Qualche giorno fa siamo state invitate dal dr. Fabrizio Gelain a visitare il nuovo Centro di Nanomedicina e Ingegneria dei Tessuti (Center for Nanomedicine and Tissue Engineering – CNTE) presso l’ospedale Niguarda Ca’Granda di Milano.
Il dr. Gelain, che è co-direttore del centro e da tempo si occupa di ricerca per la cura delle lesioni spinali, ci ha mostrato i nuovi laboratori e ci ha gentilmente concesso un’intervista per spiegarci il lavoro del suo team.
1) Dr. Gelain, ci descrive brevemente questo nuovo centro di ricerca e in cosa consistono le nanotecnologie di cui si occupa il suo team?
“Per nanotecnologia si intende la produzione o manipolazione conscia di tutto ciò che ha almeno una delle tre dimensioni tra 1 e 100 nanometri: per rendere l’idea un nanometro è un milionesimo di millimetro.
Al “Center for Nanomedicine and Tissue Engineering” (acronimco CNTE) ci occupiamo della progettazione, sintesi e caratterizzazione di bioprotesi nanostrutturate bioriassorbibili. Utilizziamo cioè principi della nanomedicina, della fisica, della scienza dei materiali, della biologia cellulare e della medicina per sviluppare e testare protesi impiantabili negli organismi viventi, con lo scopo di ricostruire i tessuti lesionati: protesi che una volta impiantate lentamente vengono degradate dal corpo. Spesso le nanotecnologie vengono ristrette alla “sola” progettazione di nanoparticelle per il rilascio controllato di farmaci di varia natura o per terapie specifiche per il trattamento di tumori e per imaging mirato. Senza voler togliere nulla a queste applicazioni in realtà c’è molto di più, e di parte di quel di più (peraltro molto ampio) ci occupiamo noi. Da un lato abbiamo la ricostruzione di tessuti utilizzando supporti (chiamati anche “scaffold”) con eventualmente al loro interno cellule per la ricostruzione di lesioni importanti di tessuto biologico; dall’altro conduciamo sperimentazioni in vitro su colture cellulari tridimensionali, un paradigma sperimentale un po’ più complicato di quelli standard in 2D ma più affidabile in termini di predittività dei risultati ottenuti in laboratorio rispetto a quelli negli organismi viventi. In sostanza, avendo modelli di tessuto ibrido in laboratorio che risultano essere più affidabili è possibile diminuire drasticamente la sperimentazione animale: e questa è un’ottima cosa sia dal punto di vista etico che da quello di costi, tempistiche e riproducibilità dei risultati.”
2) Come possono essere impiegate le nanotecnologie nella cura per le lesioni spinali?
“Il principio tramite il quale è opportuno utilizzare uno scaffold e non la sola terapia cellulare è basato sul fatto che in caso di lesioni “importanti” dove vengono a mancare porzioni intere di tessuto biologico è necessario un supporto fisico in grado di guidare (sia fisicamente che biochimicamente) il tessuto endogeno a rigenerarsi ed eventualmente anche a mantenere in posizione le cellule eventualmente trapiantate, guidandone la loro integrazione con il tessuto ospitante. Nelle lesioni spinali purtroppo si vengono spesso a formare significative lesioni cicatriziali ed anche vere e proprie cisti acquose: in questo caso quindi, in tale spazio danneggiato irreparabilmente è auspicabile utilizzare degli scaffold. A questo va inoltre sommata la possibilità di progettare i nostri supporti a livello molecolare, cosa che ci consente un grado di precisione non indifferente e potenzialità non comuni. Possiamo difatti pilotare l’interazione degli scaffold con il tessuto biologico, possiamo progettare un rilascio nel tempo di farmaci provenienti dall’impianto, e possiamo trapiantare con maggior cura delle cellule utili alla rigenerazione.”
3) Può spiegare la differenza tra una lesione acuta e una lesione cronica?
“Certamente, nell’essere umano una lesione spinale può considerarsi acuta nei primi giorni (fino a poche settimane) dalla lesione stessa, dopodiché’ essa diventa sub-acuta e cronicizza fino a diventare appunto cronica e stabile. L’inizio della fase cronica in ambito umano è piuttosto oggetto di controversie: tuttavia ha preso luogo l’ipotesi che la lesione sia cronicizzata dopo un anno dalla lesione iniziale, mentre tra le due fasi (acuta e cronica) la lesione viene considerata appunto come sub-acuta. Dal punto di vista patofisiologico i due tipi di lesione sono estremamente differenti: nel primo caso abbiamo la presenza di ematomi, versamenti e lacerazioni dovuti al trauma iniziale, una citoarchitettura danneggiata ma ancora presente, ed una forte risposta immunitaria in corso. Solitamente, a meno di lesioni traumatiche particolarmente gravi (ad es. da arma da fuoco) nelle lesioni acute si ha ancora buona parte l’impalcatura del tessuto nervoso che successivamente si andrà a perdere con il cronicizzarsi della lesione stessa ancora presente e su questo si può intervenire limitando i danni del decorso standard della lesione midollare: si puo’ andare cioè anche a salvaguardare porzioni di tessuto circostanti la lesione ed ancora funzionali sfruttando meccanismi di neuroprotezione. Dall’altra parte, a seguito di una complessa cascata di eventi riassunta col nome di danno secondario, abbiamo nella lesione cronicizzata una perdita ben maggiore di fibre nervose, la deposizione di tessuto cicatriziale tutto attorno alla lesione e spesso nell’uomo anche la formazione di cavità interne. La cisti/cicatrice gliotica così ottenute costituiscono una barriera sia fisica che chimica ad ogni tentativo di rigenerazione nervosa: a questo punto la lesione si è notevolmente ingrandita rispetto all’insulto iniziale, maggiori sezioni di tessuto sono andate perdute e quindi la rigenerazione è ancor più difficile.”
4) Ricerca su lesione acuta o su lesione cronica: Che scelta avete fatto voi e perché? Vantaggi e svantaggi.
“Fare ricerca su lesione acuta o cronica fa molta differenza, sia dal punto di vista degli ostacoli “scientifici” da dover affrontare che da quelli logistici e di risorse. Nel primo caso anzitutto vuol dire cercare una cura per i futuri pazienti, nel secondo invece vuol dire cercare di trovare una soluzione per coloro che già oggi soffrono delle nefaste conseguenze di una lesione spinale. Spesso però sia sperimentazioni cliniche che ricerche scientifiche sono orientate al primo caso: e questo perché i paradigmi sperimentali durano molto meno (alcuni mesi invece che anche un anno), i costi della sperimentazione sono più contenuti, e mediamente le lesioni sono meno gravi poiché devono ancora cronicizzarsi. Questo a volte è uno specchietto per le allodole perché vengono decantati risultati che in realtà sono validi solo in particolari condizioni…in breve per alcuni dei pazienti a venire. Anche noi abbiamo condotto e pubblicato ricerche sulle lesioni acute per avere rapidi screening di nuove soluzioni e, nel caso delle molteplici variabili (=possibili soluzioni) che possiamo cambiare grazie alle nanotecnologie, risultati preliminari in breve tempo sono indispensabili ma siamo da 12 anni impegnati soprattutto su quelle croniche: con tutte le difficoltà sopramenzionate che ne conseguono (tempi sperimentali molto più lunghi e costi triplicati), ma soprattutto con un occhio alla reale significatività e traslazionabilità dei risultati ottenuti o ancora da ottenere.”
5) Come pensate di risolvere il problema della cicatrice?
“La domanda è breve ma la risposta è molto complessa e soprattutto non è certa ne’ a noi ne’ alla comunità scientifica in generale. Vi sono trial clinici e un gran numero di sperimentazioni facenti uso di enzimi per la degradazione dei componenti fondamentali della cicatrice stessa: questo è un ottimo spunto mirato ad indebolire la matrice. Noi di necessità richiediamo uno spazio per poter inserire i componenti del nostro scaffold (attualmente costituito da micro-tubi di circa 200 micron di diametro), ed attualmente per fare ciò pratichiamo un pre-trattamento per indebolire la cicatrice, che poi per il momento dev’essere rimossa parzialmente per via chirurgica. Ovviamente questa è una procedura rischiosa se condotta “ciecamente”, dovrebbe risultare invece una possibilità concreta nel prossimo futuro nel momento in cui ogni singola lesione viene prima studiata nel dettaglio con le più moderne tecniche di “imaging” attualmente a disposizione e dove viene poi prevista una rimozione parziale della cicatrice preventivamente “indebolita”, lasciando comunque un margine di sicurezza (una cicatrice di cuscinetto) tra il tessuto “sano” e la parte più interna che viene invece rimossa. Successivamente un’ulteriore trattamento di indebolimento sempre tramite enzimi può essere previsto in modo da facilitare l’ingresso delle fibre nervose nell’impianto. Chiaramente in questo caso un’accurata ricostruzione tridimensionale della lesione è indispensabile per poter intervenire chirurgicamente con cognizione di causa.”
6) Nel 2011 la rivista ACS Nano ha pubblicato i risultati di una vostra ricerca in cui siete riusciti ad ottenere un recupero funzionale significativo in ratti con lesione spinale cronica, che progressi sono stati fatti da allora?
“Abbiamo continuato a migliorare l’approccio di allora che è stato come un incipit iniziale anche per il resto della comunità scientifica internazionale. Basti pensare che tali risultati sono stati annoverati tra le 5 più importanti recenti scoperte della nanomedicina (Scientific American). Ci siamo spinti oltre da un lato andando a migliorare ulteriormente la componente chimica e la funzionalità biologica dei biomateriali utilizzati, dall’altro andando a includere trattamenti aggiuntivi (pre e post-operatori) che risultano indispensabili per avere risultati ancor più convincenti. I miglioramenti riscontrati nei risultati preliminari sono già convincenti ma, purtroppo per i motivi di cui dicevo prima tra cui costi e lunghezza della sperimentazione, è preferibile che non mi sbilanci ora poiché la sperimentazione è ancora in corso. Filo conduttore nostro è comunque quello di integrare più strade o già percorse da altri o trovate da noi e fonderle in maniera sinergica in un’unica terapia complessa (e multi-disciplinare) ma dai risultati ancor più promettenti. Altra prassi ben consolidata, per correttezza sia verso la comunità scientifica sia verso chi legge questo pezzo e tutti gli eventuali futuri pazienti, è quella di comunicare e discutere solo di risultati definitivi e pubblicati in riviste scientifiche internazionali, ovvero approvati da terze parti, in modo da garantire l’imparzialità della valutazione scientifica. Noi non abbiamo ricette magiche e/o segrete.”
7) Avete collaborazioni con altri istituti di ricerca?
“Certamente, tra le nostre collaborazioni più importanti annoveriamo l’Ospedale di Casa Sollievo della Sofferenza di San Giovanni Rotondo, con il quale condividiamo sezioni importanti dei nostri progetti, e la “Cell Factory di Terni”. Tra le altre collaborazioni rilevanti abbiamo quelle con gruppi di ricerca appartenenti al Massachusetts Institute of Technology, al Lawrence Berkeley National Lab, alla University of Alberta, all’Università di Milano-Bicocca, alla University of Florida, alla Edmonton University, all’Università di Trieste ed altri. Siamo inoltre sempre intenzionati a collaborare con nuovi gruppi poiché, sebbene la multi-disciplinarietà del centro sia comprovata, è comunque necessario collaborare per raggiungere i massimi obiettivi possibili. Spesso invece si assiste a un rinchiudersi dentro la propria “ricetta”, che per quanto questa possa essere promettente è cosa alquanto sbagliata e limitante perché 1) spesso le intuizioni più dirompenti avvengono per l’intrecciarsi di più campi del sapere e 2) il target della rigenerazione delle lesioni spinali è estremamente complesso e ben al di sopra di un solo tipo di approccio.”
8) Quali sono i passi necessari per arrivare a sperimentare sull’uomo le vostre scoperte scientifiche?
“Indubbiamente per arrivare alla sperimentazione clinica servono risultati da enti terzi in modo da avere comprovata la riproducibilità del nostro approccio. Noi come dicevo stiamo nel frattempo apportando ulteriori migliorie sempre nell’ottica di verificare la traslazionalità del nostro approccio in ambito clinico. Detto questo dovremo produrre le nostre bioprotesi in standard GMP per soddisfare i criteri di qualità necessari per la sperimentazione clinica. Se e solo se tutte queste fasi saranno soddisfacenti passeremo all’ultimo passaggio fondamentale, avvieremo tutte le procedure burocratiche per ottenere le autorizzazioni del caso. Ad ogni modo è necessario ancora del tempo per arricchire la mole dei nostri dati. In modo da convogliare gli sforzi ed i costi (umani e non) della sperimentazione clinica verso una terapia potenzialmente promettente e sicura per il paziente.”
9) Esiste qualche ostacolo particolare?
“Purtroppo al momento è triste dirlo, ma l’ostacolo principale è l’ottenimento dei fondi per finanziare le nostre ricerche: abbiamo un tremendo potenziale ma con fondi contenuti andiamo a “marcia ridotta” e questo allunga inevitabilmente i tempi.”
10) Che risorse economiche sono necessarie per arrivare ad essere pronti alla prima sperimentazione sull’uomo?
“La domanda è alquanto delicata ma rispetto ad anni fa possiamo dire che grazie alle infrastrutture che abbiamo partiamo da un buon punto. Per quanto riguarda la ricerca necessitiamo fondi per mantenere ed espandere il nostro personale (e quindi la rapidità con cui otteniamo i risultati). A questi successivamente vanno aggiunti fondi dedicati per la produzione esclusiva in regime GMP delle bioprotesi ed ovviamente per le pratiche di ottenimento dell’ok per la sperimentazione clinica di fase 1. A questo livello purtroppo il conto è salato e già dell’ordine di alcuni milioni di euro.”
Ringraziamo il dr. Gelain per il suo prezioso lavoro e per la disponibilità e l’opportunità che ci ha concesso.
Cure Girls Arcangela e Loredana
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