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”

SNIFF DOGS: Can che fiuta (covid) non morde

Dall’inizio della pandemia, di strada ne è stata fatta molta; basti pensare a come fosse difficile, all’inizio di marzo 2020, sottoporsi ad un tampone e come oggi, invece, diagnosticare l’infezione risulti molto più semplice, grazie ai tanti tamponi molecolari che siamo in grado ormai di processare quotidianamente e alla facilità con cui ci si può sottoporre ad un tampone antigenico.

Le sperimentazioni circa nuovi modi per ottimizzare al massimo le tempistiche di diagnosi infatti proseguono velocemente. Per esempio, in Italia è da poco iniziata la sperimentazione di un metodo che sfrutta l’olfatto dei cani per diagnosticare la Covid-19: questo metodo specifico si inserisce nella più generale diagnostica olfattiva, che, come suggerisce il nome, prevede l’utilizzo dell’olfatto per la diagnosi di particolari malattie. Questo è possibile proprio perché alcune malattie possiedono marker olfattivi caratteristici che ne permettono il riconoscimento. Tali marker sono infatti tipici di alcuni stati patologici, i quali alterando e il metabolismo del nostro corpo, fanno sì che le cellule rilascino delle sostanze specifiche tramite il sudore o il respiro: per l'appunto i marker olfattivi.

Negli ultimi anni del XX secolo sono state sviluppate varie tecniche diagnostiche basate sull’impiego di nasi elettronici (ne avevamo parlato su MadaMagazine l’anno scorso) e sull’utilizzo di cani opportunamente addestrati al riconoscimento olfattivo di campioni biologici nell’ambito dello screening, ad esempio oncologico. Ovviamente però, qualsiasi diagnosi di tumore deve essere oltre che affidabile anche molto specifica. Di conseguenza, parlando di cancro, i nostri amici a quattro zampe non possono essere utilizzati da soli come strumento diagnostico. Il naso degli animali, e di certe razze di cani in particolare come i pastori tedeschi, possiede un gran numero di recettori olfattivi specializzati: nello specifico, sono circa 220 milioni di recettori contro i 5 milioni di un naso umano.

Alla luce della ricerca sulla diagnostica olfattiva,e quanto da noi conosciuto, è nata dunque l’idea di sfruttare il fiuto canino per la diagnosi del Covid-19. Finora in Europa sono stati effettuati due studi di laboratorio per la rilevazione della Covid-19 con cani addestrati. Il primo, realizzato della École Nationale Vétérinaire d'Alfort e dell’Université Paris Est, ha ottenuto un tasso di rilevazione esatta tra l’83 e il 100% con l’utilizzo di campioni di sudore. Il secondo, della Università di Hannover e Amburgo e dal Central institute of medical service delle Forze armate della Germania, ha ottenuto un tasso medio di rilevazione esatta del 94 %, utilizzando campioni di saliva.

Il progetto di ricerca è dunque partito da poco anche presso il Drive In del Policlinico universitario del Campus Bio-Medico di Roma; come è organizzata però questa sperimentazione?

Si è partiti con un trial della durata di quasi due mesi, durante i quali i cani sono indirizzati al riconoscimento della presenza del virus attraverso specifiche tecniche di addestramento; da protocollo infatti l’animale entra in contatto con campioni contenenti il sudore di pazienti Covid-19 positivi, che vengono fatti annusare accuratamente, al fine di addestrare l’animale al riconoscimento di nuovi campioni. In seguito poi, alla fine di questi due mesi, il progetto proseguirà con altre quattro/sei settimane di sperimentazione grazie alla collaborazione di pazienti volontari che effettuano tamponi presso il Drive-In del Campus Bio-Medico. Parallelamente a questo, il laboratorio eseguirà il test molecolare naso-faringeo per verificare l’efficienza dei cani nella diagnosi.

Questo porterebbe ad una vera e propria svolta da un punto di vista diagnostico, andando ad ottimizzare di molto il tempo della diagnosi. Un cane ben addestrato potrebbe impiegare circa 10 secondi nella rilevazione del virus mentre un tampone rapido ci mette circa 15 minuti. Per non parlare poi del tampone molecolare che impiega minimo 3 ore per l’analisi. Ciò che ci si augura infatti è di poter utilizzare i cani nell’attività di screening all’interno di grandi eventi o semplicemente negli aeroporti o all’ingresso della stazione, dei cinema e magari anche dei teatri con l’obiettivo di far ripartire la vita anche negli ambiti che sono più spesso frequentati. L’utilizzo dei cani potrebbe portare ad una forte velocizzazione del tempo oltre che una diminuzione delle spese e una migliore organizzazione ed efficacia dei controlli.

Giorgia Calò

Le 5 cose da sapere: domande e risposte sui vaccini COVID-19

Grazie ai numerosi sforzi e alle numerose ricerche condotte in tutto il mondo, diversi vaccini anti COVID-19 con altrettante differenti metodologie sono stati sviluppati, testati, prodotti e alcuni di essi sono diventati recentemente disponibili. Milioni di persone hanno già ricevuto le dosi, ma nonostante i dati sulla sicurezza e efficacia, per alcune persone permangono ancora dubbi e perplessità. Oggi proveremo a risolverne insieme qualcuno.

Come funzionano i vaccini contro COVID-19

Prima di passare alle domande, è necessario descrivere brevemente come funzionano i vaccini contro COVID-19. Quando il virus SARS-CoV-2 entra nel nostro organismo, il sistema immunitario acquisito riconosce il patogeno, e conseguentemente disegna per questo agente esterno uno specifico identikit. Questo identikit viene quindi salvato nella memoria del nostro organismo permettendo il riconoscimento più rapido nel caso di un seguente attacco da parte del patogeno. Quanti di noi hanno sentito parlare in questi mesi delle immunoglobuline IgG e IgM? Bene, le IgG e le IgM sono le principali protagoniste di questo meccanismo di immunità acquisita (e sono due dei vari altri anticorpi sviluppati dal nostro corpo).

Disegnare questo identikit, almeno per quanto riguarda i vaccini contro COVID-19, può avvenire in 3 modi:

Innanzitutto, inoculando l'RNA messaggero (mRNA), come avviene nei vaccini a mRNA di Pfizer-BioNTech e Moderna. L'mRNA è il filamento di ribonucleotidi (i mattoncini che compongono l’RNA) che porta le informazioni necessarie per sintetizzare una determinata proteina; somministrando l'mRNA è possibile insegnare alla cellula a produrre in autonomia la proteina virale (o parte di essa), in modo da scatenare la reazione immunitaria e costruire l'identikit. In questo specifico la proteina è Spike, che costituisce la corona del SARS-CoV-2. Una volta formata all’interno delle nostre cellule, il sistema immunitario riconoscerà la proteina come un agente esterno e inizierà a costruire una risposta immunitaria, partendo dalla formazione degli anticorpi. Questa tipologia di vaccino ha dalla sua parte l’alta efficacia e la velocità di produzione, ma deve essere mantenuto a temperature molto basse a causa dell'instabilità dell'RNA, per evitarne il deterioramento.

Una seconda metodologia è quella utilizzata dai vaccini a vettore virale di Astrazeneca-Oxford e ReiThera-Istituto Spallanzani. Questa categoria di vaccini sfrutta la versione attenuata di un virus a DNA (Adenovirus), versione innocua poiché privata delle sequenze che rendono il microrganismo nocivo e contagioso. Questo vettore virale viene usato per introdurre all'interno del nostro organismo la sequenza genetica della proteina Spike sotto forma di DNA, al fine di stimolare la risposta immunitaria adeguata. All'interno della sequenza dell'Adenovirus vengono inseriti uno o più geni del virus da cui dobbiamo tutelarci, nel nostro caso del Sars-CoV-2. Essendo il DNA una molecola molto più stabile rispetto all'RNA, e avendo un rivestimento proteico a proteggere l'Adenovirus, questo tipo di vaccino è più stabile della precedente. L’Adenovirus indebolito privato di geni è reso incapace di replicarsi all’interno delle nostre cellule; una volta nel nostro corpo, rilascerà il DNA attivando la produzione temporanea della proteina Spike, la quale, come conseguenza, stimolerà il sistema immunitario.

Infine abbiamo i vaccini a proteine ricombinanti, come quelli prodotti da Novavax e Sanofi- GSK. Un vaccino a proteine ricombinanti si basa sulla somministrazione di una o più proteine virali, insieme ad un adiuvante, una sostanza che, se somministrata insieme all’antigene, riesce ad aumentare la risposta immunitaria. In questo caso le proteine vengono somministrate al paziente e non verranno prodotte dalle nostre cellule come invece abbiamo descritto nei due casi precedenti. Questo perché il processo di trasformazione da RNA a proteina viene eseguito in laboratorio, e inoculando il vaccino a proteine ricombinanti, inoculiamo appunto la proteina di cui il nostro corpo deve impegnarsi (solo) a fare l'identikit. Tra le tre tipologie di vaccino questa è la più lunga e complessa da sviluppare, ma è anche quella più consolidata e impiegata da molti anni. È una categoria di vaccini somministrata a milioni di persone nel tempo, che quindi ci porta a conoscere l'efficacia e gli effetti avversi che potrebbe causare sul lungo periodo.

Veniamo quindi alle nostre cinque domande.

1. Per quanto tempo il vaccino ci protegge dall’infezione da SARS-CoV-2?

Come per ogni medicinale, gli effetti a lungo termine non si possono conoscere, se non, appunto, dopo un lungo periodo; per questo motivo, ogni volta che un medicinale viene immesso in commercio (farmaco o vaccino), questo viene monitorato in quella che prende il nome di fase 4, o di sorveglianza post marketing, dove si raccolgono dati ulteriori su eventuali eventi avversi.

Quello che sappiamo ora dai trial è che, ad esempio, il vaccino di Moderna, che è quello di cui abbiamo più informazioni sulla durata della risposta immunitaria, e risulta efficace per almeno 3 mesi dalla somministrazione della seconda dose; saranno necessari studi epidemiologici per valutare oltre tale periodo.

2. Quante dosi servono per essere immunizzati?

Sempre tenendo conto che non sappiamo per quanto dura l'immunizzazione, per la maggior parte dei vaccini in studio in questo momento le dosi necessarie sono due. Per quanto riguarda i vaccini autorizzati dall’EMA fino ad adesso, ovvero Pfizer- BioNTech e Moderna, sono necessarie due dosi a distanza rispettivamente di 21 giorni e 28 giorni. Anche per quanto riguarda il vaccino di Astrazeneca- Oxford, che verrà approvato a breve in Europa, e che è già stato approvato in alcuni paesi quali la Gran Bretagna, l’Argentina e l’India, la somministrazione avverrà in due tempi a distanza di 28 giorni.

3. È vero che i vaccini ad mRNA possono modificare il DNA?

Assolutamente no. L'RNA non entra nel nucleo della cellula, che è il luogo in cui è contenuto il genoma, ovvero il patrimonio genetico di ciascuno di noi.

4. I vaccini contro COVID-19 possono provocare delle reazioni avverse? Nel caso di comparsa, a chi bisogna rivolgersi?

Come avviene in tutti i vaccini, anche il vaccino contro il SARS-CoV-2 ha degli effetti avversi. Gli effetti più comuni riscontrati dopo i vaccini di Pfizer- BioNTech, Moderna e Astazeneca-Oxford sono: indolenzimento nel sito dell’iniezione, febbre, mal di testa e stanchezza. Raramente si sono riscontrate delle reazioni allergiche dopo la somministrazione del vaccino, soprattutto in soggetti che già manifestano una storia di allergia per altri allergeni. Per questo, se vengono indicate allergie pregresse, se viene ritenuto opportuno dal medico, il vaccino potrà non venire somministrato. In caso di effetti collaterali è necessario segnalarli, rivolgendosi al proprio medico di famiglia, al Centro Vaccinale, al farmacista di fiducia, oppure alla ASL di appartenenza. La segnalazione può essere effettuata anche direttamente compilando il modulo che si trova sul sito dell’AIFA e seguendo le istruzioni descritte per inviarlo.

5. Dopo aver ricevuto il vaccino potremo tornare alla vita di prima?

Non è ancora noto se il vaccino impedisca la circolazione e la trasmissione del virus SARS-CoV-2, oppure semplicemente blocchi le forme più gravi della malattia, rendendoci asintomatici, ma comunque contagiosi. Fino a quando la maggior parte della popolazione non sarà vaccinata e immune, e finché non avremo più informazioni a riguardo, dobbiamo mantenere le precauzioni a cui ci siamo abituati, quali indossare la mascherina, mantenere la distanza fisica tra le persone, lavarsi spesso le mani, e tenere sempre un occhio di riguardo verso le fasce di popolazione più deboli.

Charlotte Eman

[Questi sono solo alcuni dei dubbi insorti negli ultimi mesi; le risposte a queste, e altre domande, sono facilmente reperibili sul sito del Ministero della Salute, dell’Istituto Superiore di Sanità (ISS) e dell’Agenzia Italiana del Farmaco (AIFA)]