Vettori bio-ispirati per trasportare farmaci al cervello

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 presso la Fondazione Pisana per la Scienza ETS, in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia - IIT e l’Università di Bologna.

Pubblicato sulla rivista Advanced Healthcare Materials, lo studio 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.

"Un aspetto importante della ricerca, tutt’altro che scontato, riguarda la robustezza e la flessibilità di M13 come piattaforma vettoriale", spiega 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".

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.