Marine Drug Discovery: un approccio marino alla medicina

Il mare. La più grande fonte pulsante di biodiversità del pianeta, purtroppo spesso guardata con poca consapevolezza della sua importanza e, al tempo stesso, fragilità. Oggi ci soffermeremo piuttosto su come, da questo ricettacolo evolutivo della vita, la ricerca medica-farmacologica abbia trovato un vero e proprio punto di riferimento. No, non ci sono ricercatori palombari che testano i pesci ago per fare iniezioni, oppure primari che mettono alla prova i pesci chirurgo per renderli validi assistenti di sala operatoria; ma non si sa mai, potrebbero essere delle buone idee per il futuro!

Un concetto che sembra un po’ un cliché che riassume a grandi linee l’evoluzione è, parafrasando, “adattati o schiatti!”. Nonostante ci sarebbe da trattare per ore questo argomento, effettivamente un buon fondo di verità c’è. Per colonizzare stabilmente e sopravvivere in un ambiente ricco di organismi viventi, nel corso dell’evoluzione le varie specie sono state necessariamente selezionate grazie a caratteristiche uniche e che le hanno favorite rispetto ad altre. Tra queste unicità c’è lo sviluppo di metaboliti secondari, ovvero molecole non essenziali ma necessarie per svolgere le funzioni più disparate, dalla competizione fra specie alla prevenzione di infezioni e/o patologie. Ed è qui che si sofferma volentieri l’attenzione dei ricercatori. Nel momento in cui la molecola può avere delle proprietà di interesse medico-farmacologico, si definisce più propriamente come “natural compound” (o più semplicemente, per non fare troppo gli anglofoni, “sostanze naturali”). Un primo esempio molto promettente è l’amfidinolo-2 (AM2), un metabolita isolato dal dinoflagellato Amphidinium carterae (una microalga facente parte della comunità planctonica).

Diversi studi hanno osservato come questa molecola sia in grado di esercitare una efficace e selettiva attività citotossica nei confronti di linee cellulari di cancro e carcinoma del colon umano, così come anche per cellule di carcinoma mammario. Ciò avviene attraverso un riconoscimento preferenziale di membrane cellulari a un basso contenuto di steroli, cioè una particolare categoria di lipidi (come ad esempio il colesterolo). Ma come riesce l’AM2 a riconoscerle? Semplice: sfrutta come bersaglio alcune regioni della membrana in cui si concentrano questi lipidi (chiamate per l’appunto “zattere lipidiche”). A questo punto può indurre in modo specifico l’apoptosi delle sole cellule neoplastiche.

“Ok, tutto bellissimo, ma cosa spingerebbe ad investire in queste minuscole alghe per creare nuove terapie?” potreste domandarvi. Beh, i costi ridicoli nella coltivazione dell’organismo (e quindi anche nel produrre la molecola stessa) sarebbero già un aspetto da non trascurare, ma anche la possibilità di aggirare la farmaco-resistenza delle cellule tumorali a molti chemioterapici attualmente utilizzati è di certo altrettanto importante. Non ve lo aspettavate da questo piccoletto, eh?

Morfologia delle cellule di Amphidinium carterae

Passiamo invece al gruppo di organismi considerato come la miniera d’oro dei natural compounds marini (alcuni dei quali attualmente commercializzati, dopo alcune modifiche molecolari), i Poriferi, ovvero le spugne. Nonostante siano organismi estremamente primitivi, la loro sopravvivenza fino ad oggi la devono proprio alla biosintesi di metaboliti ad azione terapeutica, ritagliandosi così un piccolo posticino nel grande “disegno” dell’evoluzione.

L’halicondrina B ne è un esempio: questo macrolide, isolato a partire dalla spugna giapponese di profondità Halichondria okadai, è in grado di inibire la polimerizzazione della tubulina durante il processo mitotico nelle cellule tumorali. Ad oggi l’analogo prodotto di sintesi chimica, ovvero l’eribulina (sotto il nome commerciale di Halaven), viene usato in terapie per le metastasi al seno.

Altrettanto sorprendente è l’azione della spongouridina, un nucleoside con una particolare propensione a ritorcersi contro i virus. Ma andiamo con ordine: cos’è un nucleoside? Semplicemente è l’insieme di zucchero e base azotata contenuti all’interno di un nucleotide, che invece rappresenta uno dei tantissimi “mattoncini” che formano il DNA e/o RNA. Dal momento che la spongouridina ha una struttura molto simile al nucleoside uridina, le particelle virali inizialmente la inseriscono nelle catene nascenti di DNA o RNA da usare come stampo per replicarsi. Questo potrebbe far pensare quindi che il nostro composto di origine spongina possa essere un valido elemento nel “malvagio” piano di conquista dell’organismo da parte del virus. Al contrario! Infatti interpreta, come in ogni thriller poliziesco che si rispetti, il classico ruolo dell’agente sotto copertura. La spongouridina è in grado di inibire la replicazione virale perché, pur essendo molto simile, non è completamente identica all’uridina: di conseguenza non potrà essere letta correttamente dalle polimerasi sfruttate dal virus, interrompendo la creazione di nuove progenie. Dopo essere stata scoperta nella spugna caraibica Tethya crypta, con opportune modifiche la molecola viene commercializzata come Aciclovir® (comunissimo antivirale impiegato nel trattamento dei fastidiosi herpes).

Sponge Guide (Universidad Nacional de Colombia) – Tethya crypta

Affacciamoci ora invece alla cronaca attuale

Sin dall’inizio della pandemia da SARS-CoV-2, si è vista una sempre più pressante dipendenza dei pazienti dalle apparecchiature in terapia intensiva. Il motivo? Si è evidenziato, grazie ad alcuni studi, che i pazienti gravemente colpiti dalla COVID-19 soffrano di una significativa diminuzione delle concentrazioni di emoglobina (Hb), andando a compromettere l’efficienza di ventilazione dei tessuti da parte dei globuli rossi (i quali trasportano al proprio interno, attraverso la circolazione, l’Hb). Ciò sta spingendo la ricerca a sviluppare delle soluzioni, tra cui alcuni studi sul verme marino Arenicola marina! Sì, avete letto bene, proprio un verme!

L’A. marina possiede una particolare emoglobina, detta anche Hemarina M101, che presenta a sua volta alcune proprietà uniche rispetto a quella dei vertebrati (come l’uomo): oltre a poter trasportare una quantità molto maggiore di ossigeno, l’M101 può svolgere anche una funzione antiossidante grazie al gruppo metallico rame-zinco presente al suo interno. Ciò permette di proteggere i tessuti dai danni cellulari, a livello di membrana e DNA, da parte di specie radicaliche. Ad aumentare l’efficienza di ventilazione da parte dell’emoglobina del nostro vermetto, vi è da considerare che si tratta di un trasportatore respiratorio extracellulare. Beh, e come migliorerebbe la situazione?” potreste chiedervi. Essendo molto più piccola dei globuli rossi in cui è contenuta l’Hb umana, la M101 può diffondere facilmente anche nella microcircolazione. Inoltre, la capacità di operare a temperature molto variabili, la renderebbe anche un valido trasportatore respiratorio da usare durante le perfusioni di organi trapiantabili, mantenendo quindi integre le funzioni di quest’ultimi. Che dire, se questo studio andasse a buon fine, sarebbe letteralmente rivoluzionario per la medicina!

WoRMS (World Register of Marine Species) – Arenicola marina

La natura marina perciò non è solamente una potente ma fragile fonte di biodiversità, che ammiriamo per il suo fascino e che siamo chiamati a salvaguardare. È allo stesso tempo anche una fonte illimitata di possibilità e alternative che, spesso e volentieri, funzionano meglio di ciò che abbiamo scoperto o ideato in secoli e secoli di innovazione. Quindi la ricerca sempre più crescente di risposte nella natura, anche per problemi apparentemente impensabili, può diventare un tassello molto importante per la medicina e non solo. Basta solo sapere dove cercare e avere un pizzico di fortuna, che non guasta mai!

Marco de “La Rotta dello Zefiro”

Chi controlla i vaccini? Come funziona la vaccinovigilanza

I vaccini rappresentano una delle principali risorse in termini di salute pubblica per il ruolo chiave che svolgono nella prevenzione di numerose malattie infettive, e per i conseguenti effetti diretti e indiretti su vari indicatori di salute generale della popolazione. Nel corso del tempo hanno contribuito alla notevole riduzione della mortalità soprattutto in età infantile, limitando la diffusione di malattie infettive trasmissibili; celebre il caso del vaiolo, ufficialmente dichiarato eradicato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) nel 1979, ed oggi ancora unico caso di eradicazione.

Seguendo la definizione dello stesso OMS, i vaccini sono preparati biologici costituiti da microrganismi uccisi o attenuati, oppure da sostanze prodotte dai microrganismi e rese sicure. Una volta somministrati, i vaccini simulano il primo contatto con l’agente infettivo evocando una risposta immunologica simile a quella causata dall’infezione naturale, senza però causare la malattia e le sue complicanze.

Vaccinovigilanza come branca della Farmacovigilanza: storia e caratteristiche

Nessun medicinale è esente da rischi ed è, quindi, necessario sorvegliare costantemente il profilo di sicurezza dei prodotti farmaceutici presenti sul mercato. Ciò comprende anche i vaccini, e la conseguente “vaccinovigilanza”. Per comprendere meglio la sorveglianza che viene effettuata sui vaccini bisogna prima soffermarsi sul concetto stesso di farmacovigilanza; la farmacovigilanza comprende l’attività di raccolta, valutazione, analisi e comunicazione degli eventi avversi che si possono manifestare dopo la somministrazione di farmaci e vaccini. All’interno della farmacovigilanza quindi, la vaccinovigilanza permette di analizzare il rapporto rischio/beneficio di ogni vaccino e accertare che questo rapporto, a partire dalla sua immissione in commercio, si mantenga favorevole nel corso del tempo, individuando il più precocemente possibile gli eventi avversi che seguono l’immunizzazione (Adverse Event Following Immunization, AEFI).

Un evento avverso a vaccino e/o farmaco è definito come qualsiasi manifestazione spiacevole che si verifica in seguito alla sua somministrazione ma che non ha necessariamente un nesso di causalità con esso (potrebbe non essere dovuto alla sua somministrazione) e per la quale non è possibile stabilire una relazione di causa-effetto.

Gli obiettivi della vaccinovigilanza sono molteplici ed includono:

• identificare reazioni avverse non evidenziate durante gli studi clinici;

• migliorare ed ampliare le informazioni sulle reazioni avverse già note;

• identificare fattori di rischio che possono contribuire allo sviluppo di reazioni avverse;

• controllare i singoli lotti, perché la variabilità che esiste nei processi produttivi dei vaccini può avere delle conseguenze sulla qualità, l’efficacia e la sicurezza;

• comunicare tutte queste informazioni in modo da migliorare la pratica clinica.

La farmacovigilanza (e di conseguenza la vaccinovigilanza) è nata negli anni ’60 in seguito alla tragedia della talidomide, un farmaco prescritto in gravidanza come sedativo, anti emetico ed ipnotico. Agli inizi del 1962 furono pubblicati sulla rivista scientifica Lancet singoli case-report relativi alla possibile correlazione tra l’assunzione di talidomide e la comparsa di malformazioni congenite. La svolta arrivò con la lettera indirizzata al Lancet da parte del Dottor William Griffith McBride, nella quale vennero resi pubblici i primi casi di malformazione fetale riconducibili all’assunzione della talidomide; le donne trattate con quel farmaco infatti davano alla luce neonati con gravi alterazioni nello sviluppo degli arti (principalmente focomelia, ovvero il ridotto o mancato sviluppo di uno o più arti). In seguito alla pubblicazione di tali dati, si ipotizzò che queste malformazioni potessero essere messe in relazione con l’assunzione del farmaco; pertanto, l’azienda produttrice fu costretta a ritirarlo dal commercio dal momento che i rischi superavano di gran lunga i benefici associati alla sua somministrazione. Questa vicenda favorì la nascita di leggi promuoventi la corretta sperimentazione dei medicinali prima e dopo la loro immissione in commercio, atte, quindi, a garantire un rapporto beneficio/rischio favorevole durante tutta la vita del farmaco.

Come si segnala un evento avverso da vaccino?

In presenza di un evento avverso che si è manifestato dopo la vaccinazione, operatori sanitari (medici, infermieri e farmacisti) e cittadini possono inviare una segnalazione via mail o fax al responsabile locale di farmacovigilanza della propria struttura sanitaria di appartenenza, oppure compilando un apposito modulo attraverso il sito www.vigifarmaco.it. Gli eventi avversi sono molto diversi tra loro, sia per gravità che per frequenza. Nella maggior parte dei casi si tratta di eventi lievi come febbre e/o reazioni locali al sito di iniezione, mentre sono rari gli eventi gravi quali reazioni di tipo allergico o shock anafilattico. Come accennato in precedenza, la comparsa di un evento avverso dopo il vaccino non implica necessariamente che la causa sia da attribuire al vaccino stesso; per questo motivo le segnalazioni raccolte nel database della Rete Nazionale di Farmacovigilanza (RNF) dell’Agenzia Italiana del Farmaco (AIFA) vengono scrupolosamente analizzate singolarmente. La procedura consente di smentire, o al contrario confermare, il nesso di causalità con il vaccino. In quest’ultimo caso si procede a quantificare il rischio legato alla somministrazione del prodotto vaccinale, avviando ulteriori studi di farmacovigilanza attiva o monitoraggi addizionali sui vaccini presenti in commercio.

Le valutazioni dei dati provenienti da questi studi, svolte dalle autorità nazionali, porteranno a diverse conclusioni:

• il rapporto rischio/beneficio del prodotto resta invariato e non è necessario modificare le informazioni sul prodotto;

• il rapporto rischio/beneficio del prodotto resta invariato, ma è necessario effettuare variazioni alle informazioni presenti nel foglio illustrativo;

• i rischi superano i benefici della vaccinazione e l’autorizzazione del vaccino può essere sospesa o revocata e il prodotto ritirato.

Uno sforzo condiviso

Le attività di vaccinovigilanza non vengono svolte solo a livello nazionale, ma si estendono anche alla rete europea Eudravigilance e a quella mondiale dell’OMS VigiBase. La possibilità di analizzare i dati provenienti da molti database di paesi in tutto il mondo aumenta le dimensioni delle popolazioni studiate, permettendo di evidenziare eventi anche molto rari, cosa invece alquanto difficile da osservare durante le sperimentazioni cliniche in cui la popolazione è altamente selezionata e presente comunque in numero ristretto (nell’ordine delle decine di migliaia).

Il sistema di vaccinovigilanza italiano è uno tra i migliori in Europa: secondo alcuni ricercatori dell’Uppsala Monitoring Centre, l’Italia risulta essere la nazione con la più alta qualità dell’informazione raccolta tra i paesi a maggior tasso di segnalazione, cioè con la maggior completezza dei dati necessari per una corretta valutazione del caso.

Nel nostro paese l’attività di sorveglianza dei vaccini è da sempre affidata all’AIFA e, nello specifico, a un gruppo di lavoro di cui fanno parte rappresentanti del Ministero della Salute, dell’Istituto Superiore di Sanità nonché componenti dei Centri Regionali di farmacovigilanza e di prevenzione. Questo gruppo di esperti si occupa prevalentemente di studiare ed analizzare i cosiddetti segnali provenienti dalle segnalazioni di sospette reazioni avverse a vaccini, e inserite nella RNF. Un “segnale” altro non è che un’informazione che suggerisce una nuova potenziale associazione causale tra un vaccino e un evento. Nell’ipotesi in cui il segnale sia confermato, è possibile intervenire con appropriate azioni regolatorie al fine di prevenire o minimizzare i rischi dei medicinali e rendere l’uso sempre più sicuro, modificando il foglietto illustrativo o, nei casi più estremi, ritirando del prodotto dal mercato. Annualmente l’AIFA rende pubblico un rapporto sulla sorveglianza postmarketing dei vaccini in Italia che sintetizza tutte le attività di vaccinovigilanza svolte in Italia.

Nonostante il controllo certosino a cui i vaccini sono sottoposti per garantire un adeguato rapporto rischio/beneficio, molti hanno la percezione di un beneficio modesto o nullo della profilassi vaccinale, a fronte invece di un rischio di reazioni avverse percepito come molto elevato. Risulta quindi quanto mai urgente sottolineare l’indiscusso valore sociale delle vaccinazioni, ricordando che ognuno di noi può contribuire alla conoscenza sulla sicurezza dei vaccini, segnalando in autonomia eventuali sospette reazioni avverse.

Angela Falco

L’acido solfidrico come alleato contro l’ipertensione

Tutti noi siamo abituati a pensare all’acido solfidrico (anche noto come idrogeno solforato) come ad un potente veleno. La letteratura scientifica è infatti unanime nel riconoscere la sua tossicità: ad elevate concentrazioni (700-1000 ppm, ovvero parti per milione) esso causa la morte in tempi brevissimi, mentre a basse dosi è in grado di causare disturbi neurologici, respiratori, motori, e cardiaci, a volte anche irreversibili. Insomma, con queste premesse nessuno vorrebbe avere a che fare con questo temibile gas, contraddistinto dal caratteristico odore di uova marce; tuttavia la scienza ci insegna che, così come altri composti, l'acido solfidrico non è il male assoluto, né che sia necessariamente sempre tossico, e che anzi, può apportare benefici all’uomo, in determinate circostanze. I primi a sfruttare le proprietà benefiche e curative di questo composto chimico furono i romani con le terme, luoghi di socializzazione e templi del benessere. All’interno di esse si usava inalare i vapori benefici derivanti dalle sorgenti sulfuree, tradizione che portiamo avanti anche ai tempi d’oggi.

Formula chimica dell'acido solfidrico

A riprova del fatto che l’acido solfidrico non è sempre tossico, forse non tutti sanno che esso viene costantemente prodotto dalle nostre cellule: è infatti riconosciuto, insieme al monossido di carbonio (CO) e l’ossido nitrico (NO) come uno dei tre principali gas-trasmettitori cellulari. Questi tre mediatori gassosi condividono alcune proprietà: sono piccole molecole capaci di diffondere rapidamente attraverso le membrane cellulari, vengono prodotti dalle nostre cellule e svolgono un'azione di controllo su alcune funzioni biologiche importanti per l’omeostasi del nostro organismo. Inoltre presentano una breve emivita plasmatica e risultano essere estremamente tossici a concentrazioni elevate.

L'acido solfidrico viene sintetizzato da due enzimi (le cui sigle sono CSE e CBE) presenti nelle cellule a livello del sistema cardiovascolare e in alcuni organi quali fegato, rene, utero, placenta, pancreas, polmoni e tratto gastrointestinale. È facile quindi dedurre che questo mediatore avrà un ruolo nel mantenimento fisiologico di tali sistemi e, di conseguenza, una maggiore o minore sintesi di acido solfidrico può portare ad un'alterazione di questa fine regolazione e quindi allo sviluppo di diverse patologie.

Le crescenti conoscenze sul significato e la funzione biologica dell’acido solfidrico a livello cardiaco e dei vasi sanguigni hanno permesso di determinare l’importanza di questo gas-trasmettitore, il quale esercita, a livello cardiovascolare, diversi effetti fisiologici. Tra questi ritroviamo la regolazione del tono vasale, grazie al suo potere vasodilatatore, l’inibizione dell’aggregazione piastrinica e la prevenzione della formazione delle placche aterosclerotiche grazie alla sua azione anti-infiammatoria. L’acido solfidrico è inoltre in grado di sopprimere la produzione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), proteggendo le cellule dallo stress ossidativo, e quindi dall’invecchiamento cellulare.

L’associazione tra acido solfidrico e ipertensione fu scoperta diversi anni fa, grazie a degli studi su pazienti affetti da questa patologia che presentavano una drastica riduzione nei livelli plasmatici di acido solfidrico endogeno, ovvero derivante da fattori interni, rispetto ai livelli osservati in individui con pressione arteriosa nella norma. La diminuzione di acido solfidrico osservata nei soggetti ipertesi si rivelò essere strettamente legata ad un malfunzionamento dell’enzima cellulare CSE che lo produce. Questa evidenza fu successivamente confermata in modelli murini ipertesi, nei quali, attraverso tecniche di ingegneria genetica, si è inattivato il gene per l’enzima CSE. A riprova del fatto che la produzione di acido solfidrico fosse strettamente associata alla regolazione della pressione sanguigna, i topi aventi il gene per l’enzima inattivato, manifestarono tutti, nell’arco di poche settimane, un notevole aumento della pressione sanguigna rispetto ai topi sani, sviluppando a lungo andare ipertensione. Sempre studi su modelli murini ipertesi evidenziano come il trattamento dei topi con acido solfidrico esogeno, quindi somministrato dall’esterno, per cinque settimane sia in grado di attenuare gli alti livelli di pressione sanguigna, migliorando il quadro clinico dei topi.

L’effetto benefico dell’acido solfidrico nel trattamento dell’ipertensione viene oggi attribuito alla sua capacità vasorilassante: la molecola infatti è in grado di agire sulle cellule muscolari lisce che ricoprono i nostri vasi sanguigni, inducendo rilassamento che, di conseguenza, abbassa la pressione sanguigna. Oltre a svolgere questa funzione, l’acido solfidrico interviene nella protezione delle cellule endoteliali dal danno indotto da alti livelli di glucosio nel sangue, condizione che si riscontra frequentemente in pazienti diabetici, promuovendone la sopravvivenza e la proliferazione.

Questi studi hanno catturato l’interesse di molti ricercatori che oggi sono impegnati nella ricerca di terapie a base di acido solfidrico per il trattamento di diverse patologie associate ad alterazioni dell’apparato cardiovascolare. Considerando le difficoltà nella manipolazione e nella somministrazione del composto, dovuta alla sua elevata tossicità ad alte concentrazioni, oggi sono stati ideati diversi pro-farmaci, molecole non tossiche in grado di rilasciare acido solfidrico in maniera graduale all’interno delle cellule e di mantenere la concentrazione plasmatica di acido solfidrico a livelli fisiologici. La ricerca farmacologica, sebbene ancora in fase iniziale di studio, è promettente.

Nella nostra vita quotidiana è possibile sfruttare i benefici dell’acido solfidrico derivanti da diversi vegetali commestibili come broccoli, aglio e la rucola, i quali contengono delle sostanze come polisolfuri (aglio) e isotiocianati (broccoli e rucola) che sono dei donatori naturali di acido solfidrico. Anche questi composti sono attualmente in studio sotto la lente del microscopio di molti ricercatori e i risultati ad oggi sono molto incoraggianti, al punto da pensare di utilizzare questi composti naturali a scopo preventivo e terapeutico. Nello specifico, l’Erucina, l’isotiocianato derivante dalle rucola, oltre ad agire regolando la pressione sanguigna, possiede anche una azione protettiva sull’endotelio dai danni dovuti allo stress ossidativo ed a livelli elevati di glucosio, e possiede inoltre proprietà antinfiammatorie ed attività antitumorali. Purtroppo nonostante gli innumerevoli benefici di queste sostanze, il sapore particolarmente pungente di questi vegetali come aglio, rucola e broccoli, dovuto proprio alla presenza di solfuri, agisce da deterrente per molte persone che quindi preferiscono altri cibi e sapori.

Come già accennato, la scienza ci insegna che l’acido solfidrico, così come tantissimi altri composti, non è il male assoluto, né che sia necessariamente sempre tossico. Alla base di questa affermazione troviamo un concetto molto importante nel mondo della farmacologia, un concetto che ci viene tramandato da secoli e che si può riassumere in una celebre frase latina attribuita a Paracelso, un medico e alchimista rinascimentale:

“Omnia venenum sunt: nec sine veneno quicquam existit. Dosis sola facit, ut venenum non fit”

che tradotta significa “Tutto è veleno: nulla esiste di non velenoso. Solo la dose fa in modo che il veleno non faccia effetto”. Quindi qualsiasi sostanza può essere innocua o addirittura benefica se viene assunta in modiche quantità mentre può risultare dannosa o potenzialmente fatale se presa ad alte dosi.

Shirley Genah