Dispositivi innovativi per organi multipli per malattie del cervello

Si chiamano DIANA e PEGASO, i mitici “bambini” di MINERVA, i due progetti, finanziati rispettivamente con il recente bando Proof-of-Concept del CER e il bando italiano MIUR FARE, il quest’ultimo dedicato ai vincitori dei progetti ERC. I due progetti consentiranno a Carmen Giordano, professore associato presso il Politecnico di Milano, di approfondire l’insieme di connessioni che collegano la microflora intestinale e il funzionamento del nostro cervello e di sviluppare un innovativo multiorgano su un chip tecnologico che studierà nuove strategie terapeutiche per le malattie del cervello, consentendo lo sviluppo sempre più mirato di nuovi farmaci.
Si prevede un aumento significativo del numero di pazienti affetti da patologie cerebrali come l’Alzheimer o il morbo di Parkinson nei prossimi decenni. Un punto critico è che lo sviluppo di nuovi farmaci richiede un processo che dura complessivamente 10-15 anni e investimenti di circa 1-3 miliardi di euro alla luce di un tasso di fallimento molto elevato, che è superiore al 95% per la sola malattia di Alzheimer. I modelli disponibili per eseguire la convalida biologica non sono adeguatamente predittivi del comportamento effettivo dei nuovi farmaci quando somministrati ai pazienti. Carmen Giordano ha ricevuto due ulteriori sovvenzioni per lavorare su questo aspetto, pari a un totale di € 280.000 per due progetti che rappresentano un progresso nell’applicazione del loro predecessore MINERVA.
DIANA svilupperà e convaliderà Chip4D Brain, uno strumento organo-su-chip all’avanguardia che integra la barriera emato-encefalica e il cervello in un unico sistema in vitro in un ambiente industriale. È costituito da due dispositivi tecnologici miniaturizzati progettati con una tecnologia all’avanguardia chiamata “organo su un chip” che consente la riproduzione di funzioni organiche complesse in sistemi delle dimensioni di un vetrino da microscopio. Questa tecnologia consente di utilizzare DIANA per simulare la barriera emato-encefalica che protegge il nostro cervello da molecole e agenti esterni al cervello. Ogni sistema ospita complessi modelli cellulari volti a riprodurre alcune delle caratteristiche fondamentali dei sistemi di riferimento come la tridimensionalità e la presenza simultanea di diversi tipi di cellule.
La missione di DIANA è ampia: questo dispositivo cerca di essere la base per lo sviluppo di una nuova generazione di innovativi dispositivi multiorgano nell’ambito dello studio di nuove strategie terapeutiche per le malattie del cervello. “Questa sfida è tanto importante quanto necessaria”, afferma Carmen Giordano, “perché con le malattie cerebrali la presenza della barriera emato-encefalica che protegge naturalmente il nostro cervello dall’ingresso incontrollato di molecole e agenti biologici, associata alla complessità del tessuto cerebrale, rende gli attuali modelli in vitro scarsamente predittivi del “comportamento reale dei farmaci nel corpo”.
Questa è una missione complicata che richiede molte competenze da implementare, quindi è stato creato un consorzio completamente nuovo e un team ad hoc tra il Politecnico di Milano, l’istituto che ospita il progetto e Neuro-Zone Srl, un partner industriale specializzato nella ricerca e sviluppo di farmaci legati alle malattie del cervello.
Il progetto PEGASO mira a sviluppare la prima piattaforma personalizzata body-on-a-chip per raccogliere dati utili nella selezione del profilo genetico dei pazienti più adatti per gli studi clinici di nuovi farmaci, migliorandone l’efficacia, riducendo gli effetti collaterali e diminuendo il tasso di fallimento durante gli studi clinici, fornendo un significativo beneficio sociale ed economico. Come nel progetto MINERVA, la piattaforma è costituita da dispositivi tecnologici di tipo “organo su un chip” potenziati da un dispositivo che simula il fegato, un organo essenziale nel metabolizzare i farmaci, e ospiterà solo modelli cellulari ottenuti dallo stesso paziente in modo da riprodurre le caratteristiche metaboliche e genetiche specifiche di quel paziente, generando una piattaforma che può essere definita un “paziente su un chip”.
Il progetto espande così il potenziale applicativo di MINERVA nel campo della medicina personalizzata. In effetti, deriva dal presupposto che il background genetico di ciascun paziente può influenzare la risposta individuale al farmaco e moderare gli effetti collaterali indesiderati. Una singola variazione di un gene chiave coinvolto nel metabolismo del medicinale può influenzarne l’efficacia, rischiando gravi effetti collaterali per particolari gruppi di pazienti.
L’obiettivo finale è la validazione preliminare della piattaforma PEGASO con un farmaco per la malattia di Alzheimer in due scenari clinicamente rilevanti di pazienti con e senza variazioni genetiche noti per influenzare l’effettiva efficacia del farmaco in vivo.

Per entrambi i progetti è essenziale la consolidata collaborazione con Diego Albani, neuroscienziato dell’Istituto di ricerca farmacologica Mario Negri IRCCS di Milano, in particolare perché consente di acquisire conoscenze specifiche sulla farmacologia delle malattie neurodegenerative già potenziate nel progetto MINERVA.