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Terapia Molecolare

I recettori chimerici, ovvero le cellule come farmaci: quando l’ingegneria genetica aiuta il sistema immunitario a combattere le leucemie

Ettore -biagiCURRICULUM VITAE
ETTORE BIAGI
Luogo e data di nascita: Lecco, 22 aprile 1970
Cittadinanza: italiana
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Le leucemie sono i tumori più frequenti nei bambini, mentre i linfomi maligni sono in terza posizione dopo i tumori cerebrali. Un numero significativo di pazienti con leucemia e linfomi non viene curato dai trattamenti tradizionali. Il gruppo del prof. Ettore Biagi si occupa principalmente di sviluppare terapie curative alternative per questi soggetti, basate sull’uso di cellule intese come farmaci.

1. Studio clinico per il trattamento della leucemia linfoblastica acuta. Nell’ambito del progetto CHILDHOPE, finanziato dalla comunità europea, il gruppo si dedica alla generazione di terapie immunologiche nel controllo della leucemia tramite l’uso di recettori chimerici tumore-specifici, molecole artificiali che rendono le cellule del sistema immunitario capaci di attaccare in modo selettivo le cellule malate, bersagliando la molecola CD19. Il protocollo partirà con i primi arruolamenti presso la nostra fondazione agli inizi del 2017. Lo studio clinico, che coinvolgerà diversi centri in Italia (Monza Bergamo), rappresenta ad oggi una strategia terapeutica unica nel mondo di pazienti pediatrici ed adulti. Tale strategia è stata scelta per sviluppare uno studio clinico di fase I/II per il trattamento della leucemia linfoblastica acuta (LLA) ad alto rischio, utilizzando cellule T specifiche (CIK) e modificate geneticamente con un recettore chimerico specifico per l’antigene CD19, largamente espresso dalle cellule leucemiche di LLA.

2. Recettori chimerici per la leucemia mieloide acuta: studio dei target CD33 e CD123 per ridirigere l’attività delle cellule T nei confronti dei blasti leucemici Un’altra forma di tumore che intendiamo bersagliare con questo approccio sperimentale è rappresentato dalla leucemia mieloide acuta (LMA). Abbiamo generato e modificato geneticamente in vitro cellule T (CIK) in modo da renderle specifiche per una molecola espressa dalle cellule leucemiche LMA, il CD33. I nostri risultati hanno mostrato che le cellule T diventano, in vitro, dei veri e propri “killer” della leucemia mieloide acuta. Nel tentativo di rendere più selettivo il targeting della cellula staminale leucemica (che rappresenta la cellula capostipite da cui origina la leucemia stessa), abbiamo generato un nuovo recettore chimerico, specifico per l’antigene CD123, con ottimi risultati di efficienza “in vitro” ed "in vivo" in modelli di topo immunodeficiente. Infatti tale recettore, una volta espresso dalle cellule T, non solo mostra un’efficace eliminazione della cellula mieloide leucemica, ma assicura un miglior profilo di sicurezza nei confronti del midollo sano. Evidenze sperimentali hanno anche dimostrato che questo nuovo recettore è in grado di risparmiare cellule normali non ematopoietiche che esprimono bassi livelli dell’antigene CD123, quali le cellule endoteliali dei vasi sanguigni, il cui riconoscimento in vivo dopo l’infusione nell’uomo potrebbe causare effetti dannosi di estrema gravità. Ora il nostro obiettivo è quello di approfondire gli studi sull’efficacia di entrambi questi approcci in un modello murino umanizzato, nel quale valuteremo contemporaneamente l’azione delle cellule T esprimenti il recettore chimerico anti-CD33 o anti-CD123 contro la leucemia, e la tossicità contro i normali precursori mieloidi del midollo ematopoietico e le cellule endoteliali umane. I primi esperimenti eseguiti su topi immunodeficienti hanno dimostrato, sia in caso di linee cellulari umane, sia in caso di leucemie primarie attecchite a partire dai pazienti pediatrici affetti da LMA, che sia il recettore chimerico anti-CD33 che quello anti-CD123 sono in grado di eradicare completamente il clone leucemico, mentre il recettore anti-CD123 dimostra di avere un profilo di minore tossicità sul midollo ematopoietico non leucemico. Inoltre, in collaborazione con il gruppo di biologia strutturale del Dr. Luca Varani dell’ IRB (Istituto di Ricerca in Biomedicina) di Bellinzona (Svizzera), stiamo sviluppando dei mutanti di affinità del recettore anti-CD123, al fine di individuare il migliore mutante che possa mantenere in modo ancora più selettivo il legame con la cellula leucemica risparmiando al contempo i tessuti sani.

3. Recettori chimerici per la leucemia linfocitica cronica: studio in vitro e in vivo del target CD23.
Vista l’efficacia preclinica dimostrata da questo approccio sperimentale, abbiamo ipotizzato di applicarlo anche per il targeting selettivo delle cellule di leucemia linfocitica cronica (B-CLL), la forma di leucemia piu' frequente negli adulti: abbiamo pertanto sviluppato, in collaborazione con il Prof. Malcolm Brenner e Gianpietro Dotti, del Baylor College of Medicine (“Center for Cell and Gene Therapy”) di Houston (USA), un nuovo recettore specifico per l'antigene CD23. Abbiamo sinora caratterizzato questa molecola in vitro, mediante studi funzionali sulle cellule dei pazienti, con risultati molto promettenti, che sono stati anche recentemente validati in un modello murino di B-CLL messo a punto dal gruppo del Prof. Paolo Ghia dell’Università Vita-Salute San Raffaele di Milano. Stiamo ulteriormente caratterizzando l’efficacia del nostro modello in vivo in associazione con il farmaco di nuova generazione lenalidomide.

4. Nuovi strumenti molecolari per migliorare l’applicabilità e la sicurezza dei recettori chimerici: geni suicida e trasposoni. Per migliorare il profilo di sicurezza delle cellule T modificate geneticamente con recettori chimerici, abbiamo terminato l’analisi di diverse strategie “suicida” (herpes-virus timidina chinasi-HSV-TK, caspasi inducibile umana (iCasp9), CD20 umano, timidilato fosfato chinasi mutata (mTMPK), che ci permettano di controllare farmacologicamente le cellule una volta infuse, e di eliminarle in caso manifestino tossicità imprevista ed importante. I nostri esperimenti hanno dimostrato pari efficacia dei sistemi iCasp9 e CD20 nell’eliminare le cellule manipolate geneticamente, offrendo pertanto diverse strategie di sicurezza per le future applicazioni cliniche dei recettori chimerici anti-leucemia.
Un nuovo fronte di studio recentemente aperto riguarda l’utilizzo di metodiche non virali di manipolazione genica allo scopo di ridurre le preoccupazioni associate a problemi di fabbricazione, costo e sicurezza dei vettori virali che limitano finora le applicazioni cliniche. Una valida alternativa che stiamo considerando sfrutta il sistema cosiddetto “Sleeping Beauty”, basato sull’uso di molecole di DNA circolari, dette Trasposoni, che, veicolate nel nucleo cellulare tramite esposizione della cellula ad un campo elettromagnetico (tecnica di nucleofezione), sono capaci di inserirsi nel genoma umano. Tramite tale metodologia siamo già efficacemente riusciti a manipolare geneticamente effettori immunitari, dimostrando la persistenza e l’efficacia di killing del recettore chimerico anti-CD123 per il trattamento della LMA e del recettore chimerico anti-CD19 per il trattamento della LLA. Inoltre, stiamo caratterizzando il profilo di sicurezza del sistema “Sleeping Beauty” e in particolare la cinetica e il pattern di integrazione nel genoma. La conferma su larga scala di questi risultati in vitro e in vivo ci permetterà di poter realizzare nei prossimi anni programmi di terapia genica sull’uomo nel nostro laboratorio di terapia cellulare “Stefano Verri”.

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Il gruppo del Prof. Ettore Biagi: Dott.ssa Chiara Francesca Magnani, PostDoc; Dott.ssa Sarah Tettamanti, PostDoc; Dott.ssa Silvia Arcangeli, Phd student; Dott.ssa Nice Turazzi, PhD student; Dott.ssa Maria Caterina Rotiroti, Biotech degree; Dott.ssa Claudia Mezzanotte, Biotech degree; Dott.ssa Claudia Capuzzello, Senior Technician.

 

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