati nel trattamento di molte forme di cancro. Il loro uso, però, è limitato dallo sviluppo di un severo dolore neuropatico cronico, oltre che da altri effetti collaterali. Il sistema del complemento svolge un ruolo nell’iperalgesia e nel dolore neuropatico. Il C5a, è un importante effettore della cascata del complemento e, dopo legame con il suo recettore, diviene un potente attrattore di neurotrofili. E’ stato riportato che i componenti del complemento hanno un effetto diretto sulla nocicezione. Inoltre, si è visto come l’applicazione di C5a ai nervi periferici sensibilizza le fibre C nocicettive. Questo effetto potrebbe essere dovuto ad un effetto diretto del C5a sul suo recettore, visto che i recettori per C5a sono espressi nei neuroni sensoriali. In aggiunta, è noto che il C5a è coinvolto nel dolore neuropatico e che bloccando i suoi effetti si elimina il dolore. La domanda fondamentale se cioè come il C5a possa essere implicato nella funzionalità neuronale sensoriale rimane comunque ancora senza risposta. 

Su questa base, lo scopo della ricerca proposta è quello di studiare comparativamente l’effetto del C5a e del paclitaxel (taxano, farmaco utilizzato in oncologia) nell’ottica di cercare di chiarire le vie di trasduzione del segnale coinvolte e di trovare una eventuale via comune ai due composti. Inoltre, gli effetti di uno specifico antagonista di C5a, in studio presso l’Azienda farmaceutica, verrano saggiati in combinazione con paclitaxel o con C5a.

Modello sperimentale

Come modello sperimentale si useranno le cellule F-11, generalmente utilizzate per questi tipo di studi in vitro, esprimenti markers neuronali ed aventi proprietà uguali ai neuroni sensoriali di ratto, o neuroni primari dei gangli dorsali di ratto. Su questi modelli sperimentali si studieranno gli effetti del C5a o del paclitaxel su tipici markers cellulari di dolore neuropatico come, stabilizzazione dei microtubuli, mediante microscopia confocale e western blotting, espressione tramite Real Time PCR di due fattori chiave del dolore neuropatico e cioè TRVP1 e TRVP4. Una volta dimostrato che il C5a è in grado di indurre modulazione dei markers di dolore neuropatico, lo studio proseguirà mediante l’utilizzo di due potenti antagonisti di C5a, che saranno somministrati anche in combinazione con il paclitaxel. Si cercherà quindi di dissezionare la/le via/vie molecolare/i coinvolta/e dopo insulto con paclitaxel o C5a, come STAT3 acetilata, alfa-tubulina acetilata, TRVP1 e TRVP4 e enzimi e cofattori connessi a tali vie. 

Denominazione dell’impresa presso cui verrà svolta l’attività relativa al tema di ricerca:

Dompé Farmaceutici S.p.A. 

Sede legale dell’impresa (Città, Provincia, indirizzo):

Città: Milano - Provincia: MI - Indirizzo: Via Santa Lucia, 6 

Nome, cognome e riferimenti del tutor aziendale:

Nome: Marcello - Cognome: Allegretti - Ruolo: Chief Scientific Officer 

Durata di permanenza in impresa del dottorando titolare della borsa aggiuntiva PON:

6 mesi 

Denominazione del soggetto ospitante all’estero (università, ente di ricerca pubblico o privato, impresa):

Sbarro Institute for Cancer Research and Molecular Medicine and Center for Biotechnology, Temple University 

Sede legale del soggetto ospitante all’estero:

Città: Philadelphia - Stati Uniti d'America - Indirizzo: BioLife Science Bldg. Suite 431 1900 N. 12th Street 

Nome, cognome, ruolo e contatti del tutor del soggetto ospitante:

Nome: Antonio - Cognome: Giordano - Ruolo: President and Chairman of the board 

Durata della permanenza all’estero:

6 mesi