Diagnosi di Sla e angina refrattaria: ricerche d’eccellenza negli Irccs milanesi

Scoperte e studi sulle malattie neurodegenerative all’Irccs Santa Maria Nascente della Fondazione Don Gnocchi e sulle patologie cardiache all’Irccs Centro cardiologico Monzino, entrambi impegnati anche contro il Covid-19. Ripubblico, in forma estesa, due articoli usciti su Avvenire la scorsa settimana

fioriUn metodo innovativo e semplice per porre diagnosi di sclerosi laterale amiotrofica (Sla) da un campione di saliva, che potrebbe rivelarsi utile anche per altre malattie neurodegenerative come Alzheimer e Parkinson. E che viene testato per individuare pazienti affetti da Covid-19. Tutto questo è nel progetto attuato da due Irccs milanesi della Rete delle neuroscienze e neuroriabilitazione, il “Santa Maria Nascente” della Fondazione Don Gnocchi e l’Istituto Auxologico Italiano, e pubblicato sulla rivista open access Scientific Reports, del gruppo Nature. Coordinatrice del progetto è Marzia Bedoni, responsabile di Labion, Laboratorio di Nanomedicina e Biofotonica Clinica, della Fondazione Don Gnocchi: «Ora stiamo lavorando con l’Università di Milano-Bicocca per automatizzare l’analisi, grazie a tecniche di machine learning, e renderla quindi facilmente fruibile nell’uso clinico». 

Per la Sla non solo non esistono cure risolutive, ma anche la diagnosi viene fatta con fatica: «La malattia ha spesso un decorso rapido – ricorda Marzia Bedoni – e avere una diagnosi al primo mese può aiutare a iniziare presto i pochi trattamenti farmacologici e riabilitativi che oggi esistono, per ritardare la comparsa di alcuni sintomi». Lo studio è stato finanziato dal ministero della Salute (primo autore Cristiano Carlomagno) ed è stato svolto in collaborazione con l’Unità di riabilitazione intensiva polmonare dell’Irccs “Santa Maria Nascente”, diretta da Paolo Banfi, e con l’Unità operativa di neurologia e laboratorio di neuroscienze dell’Irccs Auxologico, diretta da Vincenzo Silani. 

«Già da alcuni anni abbiamo introdotto nel nostro laboratorio – racconta Marzia Bedoni – la spettroscopia Raman, un metodo inventato dal fisico indiano Venkata Raman (insignito del premio Nobel nel 1930) che utilizza luce laser e restituisce uno spettro che identifica i legami molecolari che ci sono all’interno di una sostanza e quindi i suoi componenti. Solitamente viene usato nell’ambito della fisica e della scienza dei materiali, noi l’abbiamo testato su campioni biologici: cellule, tessuti, organi. Un uso piuttosto raro negli ospedali. Al Labion lo affianchiamo a una piattaforma di altri strumenti sulla base di biofotonica, piattaforma avanzata che utilizza metodo insoliti e nuovi in ambito biologico». 

Analizzare piccoli campioni di saliva con la spettroscopia Raman si è rivelata un’idea vincente da molti punti di vista: «Innanzi tutto – prosegue Bedoni – non è un metodo invasivo, il campione è semplice da ottenere. Inoltre la saliva è una sostanza cristallina, non viscosa, e condivide con il sangue circa 2.500 proteine. In più è rapido: dal prelievo del campione alla centrifuga del tampone e analisi della saliva con lo spettroscopio Raman passano poco più di dieci minuti». Dal confronto dei campioni di pazienti con Sla e persone sane «è emersa una differenza netta e abbiamo utilizzato tutto lo spettro come biomarcatore. Il metodo è altamente sensibile, quasi confrontabile con i metodi sino a oggi utilizzati della biologia molecolare, come la Pcr. Ora lo stiamo testando per altre patologie invalidanti, come Alzheimer e Parkinson: nella saliva di questi pazienti abbiamo rilevato indicazioni molecolari ben precise, simili tra loro per alcuni biomarcatori, e molto diverse entrambe da quelli della Sla». 

Il passo successivo passa per l’intelligenza artificiale: «Stiamo lavorando per automatizzare l’analisi, cioè per semplificarla attraverso tecniche di machine learning e di deep learning. Con il gruppo di informatici di Vincenzina Messina dell’Università di Milano-Bicocca sottoponiamo i nostri risultati con la spettroscopia Raman all’analisi con modelli matematici su grandi numeri di campioni (big data), in modo tale da semplificare il processo e poter realizzare strumenti che siano in grado di fornire al medico clinico un risultato chiaro». 

Lo sguardo si è allargato al Covid-19: «Abbiamo analizzato campioni di saliva di pazienti positivi al Sars-Cov-2 e stiamo costruendo un modello. I primi dati sono confortanti: in maniera statisticamente significativa riusciamo a distinguere i pazienti dai sani. Potrebbe diventare – conclude Bedoni – uno strumento miniaturizzato per eseguire analisi veloci in Pronto soccorso o in altri ambienti (aeroporti, stazioni) perché il risultato arriva in pochi minuti».

 

Questa l’intervista a Giulio Pompilio, neo direttore scientifico dell’Irccs Monzino

«Si cura meglio dove si fa ricerca non è per noi uno slogan, ma il modello a cui ci ispiriamo per realizzare il nostro compito di Istituto di ricovero e cura a carattere scientifico. E lo stiamo dimostrando anche con il Covid-19». Dal 1° luglio il cardiochirurgo Giulio Pompilio è il nuovo direttore scientifico dell’Irccs Centro cardiologico Monzino di Milano, dove si è formato e ha svolto la sua carriera: docente di Chirurgia cardiaca all’Università di Milano, Pompilio era già vice direttore scientifico e responsabile dell’Unità di ricerca di Biologia vascolare e Medicina rigenerativa al Monzino. 

Come avete affrontato l’emergenza Covid-19? 

È una sfida sia clinica, sia di ricerca. Il Monzino è stato un hub per cardiologia e cardiochirurgia, come richiesto da Regione Lombardia: ci siamo fatti carico delle urgenze di ospedali dove questi reparti erano chiusi. Abbiamo rilevato che il Covid-19 è stato un deterrente per le urgenze: abbiamo curato pazienti più gravi per il ritardo con cui si presentavano, anche in casi di infarti e dissezioni aortiche. 

Sul piano della ricerca, abbiamo scoperto dati interessanti sulle alterazioni che il virus provoca sulle piastrine e quindi a livello di coagulazione e di trombosi. Infine stanno emergendo dati (da uno studio condotto con i colleghi dell’ospedale San Paolo di Milano) sulla permanenza del virus nel muscolo cardiaco, anche in pazienti che non sviluppano segni clinici di infiammazione. 

Medicina rigenerativa in cardiologia: a che punto siamo? 

Abbiamo al Monzino l’unica sperimentazione clinica in Italia di terapia cellulare su una patologia senza cura: l’angina refrattaria, una forma di cardiopatia ischemica che dopo l’iter terapeutico (stent, bypass) non ha più alcuna cura e lascia il paziente in preda a pesanti dolori, anche dopo piccoli sforzi, non controllabili per via medica. Oltre ad accorciare la vita, la rende veramente poco vivibile. Usiamo cellule progenitrici del midollo osseo del paziente, purificate al Laboratorio Verri dell’ospedale San Gerardo di Monza, e le iniettiamo nelle zone sofferenti del cuore, dove creano un microcircolo che supplisce alla carenza di ossigeno dovuta all’occlusione delle arterie coronarie. Il nostro studio di fase 1 (pubblicato l’anno scorso) ha mostrato non solo che la terapia è sicura, ma anche che 7 pazienti su 10 migliorano in maniera importante. Ora siamo in attesa dell’autorizzazione allo studio di fase 2 per misurarne l’efficacia. Stiamo anche sviluppando prodotti cellulari più efficaci, che abbiamo scoperto e brevettato, che vengono non più dal midollo osseo ma dalle cellule mesenchimali stromali, presenti nel cuore, selezionando le cellule con maggiori capacità angiogeniche (cioè di formare piccoli vasi). 

Lei è stato direttore scientifico di Arisla: c’è interazione tra la ricerca sul cuore e quella sul cervello? 

L’asse cuore-cervello è uno degli campi di ricerca più interessanti in cardiologia. Abbiamo scoperto che la depressione, associata anche a geni predisponenti, è fattore di rischio importante per la mortalità cardiaca. E poi che sembrano esservi cause neuro-ormonali per la malattia di tako-tsubo, il cosiddetto “crepacuore“: uno stress emotivo molto forte (soprattutto nelle donne) è in grado di fermare il cuore come in un infarto. Sono patologie che stiamo studiando sia in clinica sia in laboratorio. Infatti il modello Monzino è caratterizzato dalla stretta interazione – anche fisica – tra i due ambiti: i laboratori sono nel piano sotto i reparti di degenza, permettendo un rapido e proficuo scambio tra medici e ricercatori. L’interazione intorno al paziente risulta così molto forte. 

Demenze e tumori, tutto in una proteina

Le scoperte dei ricercatori dell’Istituto neurologico “Besta” di Milano sull’attività della proteina tau quale fattore di rischio per i tumori. La mia intervista al direttore scientifico Fabrizio Tagliavini pubblicata oggi su Avvenire, nelle pagine della sezione è vita

Fabrizio Tagliavini
Fabrizio Tagliavini

Un nuovo fattore di ri­schio per lo sviluppo di tumori è stato in­dividuato da un’é­quipe di ricercatori della Fondazione Irccs Isti­tuto neurologico “Carlo Be­sta” di Milano, guidati dal di­rettore scientifico Fabrizio Tagliavini. Si tratta della pro­teina tau, già nota per essere coinvolta in processi neurodegenerativi, che se geneticamente mutata risulta avere un ruolo nella predisposizione all’insorgenza del can­cro. Lo studio dei ricercatori del Besta è stato pubblicato dalla rivista scientifica Cancer Re­search ed è frutto di una collaborazione con l’I­stituto nazionale dei tumori di Milano e lo U­niversity College di Londra. «Non ci sono rica­dute pratiche immediate da questa scoperta – spiega Fabrizio Tagliavini – ma certamente si aprono ampi spazi per la ricerca sul legame tra neurodegenerazione e cancro».

Che cos’è la proteina tau?

È una proteina associata ai microtubuli, che nelle cellule nervose (e altre) hanno la funzio­ne di definirne e stabilizzarne la struttura, un po’ come lo scheletro di una casa. I microtubuli sono come colonne verticali tenute insieme da strut­ture orizzontali formate dalla tau. La proteina stabilizza lo scheletro della cellula (citoscheletro), che è negli assoni (i prolungamenti dei neuroni) per il trasporto di mole­cole necessarie per il funziona­mento e la comunicazione tra le cellule nervose.

Quali patologie dipendono dal­la proteina tau?

In alcune malattie degenerative del cervello i neuroni subiscono – per motivi sconosciuti – una destrut­turazione del citoscheletro, e ac­cumulano al loro interno (e nei prolungamenti assonali) filamen­ti anomali di tau, elemento chia­ve per la degenerazione delle cel­lule nervose e per l’espressione dei deficit cognitivi. La più comune è la malattia di Alzheimer, ma esi­stono altre forme di demenza le­gate alla tau: in primo luogo la demenza frontotemporale, caratte­rizzata da un processo patologico che colpisce i lobi frontali e i lobi temporali del cervello. Mentre nel­l’Alzheimer l’alterazione della tau è secondaria alla deposizione di un’altra sostanza anomala, la be­ta amiloide, nella demenza fron­totemporale la causa è diretta­mente l’alterazione della tau.

Come siete passati dalla proteina tau nelle malattie neurodegenerative al cancro?

Questo approccio di ricerca nasce nel nostro la­boratorio al “Besta” molti anni fa, studiando una famiglia che aveva molti componenti af­fetti da demenza frontotemporale. Non cono­scendo la causa genetica, in primo luogo ab­biamo pensato di fare uno studio citogenetico per vedere se avevano aberrazioni cromoso­miche. Diversi cromosomi risultavano fragili o anomali, ma non si riusciva a individuare un’u­nica causa. Anni dopo si è scoperto che la de­menza frontotemporale poteva essere causata da mutazioni della tau, e in questa famiglia ne abbiamo individuata una. Estendendo lo stu­dio genetico ad altre famiglie con demenze frontotemporali, in 15 di esse è emer­sa la presenza di diverse mutazioni della tau. Una mia collaboratrice, Gia­comina Rossi (prima autrice dello stu­dio ora pubblicato), si è concentrata sul possibile ruolo della proteina tau non sul citoscheletro quanto sulla cor­retta formazione di cromosomi e sul Dna nel nucleo della cellula.

Che cosa avete scoperto?

Che la tau ha un ruolo importante per il fuso mitotico (struttura di microtu­buli necessaria alla corretta separazio­ne dei cromosomi che precede la divisione cel­lulare) e che un’alterazione della tau era re­sponsabile di aberrazioni dei cromosomi. Poi­ché le aberrazioni cromosomiche sono alla ba­se dello sviluppo del cancro, ci siamo doman­dati se in queste famiglie ci fosse una ricorren­za più alta di tumori. L’attuale studio ha preso in esame le 15 famiglie con la mutazione del­la tau, paragonate a 45 famiglie di controllo, cioè senza mutazione né demenza, con carat­teristiche sovrapponibili (struttura della fami­glia, provenienza geografica, eccetera), ed è e­merso che le famiglie con la proteina tau mu­tata presentavano un’incidenza di tumori (di ogni tipo, non di un particolare organo) quat­tro volte più alta delle altre. La parte statistica del lavoro è stata condotta con i ri­cercatori dell’Istituto nazionale dei tu­mori di Milano, con cui abbiamo un’interazione abbastanza stretta. Un nostro collega esperto in studi bioinformatici alla University Colle­ge London ha analizzato le pubbli­cazioni sulle proteine che interagiscono con la tau, trovando che mol­tissime di queste hanno a che fare con il Dna e la cromatina, confermando che la tau ha un ruolo molto impor­tante per la stabilizzazione dei cro­mosomi.

Si conferma il nesso tra neurode­generazione e tumori in quanto malattia dell’invecchiamento cel­lulare?

Per ora possiamo dire che se una per­sona ha una mutazione della tau il suo rischio di sviluppare un tumore è molto più alto rispetto a una per­sona che non ce l’ha. Adesso inizia­mo a studiare attraverso quali mec­canismi la tau mutata può generare tumori. Si cercherà di determinare se la tau mutata nel nucleo possa avere un ruolo nella neurodegenerazione, ma non ci sono ancora dati. Le mu­tazioni potrebbero anche essere non nelle cellule germinali ma in quelle somatiche, cioè la tau potrebbe subi­re mutazioni nel corso della vita in un certo organo e che questo possa dare il via allo sviluppo di un tumore. 

C’è un gene di speranza per l’Alzheimer

La ricerca condotta da un team italiano svela il ruolo nello sviluppo dei neuroni svolto da una proteina finora ignota, una scoperta che potrebbe avere importanza anche per gli studi sulla più comune forma di demenza. La mia intervista al professor Fabio Benfenati, pubblicata oggi su Avvenire

Benfenati Fabio, Research Director of Neuroscience and Brain Technologies at IIT.
Fabio Benfenati

La ricerca scientifica in ambito neu­rologico è tra le più complesse e delicate: studia malattie neurode­generative che compromettono le funzioni cerebrali, con effetti a vol­te devastanti, ma trova enormi difficoltà a individuare molecole veramente effi­caci. Per questo è da salutare con inte­resse la scoperta di un team multidisciplinare italiano che ha individuato un ge­ne e una proteina (il lavoro è pubblica­to su Cell Reports) che sono implicati nel­lo sviluppo neuronale e che potrebbero avere un ruolo nella patogenesi della malattia di Alzheimer. Proprio per la forma di demenza più comune si è registrata nei giorni scorsi la rinuncia del colosso far­maceutico Pfizer a proseguire le ricerche (anche il ministro della Salute Beatrice Lorenzin si è detta preoccupata). Il neu­rologo Fabio Benfenati, responsabile del Centro di neuroscienze e tecnologie sinaptiche dell’Istituto italiano di tecno­logia (Iit) di Genova, spiega il significa­to di questo studio – in collaborazione tra Iit di Genova, Università di Genova (Silvia Giovedì) e Università Vita-Salute San Raffaele di Milano (Flavia Valtorta) – e gli ostacoli che motivano le mosse delle aziende farmaceutiche. «Obietti­vamente è molto difficile trovare farma­ci efficaci per la cura delle patologie neu­rologiche – osserva Benfenati, che inse­gna Neurofisiologia all’Università di Ge­nova –, di molecole ce ne sono vera­mente poche, e gli enormi costi della ri­cerca non vengono ripagati».

La vostra ricerca porta qualche spe­ranza negli studi sulle malattie neurologiche. Come è nata?

È partita da una collaborazione con un gruppo americano di bioinformatica che metteva in relazione prodotti genici sco­nosciuti con funzioni possibili, che de­vono però essere valutate sperimental­mente. Di questo gene APache non si sa­peva nulla e quindi non entrava nean­che negli screening genici: abbiamo vi­sto che è espresso solo dai neuroni, e con una serie di studi di localizzazione e funzionali abbiamo visto che è una proteina molto importante per il traffi­co di membrana, cioè l’attività che le cel­lule svolgono incessantemente durante la crescita e nella trasmissione sinaptica. Il traffico di membrana è un’attività con­tinua nei neuroni, sia durante lo svilup­po per crescere le complesse arborizza­zioni che formano i circuiti nervosi, sia nel trasferimento delle informazioni in cui vescicole di neurotrasmettitore ven­gono rilasciate a frequenze talora altis­sime.

Dove intervengono il gene e la protei­na che avete studiato?

Quando un neurone nasce è una cellu­la sferica, poi comincia a emettere pro­lungamenti come fossero rami di un al­bero: questi processi, guidati dalla cre­scita del citoscheletro (lo scheletro cel­lulare), implicano aggiunta di membra­na. I neuroni, sia in vitro sia nei vari stra­ti della corteccia, se sono privati di que­sta proteina vanno incontro a processi abortivi, e hanno difficoltà a elaborare i prolungamenti. Nei neuroni maturi i neurotrasmettitori sono contenuti in ve­scicole sinaptiche che devono fondersi con la membrana cellulare per liberare il proprio contenuto, e la cui membra­na deve poi essere rimossa dalla mem­brana cellulare per formare nuove vesci­cole. In questo traffico di membrana A-Pache interviene nei processi che servo­no a rigenerare le vescicole, interagendo con la proteina adattatrice AP2 alfa, che serve al recupero delle vescicole. 

Cosa succede se manca?

Stiamo studiando se muta­zioni a carico del gene APa­che possano causare patologie dello sviluppo cerebrale, co­me encefalopatie epilettiche. E poiché APache è molto im­portante per la sopravvivenza dei neuroni, stiamo studian­do se nelle patologie neuro­degenerative ci sono altera­zioni primarie di questa pro­teina. Dati preliminari su tes­suti umani di malattia di Alzheimer mo­strano effettivamente diminuzioni neilivelli di questa proteina.

Pfizer ha deciso di rinunciare alle ri­cerche sull’Alzheimer. Cosa ne pensa?

Stupisce perché era una delle aziende con la ricerca più avanzata. Altre indus­trie, come Roche o Gsk, avevano già li­mitato notevolmente gli investimenti nel campo delle neuroscienze. Tra il tempo e i finanziamenti necessari per la ricerca di molecole efficaci per il sistema nervoso e quello necessario per le sperimenta­zioni di fase I, II e III passano almeno die­ci anni, mentre la durata del brevetto non supera i venti anni. Evidentemente per un ente profit il tempo per lo sfrut­tamento economico non è sufficiente per ripagare gli enormi costi della ricer­ca, anche se la diffusione di queste pa­tologie è in grande aumento.

Studi come il vostro possono far in­vertire la rotta?

In effetti la ricerca sul sistema nervoso ri­schia di essere sviluppata per lo più in ambito accademico (università ed enti di ricerca) da realtà che tuttavia non pos­sono sostituire la ricerca industriale. Pos­sono stimolarla e fornire spunti, ma lo sviluppo industriale delle nuove terapie, che include i lunghi processi di speri­mentazione nell’animale e nell’uomo, può essere sostenuto solo dalle aziende farmaceutiche. Peccato che in Italia i finanziamenti per la ricerca di base e pre­clinica siano molto scarsi e che vi sia po­ca sinergia tra industria e accademia.