Ceroidolipofuscinosi: una malattia rara per innovare la ricerca

“Il riconoscimento di Telethon è stato del tutto inaspettato”, racconta Maria Marchese.  È una ricercatrice di 35 anni e lavora con il gruppo di Filippo Santorelli presso l’Istituto Stella Maris di Pisa su una malattia molto rara. “È una grande opportunità. Io sono all’inizio della carriera e non avrei mai pensato di poter competere con ricercatori e professori già affermati, che di norma si aggiudicano il bando Telethon per la ricerca extramurale, come riconoscimento per la loro carriera”.

Ma i giovani ricercatori che hanno risposto al bando sono menti brillanti, capaci di proporre progetti innovativi e con una carriera ragguardevole alle spalle. Hanno gareggiato alla pari con i ricercatori senior, ma a loro era destinato un premio con una caratteristica in più. Nel 2020 Telethon ha deciso di istituire un Career Award che premia la ricerca e la finanzia ma si preoccupa anche di garantire uno stipendio ai giovani ricercatori. Spesso meritevoli, sono penalizzati per la mancanza di una posizione permanente.
Quest’anno l’opportunità è andata in favore della ricerca su una delle forme di ceroidolipofuscinosi (CLN), una famiglia di malattie neurologiche rare e ancora incurabili.

“Ora l’obiettivo principale è riuscire a ottenere dati validi dalle mie ricerche e magari identificare nuove terapie per migliorare la vita dei pazienti. Sono giovane e mi hanno dato una grande occasione. Ora vorrei dimostrare il mio valore”.

Cos’è la ceroidolipofuscinosi

Per ora esiste una sola terapia per la CLN2, una sola delle forme della malattia. Trattandosi di una patologia genetica, è stata individuata la proteina mancante che può essere inoculata negli emisferi cerebrali per rallentare il decorso della malattia. Ma le forme di CLN sono numerose e legate a 13 geni differenti. È una malattia che si manifesta in prevalenza in età pediatrica e colpisce circa un bambino su 100 mila nati. Le mutazioni geniche provocano il malfunzionamento dei neuroni e delle cellule della retina. I bambini manifestano quindi problemi motori, crisi epilettiche e progressiva perdita della vista.

Maria Marchese si occupa della CLN di tipo 5, causata da mutazioni del gene CLN5. “Studiare una malattia rara presenta alcune difficoltà: mancano spesso le informazioni relative ai geni e alle proteine che provocano le patologie. Tuttavia, questa limitazione spinge noi ricercatori a trovare costantemente nuovi approcci per progredire nell’identificazione e nella comprensione di meccanismi molecolari che causano la malattia”.

Il progetto che ha ricevuto il finanziamento propone l’applicazione dell’optogenetica allo studio della CLN5. È una tecnica molto recente che consente di intervenire sui circuiti neuronali in vivo per comprenderne il funzionamento. “Ho pensato di sfruttare le informazioni che avevo sulla CLN5, come ad esempio quelle relative all’espressione proteica. Con l’optogenetica posso accendere o spegnere specifici tipi di neuroni per vedere gli effetti sui flussi epilettici piuttosto che sull’attività delle cellule retiniche”.

Le esperienze che aiutano a innovare e l’incontro con Zebrafish

Nella sua carriera finora, Maria Marchese ha già collezionato diverse esperienze e importanti collaborazioni. “Per arrivare fin qui è stato determinante tutto il percorso che ho fatto, che ha riguardato anche altre malattie neurologiche”. Il salto l’ha compiuto nel momento in cui ha voluto indagare che effetto avessero in vivo le mutazioni genetiche e molecolari osservate durante il suo dottorato. Il suo desiderio l’ha portata negli Stati Uniti, presso la University of California di San Francisco. “Di certo è stata determinante la mia esperienza statunitense. Lì ho scoperto lo Zebrafish, un modello animale particolarmente versatile per studiare malattie neurologiche e non solo. E in più, ho avuto il primo contatto con l’optogenetica”.

Il pesce zebra, Danio rerio, è un piccolo pesce di acqua dolce ampiamente usato nella ricerca scientifica. Può essere considerato un modello sperimentale alternativo rispetto ai classici modelli animali e di particolare interesse sono le larve: dopo ogni accoppiamento si ottengono circa 300 uova fecondate, un campione molto ampio utile per lo screening di molecole e trattamenti. È impensabile riprodurre numeri così grandi in altre specie, come i mammiferi. “È come se lavorassimo con i numeri tipici delle cellule, mentre invece siamo in presenza di un sistema in vivo, che interagisce con l’ambente circostante. E possiamo seguire l’effetto dei farmaci sullo sviluppo di vari organi”, ha spiegato Maria Marchese.

Infatti le larve di Zebrafish sono trasparenti e in grado di rigenerare tutti i tessuti, compreso quello nervoso. “Il vero vantaggio risiede nel fatto che possiamo seguire in vivo l’attività neuronale dell’embrione o la formazione di altri tessuti, come il muscolo, l’occhio o il cuore. Tale proprietà facilita anche l’identificazione di nuovi circuiti neuronali. E poi rende molto più veloci gli studi sugli effetti di nuove molecole farmacologiche”.

Maria Marchese prevede di testare alcuni farmaci individuati e sintetizzati dal gruppo di ricerca di Simona Rapposelli, del Dipartimento di Farmacia dell’Università di Pisa. Lo scopo è trovare una terapia che possa alleviare i sintomi dei pazienti. “Possiamo indagare l’effetto dei farmaci sullo sviluppo di Zebrafish, cosa che ci consentirà di capire qual è il momento più corretto per la somministrazione del farmaco”. Inoltre, verranno analizzati i circuiti neuronali visivi ed epilettogenici coinvolti alla base della malattia con l’utilizzo dell’optogenetica, attraverso la collaborazione con Gian Michele Ratto dell’Istituto di Nanoscienze CNR e Scuola Normale.

Sebbene il mantenimento delle colonie di Zebrafish segua tutti i criteri del benessere animale, Maria Marchese sottolinea un vantaggio in più: “le nostre osservazioni al microscopio delle larve avvengono in un ambiente adatto alla loro sopravvivenza, tanto che dopo l’esperimento le riportiamo nell’incubatore dove possono continuare a vivere”.

L’importanza delle comunità

L’introduzione del pesce zebra come modello di ricerca in Italia è abbastanza recente, ma si inserisce nei suggerimenti della nuova Direttiva Europea sulla sperimentazione animale, dove si caldeggia il riutilizzo degli animali per più esperimenti e l’introduzione di modelli alternativi, quali appunto Danio rerio o Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta. Molto diffuso negli Stati Uniti, in Germania e in Olanda, ora il pesciolino è arrivato anche in Italia. “La comunità cresce di anno in anno. Abbiamo iniziato a fare un meeting italiano per aprire un confronto tra tutti i laboratori che utilizzano tale modello. È possibile reperire dati e modelli da mettere confronto”.

Una seconda comunità chiave per la ricerca sulla CLN è l’Associazione Nazionale Ceroidolipofuscinosi, che unisce i pazienti affetti da tutte le varie forme della malattia, i familiari e i ricercatori. “Il contatto con l’Associazione dei Pazienti è vitale per noi ricercatori, è uno stimolo a fare sempre meglio. Inoltre è l’occasione che ci consente di raccogliere informazioni sull’evolvere della malattia e su eventuali farmaci o stili di vita utili a migliorare la vita dei piccoli pazienti”. È una raccolta di indizi che aiuta a individuare i meccanismi alterati attraverso cui si manifesta la malattia e a immaginare possibili interventi.

“Incontrare i pazienti è l’occasione per spiegare i progressi della ricerca. Siamo una speranza per loro. Anche se è ancora prematuro parlare di possibile guarigione per una malattia così complessa, speriamo di offrire miglioramenti nella qualità della loro vita”.

E per il futuro? “Il mio sogno è unire tutte le informazioni che verranno raccolte sui meccanismi molecolari di malattie rare e complesse, come le CLN, con l’obiettivo di utilizzarle anche per lo sviluppo di terapie per malattie neurodegenerative più comuni, come il Parkinson o l’Alzheimer. Mentre dal punto di vista professionale spero di essere riconosciuta come ricercatrice stabile, perché mi consentirebbe di dedicarmi ancora di più alla ricerca”.

Leggi anche: Nanoparticelle d’oro per scovare virus e tumori

Articolo pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.