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Epilessia | Cellule ingegnerizzate come micro-software per prevedere e bloccare le crisi epilettiche

05/03/2021

Scienza, cultura e ricerca

Epilessia | Cellule ingegnerizzate come micro-software per prevedere e bloccare le crisi epilettiche
Rete di neuroni in coltura

Dalla neurobiologia alla computer science, dalla nanomedicina fino alla bioingegneria e alla scienza dei materiali: per contrastare l’epilessia con un approccio mai tentato prima, il progetto PRIME (acronimo per A Personalised Living Cell Synthetic Computing Circuit for Sensing and Treating Neurodegenerative Disorders) chiama a raccolta un incredibile numero di discipline di frontiera.

Composto da un team internazionale di ricercatori,  PRIME è il quarto progetto internazionale sull’epilessia finanziato dalla Commissione europea a cui il Professor Michele Simonato, del Dipartimento di Neuroscienze e Riabilitazione di Unife, partecipa come coordinatore o principal investigator.

“PRIME propone un approccio alternativo e radicale per tentare di prevedere e bloccare le crisi, la manifestazione clinica più debilitante e pericolosa dell’epilessia. Una malattia di cui si parla poco, ma che ogni anno colpisce circa 60 milioni di persone nel mondo, ci cui 6 milioni in Europa”, introduce Simonato.

Michele Simonato

Il Prof. Michele Simonato

Il progetto mira alla realizzazione di cellule ingegnerizzate per agire come un micro-software, ovvero funzionanti sulla base di un algoritmo attivato da segnali chimici che compaiono nel cervello poco prima di una crisi epilettica.

L’obiettivo è ambizioso, ed infatti il progetto è risultato vincitore di un tipo di finanziamento che la Commissione europea riserva a ricerche ad alta innovatività. La strada per arrivare all’obiettivo finale prevede di integrare tra loro alcuni tra i più recenti e promettenti risultati della ricerca su questa malattia.

“Il nostro gruppo - spiega Simonato - ha ingegnerizzato cellule in modo da renderle capaci di rilasciare GDNF, una proteina che in studi precedenti si era dimostrata capace di sopprimere le crisi e di incidere sulla storia naturale della malattia. GDNF non può essere usato come un normale farmaco perché, per la sua natura chimica, non riuscirebbe a penetrare nel cervello. Queste cellule secernenti GDNF sono state 'impacchettate' in dispositivi simili a microcapsule, rivestite da una membrana semi-permeabile che consente il rilascio della sostanza terapeutica, e allo stesso tempo evita reazioni di rigetto. Le microcapsule sono state inoculate direttamente nella zona cerebrale da cui originano le crisi in ratti epilettici, e si sono dimostrate efficaci sul 90% delle crisi. Questo sistema è già stato testato sull’uomo in studi di tollerabilità, ma per l’uso clinico andrebbe rifinito per renderlo 'intelligente', cioè capace di adattarsi alle esigenze di ogni singolo paziente”.

gruppo Simonato

Il Gruppo di ricerca Unife del Prof. Michele Simonato

In PRIME, questo “tassello” sarà quindi combinato con quello che proviene dalle ricerche condotte da un gruppo di scienziati irlandesi:

“Ricercatori del Royal College of Surgeons in Irlanda hanno scoperto che i livelli di frammenti di transfer RNA (tRNA), una classe di RNA non codificanti, aumentano nel plasma e nel liquor di pazienti epilettici alcune ore prima del manifestarsi delle crisi.”

L’idea è di fare in modo che le cellule capaci di secernere GDNF “sentano” l’aumento dei livelli di frammenti di tRNA e aumentino la secrezione della proteina terapeutica prima della comparsa della crisi, prevenendola. In altre parole, PRIME punta a realizzare un approccio terapeutico di minima invasività, che agisca soltanto quando occorre, dove occorre e prima che l’attacco epilettico abbia inizio.

epilessia

Un ippocampo epilettico, la regione cerebrale da cui originano le crisi nella forma di epilessia che studia il progetto

“A oggi l’epilessia viene trattata con farmaci con azione di mitigazione continua dell’eccitabilità cerebrale. Questi farmaci hanno però gravi effetti collaterali e sono inefficaci in un terzo dei casi. La rimozione chirurgica dei tessuti malati può essere eseguita soltanto in pochi pazienti. Esistono device impiantabili che possono ridurre la frequenza delle crisi, ma la loro efficacia non è definitivamente accertata”. 

I circuiti di bio-computing ingegnerizzati nelle cellule sintetiche realizzate da PRIME potranno operare in modo personalizzato sui singoli pazienti:

“Il risultato finale sarà una specie di software biologico capace di prevedere l’arrivo di una crisi e reagire producendo molecole terapeutiche capaci di bloccarle. Lo strumento utilizzerà l’Intelligenza Artificiale integrata con simulazioni di comunicazione molecolare. Un progetto, quindi, fortemente transdisciplinare”. 

“Se questo approccio si dovesse dimostrare efficace nella cura dell’epilessia - conclude Simonato - potrebbe essere successivamente esteso anche a numerose altre malattie neurologiche caratterizzate da interruzione del normale funzionamento della rete neuronale”.

Grazie all’esperienza e alle competenze acquisite nell’ambito del Progetto PRIME, i National Institutes of Health (NIH), agenzia del Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani degli Stati Uniti, ha affidato al Prof. Simonato un prestigioso incarico.

Simonato ha presieduto, infatti, un gruppo di lavoro di esperti internazionali incaricato di definire una roadmap strategica per l’identificazione e lo sviluppo di biomarcatori di epilessia. Il gruppo aveva il compito di tracciare le linee guida di riferimento per chi lavora in questo ambito di ricerca.

“Alcune forme di epilessia si manifestano dopo mesi o persino anni da un evento scatenante che può essere un trauma cranico, un tumore, un ictus, oppure convulsioni febbrili – spiega Simonato - Durante questo periodo, silente dal punto di vista clinico, nel cervello avvengono una serie di processi che, se efficacemente contrastati, potrebbero scongiurare l’insorgere della malattia”.

I risultati del gruppo di lavoro sono stati pubblicati sulla  pubblicato su Nature Reviews in Neurology.

 

Per saperne di più

a cura di ILARIA FAZI