Geni come farmaci: i progetti di terapia genica
del center for translational cardiology (ctc)
presso la cardiologia di cattinara e icgeb

(Foto: Prof. Gianfranco Sinagra) Dott. Mauro Giacca Direttore del Centro Internazionale di Ingegneria Genetica e Biotecnologia (ICGEB) di Padriciano (TS)

Le malattie del cuore e dell'apparato vascolare rappresentano la principale causa di morbilita' e mortalita' nei Paesi occidentali, nonche' una crescente fonte di preoccupazione anche nei Paesi di via di sviluppo. Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanita', queste malattie causano 12 milioni di morti in tutto il mondo ogni anno. Anche in Italia, il 44% di tutti i decessi e' dovuto ad una patologia cardiovascolare; in particolare, quasi il 30% e' sostenuto dalla cardiopatia ischemica, ovvero dalla patologia acuta - infarto del miocardio - o cronica conseguente all'occlusione delle arterie coronarie, ed il 10% dall'ictus cerebrale, dovuto all'occlusione o alla rottura di un vaso cerebrale. La Regione Friuli Venezia Giulia e' ai primi posti in Italia per la prevalenza delle malattie cardiovascolari; vi si contano quasi 6.000 decessi ogni 100.000 abitanti a causa di queste patologie. Ogni anno vengono accolti in urgenza presso l'Unita' di Terapia Intensiva Cardiologica dell'Azienda Ospedaliero-Universitaria di Trieste oltre 600 casi di infarto del miocardio acuto, per lo piu' sottoposti a procedura di rivascolarizzazione coronarica mediante angioplastica, che consiste nella dilatazione della stenosi arteriosa, eventualmente seguita dal posizionamento di uno stent. Tali approcci di rivascolarizzazione chirurgica (angioplastica e bypass aorto-coronarico), uniti agli interventi di tipo medico, routinariamente praticati nelle strutture ospedaliere di Trieste hanno profondamente modificato la storia naturale della cardiopatia ischemica. Tuttavia, le importanti limitazioni di tali interventi fanno si' che molti pazienti colpiti da infarto del miocardio siano destinati ad evolvere verso una fase di scompenso cardiaco, con importanti conseguenze sulla qualita' della vita. Si stima che in Italia la prevalenza di cittadini affetti da invalidita' cardiovascolare sia pari al 4,4 per mille (dati Istat). Dall'analisi di questi dati si evince la necessita' presente di sviluppare degli approcci terapeutici che consentano di ampliare l'offerta terapeutica e superare i limiti delle terapie attualmente disponibili; tra i possibili approcci, quelli basati sulla terapia genica appaiono senz'altro tra i piu' innovativi e promettenti. Terapia genica per stimolare la formazione di nuovi vasi sanguigni Piu' di un decennio di ricerca sperimentale ha indicato che la formazione di vasi sanguigni nell'uomo e' controllata dall'azione coordinata nel tempo e nello spazio di una serie di fattori di crescita. Negli organismi adulti, questo processo, chiamato angiogenesi, consiste nella formazione di nuovi capillari a partire da un vaso pre-esistente, attraverso un meccanismo di gemmazione delle cellule endoteliali, che rivestono l'interno dei vasi sanguigni. Questo meccanismo di angiogenesi e' quello che consente di portare nutrimento ed ossigeno al tessuto di granulazione che si forma durante ogni riparazione cicatriziale, cosi' come di formare dei circoli collaterali di compenso alla periferia di un infarto. In condizioni fisiologiche, il processo di angiogenesi e' innescato e mantenuto dall'azione di una serie di fattori di crescita, tra i quali un ruolo fondamentale e' rivestito dal VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor). Possiamo sfruttare queste proprieta' a scopo terapeutico? Una delle prospettive piu' eccitanti offerte attualmente dalla ricerca proviene dalla terapia genica, ovvero dalla possibilita' di trasferire il gene che codifica per il VEGF direttamente nei tessuti ischemici, in modo da stimolare in maniera persistente la produzione del fattore e quindi stimolare la formazione di nuovi vasi sanguigni. Una maniera molto efficace per trasferire i geni nel cuore e nei muscoli e' quella di inserirli all'interno di virus opportunamente modificati, che possano essere iniettati con sicurezza nei pazienti. I virus rappresentano un veicolo di eccezionale potenza per veicolare i geni in un organismo: millenni di evoluzione hanno selezionato questi microorganismi proprio per la loro capacita' di trasferire la propria informazione genetica da una cellula all'altra. Grazie alle moderne tecniche messe a disposizione dell'ingegneria genetica, siamo oggi in grado di eliminare i geni dei virus che ne sostengono la virulenza e la replicazione, e di sostituirli con altri geni di nostro interesse. Questa operazione di ingegneria genetica da un lato rende i virus del tutto innocui, e dall'altro li trasforma in vettori di grande efficacia per la veicolazione di geni con potenziale interesse terapeutico. Nel corso degli ultimi anni, un'intensa e stimolante collaborazione tra i Cardiologi della Struttura Complessa di Cardiologia dell'Azienda Ospedaliero-Universitaria e del Centro Cardiovascolare ed i ricercatori dell'International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB) ha portato allo sviluppo di una particolare classe di vettori virali per la terapia genica del cuore. Questi vettori derivano dalla modificazione genetica di un piccolo virus chiamato AAV (virus adeno-associato) molto diffuso nella popolazione umana; infatti piu' dell'80% delle persone ne viene in contatto durante l'infanzia, senza peraltro che all'infezione consegua alcun tipo di patologia. Presso l'ICGEB e' stato allestito un laboratorio specializzato per la produzione di vettori AAV, che negli ultimi cinque anni ha generato diverse centinaia di vettori diversi, utilizzati da diversi ricercatori sia a Trieste, sia da altri gruppi di ricerca in Italia, in altri Paesi europei e negli Stati Uniti. Grazie ad un finanziamento della Fondazione Cassa di Risparmio di Trieste presso l'ICGEB e la Cardiologia hanno potuto aver corso le attivita' di Ricerca nel settore della Terapia Genica e Cellulare e delle Cardiomiopatie. In particolare e' stata identificata una nuova popolazione di cellule derivanti dal midollo osseo che, nei roditori, sono indispensabili per la maturazione dei vasi sanguigni indotti dai processi di neoangiogenesi. Queste cellule, denominate Neuropilin-1 Expressing Mononuclear cells (NEM) sono caratterizzate dall'espressione del co-recettore Neuropilina-1. I ricercatori di ICGEB hanno scoperto che le NEM, grazie ad una funzione paracrina, sono in grado di stimolare il reclutamento di periciti e cellule muscolari lisce della parete vascolare, contribuendo quindi in maniera sostanziale alla maturazione funzionale dei vasi sanguigni. Sono attualmente in corso esperimenti finalizzati alla comprensione del ruolo di queste cellule nella patologia ischemica del miocardio (infarto miocardico). Nella prospettiva di identificare possibili punti di intervento per la riparazione del danno miocardico da infarto miocardico acuto e sul versante dello studio dei meccanismi molecolari che regolano la proliferazione ed il differenziamento cardiomiocitario, i ricercatori di ICGEB e della Cardiologia Ospedaliero-Universitaria di Cattinara hanno concentrato la loro attenzione su alcuni geni critici come il gene Notch1. In particolare, esperimenti condotti negli anni precedenti avevano dimostrato che questa via di attivazione del segnale e' fondamentale per consentire la replicazione di una popolazione di cellule gia' differenziate verso la linea delle cellule cardiache ma ancora capaci di proliferare (ICM, immature cardiac myocytes o CPC, cardiac progenitor cells). Il motivo per cui le cellule cardiache mature invece non responsivi alla stimolazione al gene Notch rimane ancora misterioso, e rappresenta uno degli argomenti approfonditi nell'ambito del Progetto del Centro di Cardiologia Traslazionale (CTC). A questo scopo, durante il primo periodo di attivita' sono stati prodotti due vettori virali basati sul virus adeno-associato (AAV), l'uno esprimente una forma diffusibile del ligando attivatorio di Notch1, Jagged1, e l'altro la forma attiva di Notch1 stesso, NotchICD. L'effetto di entrambi questi vettori e' stato valutato in un modello di infarto del miocardio nel topo valutato anche ecocardiograficamente con l'uso di sonde ultrasonografiche dedicate. Parallelamente e' proseguita l'intensa attivita' di Ricerca Clinica nel settore delle Cardiomiopatie Geneticamente determinate e Scompenso Cardiaco con importanti contributi pubblicati su riviste internazionali da parte dei Cardiologi Dr.ssa Laura Vitali Serdoz, Dr.ssa Aneta Aleksova, Dr. Michele Moretti e Dr. Marco Merlo. In questo ambito sono state formalizzate 5 linee di Registro relativamente alla Cardiomiopatia Dilatativa, Ipertrofica, Miocarditi, Amiloidosi e Cardiomiopatie Destre. Nello stesso periodo e' stato totalmente aggiornato lo strumento hardware e software per la tenuta del Registro e sono state attivate analisi di caratterizzazione genetica della Cardiomiopatia Ipertrofica, Cardiomiopatia Dilatativa (proteine del Sarcomero e Titina), Cardiomiopatia Destra (Titina). Il Centro di Cardiologia Clinica e Sperimentale (Center for Translational Cardiology, CTC) Come si e' accennato l'intensa attivita' di collaborazione tra i Cardiologi dell'Azienda Ospedaliero-Universitaria di Trieste-Cattinara ed i ricercatori dell'ICGEB e' stata recentemente consolidata, anche grazie ad un importante finanziamento della Fondazione CR Trieste, dalla creazione del Center for Translational Cardiology, CTC), una struttura creata con obiettivi importanti di integrazione della ricerca nella realta' clinica in ambito cardiovascolare. Sul versante clinico, il traguardo piu' ambizioso del CTC e' quello di facilitare la transizione dei risultati della ricerca sperimentale sui pazienti. Gli esperimenti condotti finora a livello pre-clinico hanno indicato che il trasferimento genico con vettori AAV, descritti nel paragrafo precedente, e' una pratica sicura ed estremamente efficace per consentire l'espressione di geni con potenziale terapeutico nel cuore e nel muscolo scheletrico. Le ricerche preliminari finora condotte indicano che vettori virali AAV possono consentire l'espressione regolata di fattori di neoformazione dei vasi (VEGF) e potrebbero pertanto apportare un significativo beneficio terapeutico in pazienti con arteriopatia obliterante degli arti inferiori (trasferimento genico a livello muscolare) o cardiopatia ischemica-infarto miocardico (trasferimento diretto nel cuore). Obiettivo primario del CTC sara' quello di facilitare la transizione clinica di queste osservazioni sperimentali; una sperimentazione clinica condotta in tale senso rappresenterebbe la prima applicazione di AAV nel sistema cardiovascolare in assoluto a livello internazionale. Oltre a questo obiettivo clinico, il CTC ha anche diversi obiettivi sperimentali. Tra questi, uno dei traguardi che appaiono piu' interessanti in ambito cardiologico e' quello di valutare se sia possibile stimolare la rigenerazione e riparazione del miocardio, inteso come induzione di proliferazione sia delle cellule cardiache che dei vasi necessari per il nutrimento del muscolo cardiaco. Molti aspetti rimangono aperti e richiederanno anni di intensa ricerca ed impegno. Uno degli obiettivi del CTC sara' quello di identificare i geni potenzialmente coinvolti nella proliferazione delle cellule staminali e nello sviluppo di sistemi per trasferirli in maniera sicura nel cuore. Grazie al supporto della Direzione dell'Azienda Ospedaliero Universitaria ed al contributo dei benefattori e' stato recentemente completato il Laboratorio di Cardiologia Molecolare contiguo ai luoghi della degenza presso il Polo Cardiologico che costituira' un ponte fra i luoghi di malattia che generano le domande alla scienza e forniscono il materiale per la ricerca ed i laboratori di ricerca avanzata presso ICGEB a Padriciano. Tale struttura sara' un ulteriore strumento per il conseguimento di un obiettivo importante sul piano culturale, ovvero contribuire alla formazione di nuove figure professionali, generando dei medici che sappiano coniugare la pratica clinica sui pazienti in ambito cardiologico con la ricerca avanzata in laboratorio. Mentre altri Paesi stanno da lungo investendo sulla formazione di medici clinici con forte preparazione sperimentale di laboratorio, con un'impostazione analoga alla formazione dei professionisti con titolo di "MD PhD" (medici con il dottorato di ricerca) degli Stati Uniti, la generazione di siffatte competenze professionali e' ancora poco rappresentata in Italia. Siamo pertanto molto grati alla Fondazione Cassa di Risparmio di Trieste, alle Assicurazioni Generali, a tutti i benefattori ed alle associazioni di volontariato per il supporto dato e che ci auguriamo continuino a dare e siamo grati al Cuore Amico Muggia per mantenere alta l'attenzione sulle problematiche della prevenzione, cura e riabilitazione delle malattie cardiovascolari.

Dott. Mauro Giacca del Laboratorio di Medicina Molecolare, International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB) e Prof. Gianfranco Sinagra del Dipartimento Cardiovascolare, Ospedale di Cattinara, Trieste



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