NUOVI APPROCCI NELLA TERAPIA DELL'ALZHEIMER

L’utilizzo di nanomedicine innovative può essere considerato come un approccio strategico sia nella diagnosi, ma soprattutto nella prevenzione e trattamento delle malattie neurodegenerative. 
Di Barbara Ruozi, Maria Angela Vandelli, Giovanni Tosi - Centro di ricerca sulle Tecnologie Farmaceutiche Tradizionali ed Innovative (Te.Far.T.I.), Dipartimento di Scienze della Vita, Università di Modena e Reggio Emilia e Francesca Pederzoli Istituto di Ricerca Pediatrico Città della Speranza, Padova

La Malattia di Alzheimer (AD) è la malattia neurodegenerativa più diffusa nella popolazione (si stimano 7 milioni di malati nella Comunità Europea con una previsione di incidenza in crescita). È stata descritta per la prima volta dal patologo Alois Alzheimer (1863-1915) durante la Convenzione Psichiatrica di Tubingen nel 1906; il medico presentò il caso di una donna di 51 anni affetta da una sconosciuta forma di demenza. Nei successivi anni vennero rilevati altri 11 casi di pazienti con sintomatologia comune e a eziologia ignota. Nel 1910 la patologia venne quindi ufficialmente riconosciuta dallo psichiatra tedesco Emil Kraepelin nel suo Manuale di Psichiatria come "Malattia di Alzheimer" o "Demenza Presenile".

Si tratta di una patologia con esordio prevalente in età presenile (dopo i 60-65 anni) e con un tasso di incidenza che aumenta con il progredire dell’età. Sono invece rari (incidenza prossima al 5%) i casi di insorgenza precoce, ovvero tra i 30 e i 65 anni. La patologia si sviluppa progressivamente, con un deterioramento delle principali funzioni cognitive, in particolare della memoria. Una delle principali caratteristiche anatomiche dei pazienti AD è la presenza di placche caratteristiche (placche amiloidi) che derivano dall'accumulo di aggregati di proteina beta amiloide (ABeta).

Purtroppo, al momento non esistono terapie risolutive, ma solo sintomatiche. Una delle ragioni del fallimento degli approcci terapeutici proposti deriva dalla incapacità per molti farmaci di superare la barriera ematoencefalica (BEE) una struttura anatomica dinamica e complessa interposta tra sangue e parenchima nervoso, caratterizzata da cellule endoteliali specializzate e da meccanismi peculiari di influsso ed efflusso che garantiscono l’omeostasi, ma che limitano l’accesso e la permanenza dei farmaci nelle aree cerebrali. Il problema del superamento della BEE, accomuna in realtà il fallimento delle terapie verso numerose patologie a carico del sistema nervoso centrale. In questo contesto si sviluppano le ricerche del gruppo TeFarTI dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia che hanno portato alla progettazione e produzione di nanoparticelle polimeriche dirette al Sistema Nervoso Centrale (SNC) (g7-NPs). Le nanoparticelle sono state allestite con un polimero biocompatibile e biodegradabile (il PLGA) approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) per la somministrazione parenterale. Nella preparazione però, parte del polimero è stato modificato con un eptapeptide di nuova sintesi, denominato g7, che se esposto in superficie appare capace di traghettare i piccoli sistemi nanometrici oltre barriera. Diversi studi hanno permesso di caratterizzare le g7-NPs e di valutare gli aspetti legati alla somministrazione, come la quantificazione delle g7-NPs che hanno attraversato la BEE e sono arrivate al cervello, la distribuzione nell’organismo, il meccanismo di passaggio coinvolto, le dinamiche cellulari che vengono attivate, il trofismo per le diverse aree cerebrali, la attivazione del sistema immunitario, come scambiano con le cellule a livello cerebrale. Questi studi sono stati fondamentali per la comprensione del sistema di veicolazione, per escluderne la tossicità e poter procedere all’applicazione dello stesso in patologie a carico del sistema nervoso centrale, compresa l’AD.

Tra le molecole risultate attive in vitro in AD, una piccola sequenza peptidica con alta omologia per Aβ ha attratto la nostra attenzione; il peptide, chiamato KLVFF, mostra però ridotta biodisponibilità, perché instabile dopo somministrazione ed incapace di attraversare la barriera ematoencefalica (BEE). Per superare questi limiti abbiamo pensato di sviluppare g7-NPs sia con il peptide stabilmente incorporato all’interno, sia ancorato in superficie. L’approccio che vede il peptide ancorato sulla superficie risulta particolarmente attrattivo da un punto di vista terapeutico, perché il peptide può essere visto come una freccia che cerca il suo bersaglio, per la sua importante affinità con il frammento ABeta, ma che risulta anche infuocata ovvero attiva, perché in grado di disaggregare addotti già formati. Un lungo lavoro di messa a punto delle condizioni di preparazione ha permesso di ottenere nanoparticelle bifunzionalizzate in superficie con KLVFF e g7 (g7-NPs- KLVFF) testate in studi in vitro. A tal proposito è stato validato un nuovo approccio di analisi che non prevede l’uso di animali, ma la simulazione delle condizioni fisiologiche di aggregazione in presenza di una sonda (ThT) che mostra una elevata affinità per strutture Beta sheet caratteristiche degli aggregati proteici di ABeta. Quando associata ai frammenti ABeta aggregati essa modifica il proprio profilo di fluorescenza. L’esposizione in superficie del peptide ha dimostrato una migliorata capacità di interazione in neuroni arricchiti di ABeta rallentando i processi di aggregazione e di formazione di placche, come mostrato in Figura 1. Questo comportamento può potenzialmente essere riprodotto anche in vivo su modelli animali di Alzheimer.

Gli esperimenti in vitro hanno inoltre dimostrato che anche le g7-NPs non funzionalizzate con KLVFF mostrano buona affinità per il peptide ABeta che si adsorbe sulla loro superficie. Si è osservato che il processo di formazione della placca inizia con l’associazione del peptide ABeta in strutture proteiche più complesse, gli oligomeri. Se però questi vengono bloccati su una matrice solida complessa, sembrano divenire incapaci di riorganizzarsi ulteriormente in fibrille. Ne risulta quindi che, dopo l’iniziale accelerazione del processo di aggregazione, la formazione di placche di dimensioni macroscopiche viene ostacolata. Questo dato è importante perché sappiamo che g7-NPs in vivo sono efficacemente internalizzate nei neuroni e si accumulano a livello dei compartimenti acidi lisosomiali deputati allo smaltimento di materiale. Se il comportamento di “spugne proteiche” inibenti l’aggregazione venisse confermato anche in vivo, esse potrebbero funzionare da veri e propri “spazzini” capaci di raccogliere frammenti ABeta durante il loro “passaggio” in ambiente extracellulare e trasportare il materiale adsorbito, e privato all’aggregazione, all’interno della cellula verso gli ambienti di degradazione.

Tante ipotesi possono essere avanzate circa la modalità con la quale NPs o in generale strutture polimeriche possono interferire con l’aggregazione ABeta, e la carenza di studi (vivo e vitro) rende ancora più pressante l’indagine e la risoluzione della loro attività intrinseca, così da ottimizzare un sistema di trasporto e rilascio efficace nel blocco della progressione dell’AD. Possiamo concludere che l’utilizzo di nanomedicine innovative, in grado di attraversare la BEE, caratterizzate da una ridotta invasività e dalla capacità di promuovere la veicolazione mirata al SNC, può essere considerato come un approccio strategico sia nella diagnosi, ma soprattutto nella prevenzione e trattamento delle malattie neurodegenerative; non solo nell’AD, ma anche nel Parkinson, nell’Huntington e in una serie di patologie neurologiche o neurometaboliche che rimangono ad oggi senza una cura chiara, sicura ed efficace.


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