Dimostrato il potenziale dei batteriofagi M13 come nanovettori biocompatibili in grado di attraversare la barriera emato-encefalica
Vettori bio-ispirati capaci di attraversare la barriera emato-encefalica da utilizzare per trasportare in modo efficace terapie mirate verso cellule malate del cervello difficili da raggiungere. L’innovativa modalità di impiego dei batteriofagi, o ‘fagi’, vettori virali non patogeni, è al centro di uno studio condotto dalla Dottoressa Valentina Castagnola, ricercatrice presso la Fondazione Pisana per la Scienza ETS, in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia – IIT e l’Università di Bologna.
Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Advanced Healthcare Materials.
Nello specifico, il team multidisciplinare ha testato l’impiego dei batteriofagi M13 come potenziali mezzi di trasporto a supporto di terapie indirizzate a trattare patologie di varia natura che possono colpire il cervello.
I batteriofagi hanno la caratteristica di riconoscere e aggredire i batteri e al tempo stesso sono completamente innocui per l’essere umano; sono infatti già presenti in modo ubiquitario ed in grande quantità nel nostro organismo. Ad oggi i fagi vengono già impiegati, in casi selezionati, nell’ambito della terapia per il trattamento di infezioni batteriche resistenti agli antibiotici.
Il team ha studiato l’interazione dei fagi M13 con le cellule endoteliali, in modelli sperimentali che riproducono in vitro le proprietà della barriera emato-encefalica, la struttura che compone e riveste i vasi sanguigni cerebrali. Si tratta di una vera e propria ‘barriera’ che svolge un ruolo essenziale nel proteggere il cervello dall’ingresso di agenti patogeni e di sostanze potenzialmente dannose, ma che, al tempo stesso, rappresenta uno dei principali ostacoli alla somministrazione di farmaci destinati al trattamento di malattie neurodegenerative e dei tumori cerebrali. Per questa ragione la comunità scientifica è attiva nello sviluppo di strategie innovative in grado di indirizzarsi in modo efficiente e mirato verso specifiche popolazioni neuronali per il trattamento di diverse patologie cerebrali, superando il sistema di controllo altamente selettivo della barriera emato-encefalica.
In particolare, lo studio ha dimostrato che i fagi M13 sono in grado di attraversare la barriera emato-encefalica mantenendo la propria integrità strutturale e la capacità di raggiungere specifici bersagli cellulari, qualora opportunamente ingegnerizzati mediante modifiche del loro genoma.
Queste caratteristiche rendono i batteriofagi M13 possibili sistemi di trasporto per veicolare terapie dirette al cervello attraverso il sangue, ricorrendo ad un approccio minimamente invasivo.
I promettenti risultati della pubblicazione gettano le basi per nuove ricerche utili al futuro della medicina.
I prossimi sviluppi sono indirizzati ad ottimizzare l’ingegnerizzazione dei fagi, con l’obiettivo di aumentare ulteriormente l’efficienza di attraversamento della barriera emato-encefalica, per rendere ancora più efficace il trasporto dei farmaci verso specifiche popolazioni neuronali.
Nell’ambito delle linee di ricerca strategiche di Fondazione Pisana per la Scienza, la ricerca della Dottoressa Castagnola è stata supportata attraverso un grant per le neuroscienze bandito dalla Fondazione nel 2024 e interamente finanziato grazie alla donazione del Dr Vassili Fotis (https://www.fpscience.it/it/people/vassili-fotis/). La ricerca è stata inoltre sostenuta da prestigiosi finanziamenti internazionali ottenuti dall’Istituto Italiano di Tecnologia, sia europei, come l’EU Joint Programme – Neurodegenerative Disease Research (JPND) e Marie Curie, sia americani come quello della Michael J. Fox Foundation di New York.
“Il mio lavoro punta a sfruttare sistemi nano- e micrometrici assemblati dalla natura e dunque già in grado di interagire con le cellule del nostro corpo e riprogrammarli per svolgere funzioni terapeutiche di interesse. Questo approccio, che prende in prestito identità biologiche naturali per ingegnerizzarle, prende il nome di nanomedicina biomimetica”, sottolinea la Dottoressa Valentina Castagnola, ricercatrice di Fondazione Pisana per la Scienza ETS.
“Dobbiamo immaginare i batteriofagi M13 come dei nanorobot biologici intelligenti in grado di trasportare carichi terapeutici legati al loro mantello proteico, dotati di mimetismo biologico, che permette loro di attraversare indenni la barriera emato-encefalica, e forniti di molecole anticorpali mediante le quali inseguono e si legano ai loro bersagli cerebrali per consegnare l’agente terapeutico. Insomma, un nano-piccione viaggiatore che percorre un lungo viaggio nel torrente circolatorio per consegnare il suo messaggio a livello cerebrale” afferma il Professor Fabio Benfenati, coordinatore del Centro di Neuroscienze e Tecnologie Sinaptiche dell’Istituto Italiano di Tecnologia, che ha coadiuvato la ricerca.
“Un aspetto importante della ricerca, tutt’altro che scontato, riguarda la robustezza e la flessibilità di M13 come piattaforma vettoriale” – continua il Prof. Alberto Danielli, responsabile del laboratorio di Biotecnologie Molecolari del Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna, in cui vengono progettati e ingegnerizzati questi innovativi vettori – “Infatti anche le versioni reindirizzate a specifici bersagli cellulari mantengono le proprietà biomimetiche e la capacità di attraversare le barriere biologiche, guadagnando al contempo in specificità di bersagliamento. Questo apre la strada a terapie di precisione che sfruttano la modularità del sistema, proprio come un multiutensile a cui si possa cambiare la punta (e il carico terapeutico) in base alla specifica funzione da svolgere.”
“Questo studio, oltre a fornire una prima dimostrazione sulla capacità di un fago di attraversare la barriera ematoencefalica, apre la strada a ulteriori valutazioni in modelli preclinici e auspicabilmente a importanti applicazioni cliniche”, sostiene il Professor Giorgio Minotti, Direttore Scientifico di Fondazione Pisana per la Scienza ETS.
“Questo lavoro si inserisce pienamente in una delle direttrici strategiche della Fondazione Pisana per la Scienza ETS, ente di scopo costituito da Fondazione Pisa per promuovere la ricerca biomedica. Abbiamo individuato nell’oncologia e nelle neuroscienze due ambiti prioritari, sia per la loro rilevanza per la salute, sia per valorizzare e sviluppare ulteriormente il patrimonio di competenze generato dai numerosi progetti di ricerca e formazione sostenuti sul territorio da Fondazione Pisa», dichiara il Professor Fabio Beltram, Presidente della Fondazione Pisana per la Scienza ETS. “Oggi ci è gradito rinnovare la gratitudine al dottor Vassili Fotis che con la sua generosa donazione ha potenziato il nostro impegno nell’ambito delle neuroscienze, questo nuovo risultato è anche suo.”
Per approfondimenti: “Functional Blood-Brain Barrier Crossing by Biomimetic M13 Phage Vectors for Targeted Neuronal Delivery” Advanced Healthcare Materials https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202600029
