Ricerca scientifica

Utilizzando cellule derivate dal liquido amniotico è possibile valutare la tossicità dei medicinali durante lo sviluppo fetale

La sicurezza dei farmaci in gravidanza è un tema di estrema attualità in ambito di salute pubblica, ma al contempo rimane un terreno parzialmente inesplorato, dove le competenze sono limitate dal fatto che le donne in gravidanza non entrano a far parte dei trial clinici, perciò è difficile ottenere una valutazione attendibile del rapporto rischio-beneficio. In aggiunta, mancano modelli animali in grado di prevedere con affidabilità gli effetti dei farmaci sul feto umano. Per questo nasce il progetto PROTECT, con il quale il prof. Alessandro Filippo Maria Pellegata, docente di ingegneria biomedica al Politecnico di Milano, sta cercando un modo per colmare i vuoti di conoscenza in questo settore, mediante lo sviluppo di una piattaforma basata su modelli tridimensionali di tessuti fetali umani realizzati. Ciò diventa possibile grazie alla tecnica del 3D bioprinting: utilizzando cellule derivate dal liquido amniotico, il sistema ricrea in laboratorio tessuti umani che riproducono fasi chiave dello sviluppo fetale, permettendo di valutare in modo sistematico la tossicità dei farmaci in condizioni controllate e riproducibili.

Il progetto PROTECT ha ottenuto il conferimento di uno dei tre European Research Council (ERC) Proof of Concept ad altrettanti progetti, scritti e sviluppati da docenti e ricercatori del Politecnico di Milano. Si tratta di META-SENSE, che si propone di sviluppare un nanosensore per la rilevazione dei PFAS, di LANTERN, teso a mettere a punto una metodologia di nano-fabbricazione di microchip e appunto di PROTECT, il progetto del professor Pellegata, pensato per colmare il vuoto di conoscenze nel campo della sicurezza dei farmaci in gravidanza.

“L’idea di partenza per PROTECT è nata dall’esperienza maturata col conseguimento di un precedente ERC Consolidator Grant nel quale, usufruendo di tecniche di 3D bioprinting in situ, puntiamo a correggere nel feto il difetto della spina bifida”, ricorda Pellegata, docente presso il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano nonché Principal Investigator del laboratorio LaBS-3D Bioprinting and Tissue Engineering. “Per fare ciò abbiamo utilizzato cellule prelevate dal fluido amniotico, una popolazione composta da differenti tipi cellulari”.

Infatti, una delle metodiche sfruttate per la diagnosi prenatale è l’amniocentesi, da eseguire nel secondo trimestre di gravidanza e attraverso cui è possibile prelevare un campione di cellule da analizzare alla ricerca di malattie cromosomiche e geniche del feto. Oggi l’avvento di test non invasivi per la diagnosi prenatale (come il NIPT) ha ridotto il ricorso all’amniocentesi e alla villocentesi, considerate invasive. Tuttavia, le popolazioni di cellule che costituiscono il fluido amniotico sono ricche di informazioni e i ricercatori coordinati da Pellegata stanno collaborando con un gruppo di colleghi londinesi impegnati nella mappatura di queste cellule da cui, successivamente, sarà messo a punto un approccio di ingegneria tissutale per promuovere la rigenerazione del tessuto ed eliminare il difetto della spina bifida.

“Il progetto PROTECT nasce dall’opportunità di sfruttare l’esperienza accumulata nella manipolazione delle cellule del fluido amniotico, integrandola con quella derivata dallo sfruttamento di tecnologie per lo sviluppo di costrutti tridimensionali e modelli complessi in vitro”, continua il ricercatore milanese. “L’obiettivo è di fornire risposte in un ambito - quello dell’utilizzo dei farmaci in gravidanza - ricco di dubbi. Non tanto per gli effetti negativi dei farmaci in questa condizione ma per la chiara mancanza di evidenze scientifiche sui farmaci”. Di conseguenza, non ci sono informazioni attendibili sulle dosi da usare, sulla farmacocinetica e sulle interazioni col feto. È sufficiente pensare alle donne incinte affette da malattie croniche, fra cui la sclerosi sistemica o il lupus eritematoso sistemico (LES), costrette a interrompere l’assunzione di farmaci per diversi mesi quando non addirittura per anni (infatti, la sospensione non si limita al periodo del concepimento e della gravidanza ma anche dell’allattamento, anche se la quantità di farmaco che passa nel latte dipende dalla tipologia di medicinale, dalla dose assunta e dalla durata della terapia). Ugualmente accade nel caso di pazienti oncologiche che, in gravidanza, devono rinunciare alle terapie per evitare il rischio di effetti teratogeni sul feto: ciò implica una pesante limitazione alle libertà individuali. “Le informazioni sulla tossicità a livello embrionale dei farmaci si concentrano nelle prime fasi di gravidanza ma, a partire dal secondo-terzo trimestre, il panorama cambia e i dati diminuiscono”, riprende Pellegata. “Perciò, da un prelievo non particolarmente invasivo di liquido amniotico abbiamo pensato di mettere a punto un sistema di medicina personalizzata elaborando un modello delle cellule fetali da usare nei test di tossicità”.

A differenza di altri filoni di ricerca che impiegano gli organoidi (modelli cellulari basati sulla capacità delle cellule di auto-organizzarsi in una struttura a tre dimensioni), Pellegata e il suo team hanno scelto un approccio di 3D bioprinting per generare dei costrutti tridimensionali con i quali superare alcune delle limitazioni tipiche degli organoidi (scarsa ripetibilità e controllabilità del processo). “Per creare un modello in vitro utilizzabile in esperimenti di drug screening occorre un sistema affidabile e ripetibile, composto da cellule di un alto numero di individui su cui testare varie concentrazioni di farmaci e, alla fine, mettere insieme un quadro informativo”, precisa Pellegata, spiegando come le cellule vengano immesse in una stampante 3D e usate come “inchiostro” per creare la struttura (idrogel) che fungerà da base per il modello. “Disporre le cellule nella condizione di svilupparsi tridimensionalmente, e non di appiattirsi su una piastra di coltura in polistirene, permette loro di esprimere completamente le loro funzionalità”, riprende. “Infine, dal punto di vista biochimico e biomeccanico, l’idrogel fornisce alle cellule l’elasticità per svilupparsi e crescere su un substrato adatto al loro differenziamento”.

In questa fase i ricercatori stanno lavorando per mettere a punto il sistema ma, grazie ai finanziamenti dell’ERC Grant, potranno dimostrarne il funzionamento nella realtà e non solo sulla carta. I presupposti, però, sono molto buoni. Tanto da aver avviato una collaborazione con Day One, partner strategico ideale per lo sviluppo commerciale del sistema che dovrà attrarre l’interesse delle imprese farmaceutiche ed essere convertito in un prodotto ad elevata traslabilità, in grado di raggiungere gli ambulatori e le cliniche ospedaliere: un esempio virtuoso della necessità di gettare ponti tra l’universo accademico - dove la ricerca muove i suoi primi passi - e le realtà industriali che possono offrire uno sbocco sul mercato, superando la barriera regolatoria e gli ostacoli collegati alla commercializzazione. “Abbiamo appena iniziato a svolgere i test con alcuni farmaci considerati gold standard”, conclude Pellegata. “Dovremo stabilire se il modello funziona davvero effettuando una serie di controlli positivi e negativi, con farmaci di diverse categorie dei quali sia nota la tossicità fetale su certe specifiche popolazioni cellulari. Poi sarà necessario garantire la replicabilità di quanto effettuato. Solo così, in futuro potremo passare ai test su farmaci la cui tossicità non è nota e utilizzare questo modello per ricavare in anticipo informazioni preziose per le pazienti”.

I ricercatori milanesi hanno di fronte 18 mesi di studio durante i quali validare l’efficacia del loro modello, che potrebbe in futuro trasformarsi in un prezioso strumento per testare, nella massima sicurezza, la risposta ai farmaci e permettere alle donne in gravidanza l’assunzione di terapie attualmente interrotte. Con un notevole miglioramento della qualità di vita.