Sistemi più efficaci per il rilascio dei farmaci

RICERCANDO ALL’ESTERO – “Lavorare a metà tra ricerca di base e ricerca applicata vuol dire cercare di mettere assieme tutti i pezzi di un puzzle, raccogliere tutte le informazioni e rielaborarle per costruire una nuova strada. È bello studiare per anni la singola proteina, il singolo enzima, la singola cellula, ma è una cosa fine a se stessa. Il mio obiettivo è arrivare a una terapia tumorale o antinfiammatoria efficace, priva di grossi effetti collaterali e a basso costo”.

Nome: Marco Emanuele Favretto
Età: 34 anni
Nato a: Trieste
Vivo a: Chester (Regno Unito)
Dottorato in: Nanotecnologie farmaceutiche (Chatam, Regno Unito)
Ricerca: Biofarmaceutica, caratterizzazione e messa a punto di nuove strategie terapeutiche.
Istituto: Radboud Institute of Molecular Life Sciences (Nijmegen, Paesi Bassi), University of Chester (Regno Unito)
Interessi: ascoltare e suonare musica metal, giocare a calcio, nuotare, guardare film.
Di Chester mi piace: la gente, le case a graticcio.
Di Chester non mi piace: la periferia è un po’ decadente.
Pensiero: Serendipity, quando la scienza è magia.

Quello della biofarmaceutica è un campo molto ampio, di cosa ti occupi in particolare? 
Le linee di ricerca che seguo sono tre, accomunate dall’idea di riuscire a somministrare un farmaco, senza che il nostro organismo sviluppi resistenza e riducendo il più possibile gli effetti collaterali.
Molte cellule del nostro corpo possiedono un meccanismo per eliminare ciò che non ritengono necessario alla sopravvivenza o ciò che è tossico e dannoso, tra cui i farmaci. Il sistema più comune di detossificazione utilizza una popolazione di trasportatori chiamati ABC (dall’inglese ATP binding cassette) e, in particolare, una proteina di membrana chiamata Pgp, o glicoproteina-P. Le cellule in cui c’è un’elevata produzione di Pgp possono sviluppare resistenza a un certo trattamento farmacologico.

Per quasi trent’anni, per rallentare l’eliminazione di farmaci dal citoplasma della cellula, si è mirato a bloccare o interferire con l’attività di Pgp. Sono stati sintetizzati o isolati molti inibitori, sia naturali come la chinidina che sintetici come la ciclosporina, che però, oltre a un’attività inibitoria, hanno anche diverse attività farmacologiche. Ciò significa che, per avere effetto, devono essere somministrati con un dosaggio elevato, con effetti collaterali anche gravi.
L’altro problema è che la glicoproteina-P non è selettiva per i substrati ma trasporta all’esterno praticamente tutto quello che entra nella cellula. È quindi estremamente difficile riuscire a disegnare molecole che blocchino selettivamente PgP senza colpire altri trasportatori.

Durante la mia ricerca ho scoperto quasi per caso che ci sono dei peptidi naturali che entrano nella cellula e vengono espulsi da Pgp. Rientrando, creano una specie di circolo vizioso che tiene impegnato il trasportatore. Ciò permette ad altri farmaci di entrare nel citoplasma, restarci per un periodo sufficiente a svolgere la loro funzione e, per esempio, uccidere la cellula tumorale.

Di che peptidi si tratta?
Si chiamano cell penetrating peptides e sono sequenze di amminoacidi relativamente corte (circa 10-15 amminoacidi) in grado di aprire le porte della cellula, come fossero peptidi magici. Il più famoso di tutti è il peptide TAT usato dal virus HIV.

Il peptide che abbiamo individuato noi, invece, si chiama HLF e proviene dalla lattoferrina umana, proteina che trasporta il ferro nel latte materno. Dai primi studi su modelli animali abbiamo visto che funziona abbastanza bene e, in combinazione con altre strategie di somministrazione di farmaci, si può utilizzare in modo selettivo per colpire specifici tessuti e organi del corpo.

È possibile accoppiare i cell penetrating peptides con altre molecole e farle così entrare nella cellula?
In effetti è un approccio che esiste da una quindicina di anni: l’idea è che se questi peptidi entrano naturalmente nelle cellule, potremmo sfruttarli per permettere l’ingresso di molecole che non possono passare la membrana cellulare. È un metodo molto elegante che funziona bene dal punto di vita teorico ma nella pratica ha delle difficoltà.
Innanzitutto bisogna trovare il rapporto farmaco/peptidi ideale; poi i peptidi sono facilmente degradabili e hanno un’emivita cortissima; infine esistono diverse classi di cell penetrating peptides, ognuna delle quali funziona meglio per determinati tipi di cellule. In realtà non esiste un peptide che entra da tutte le parti, bisognerebbe sempre utilizzare delle combinazioni di peptidi.

Nel mio laboratorio abbiamo provato a utilizzare i cell penetrating peptides nella terapia genica, che ha il grosso problema della degradazione dell’acido nucleico che si vuole inserire. Siamo partiti dalla formazione di particolari complessi tra peptidi e acidi nucleici, chiamati poliplessi, e abbiamo visto che, così assemblato, l’acido nucleico viene protetto dalla degradazione. Inoltre, poiché si utilizza un eccesso di peptidi, è possibile migliorare la distribuzione, il targeting e la penetrazione dell’acido nucleico nelle cellule o nei tessuti.
Nello specifico, abbiamo combinato il peptide HLF con un oligonucleotide antisenso mirato a sopprimere la produzione di molecole proinfiammatorie a livello renale. Gli esperimenti fatti in vivo mostrano un’elevata distribuzione nei reni e perfino penetrazione nel glomerulo. Sono davvero degli ottimi risultati e questo sembra essere uno dei pochi modi in cui si riesce veramente ad arrivare dentro al glomerulo.

E la terza linea di ricerca in cosa consiste?
Mettere a punto un sistema a rilascio controllato di farmaci per migliorare la distribuzione, l’assorbimento e il targeting di molecole che altrimenti verrebbero eliminate velocemente o non sarebbero in grado di raggiungere il tessuto bersaglio.
In genere come veicoli si utilizzano nanoparticelle polimeriche o liposomi, strategie abbastanza universali che permettono una certa flessibilità e che vengono utilizzate per implementare altri sistemi più semplici, come l’inibitore della Pgp o i cell penetrating peptides.
Il problema è che per trovare qualcosa che effettivamente funzioni bisogna aumentare la complessità del sistema. Ma in tal modo aumenterebbero anche i costi.

Tra i sistemi più semplici in commercio, l’esempio più classico è la combinazione di liposomi con doxorubicina. La doxorubicina è un antitumorale che ha grossi problemi di tossicità a livello cardiaco. Rilasciando il farmaco più lentamente si potrebbe usare una dose minore e diminuire la sua tossicità a livello globale. Questi farmaci, però, dopo un certo tempo diventano inefficaci perché la doxorubicina è substrato della Pgp e le cellule colpite diventano resistenti. Si potrebbe allora pensare di usare un peptide inibitore della Pgp come HLF.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?
Sto cercando di utilizzare i globuli rossi come sistemi a rilascio controllato. Una volta caricati con il farmaco di interesse e reinfusi nel paziente, cominciano a circolare e a rilasciare il farmaco in modo continuato e costante. Alla loro morte, dopo 120 giorni al massimo, il farmaco viene eliminato. Così si risolverebbero i problemi di immunogenicità.

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