Abstract
I batteriofagi, o più semplicemente fagi, sono virus molto diffusi che colpiscono i batteri, ma sono innocui per le piante, gli animali e gli esseri umani. Per questa caratteristica, e per la loro particolare struttura, si prestano a essere modificati geneticamente e a essere così trasformati in vettori in grado di trasportare farmaci in modo mirato all’interno di un organismo. In PhageTarget i fagi verranno utilizzati come piattaforma nanotecnologica per l'ablazione selettiva di cellule batteriche tramite foto/sonoterapia. Per ingegnerizzare i batteriofagi verrà utilizzato un approccio nanoarchitettonico ortogonale (genetico/chimico). Il vettore virale sarà indirizzato geneticamente nei confronti delle specie batteriche desiderate facendo esprimere in punta al fago biomolecole predatrici. I fagi ingegnerizzati verranno poi funzionalizzati chimicamente, coniugando centinaia di sensibilizzatori sulla superficie del capside. Paragonato alle convenzionali terapie antimicrobiche, l’approccio adottato in PhageTarget presenta numerosi vantaggi: i) eliminazione dei microrganismi resistenti agli antibiotici; ii) modalità terapeutica che non porti alla selezione di ceppi resistenti; iii) elevata selettività spaziale; iv) immediata azione antibatterica; v) utilizzo di sorgenti di irradiazione penetranti che consentono il trattamento di infezioni profonde; vi) eradicazione selettiva di determinate specie batteriche, anche all’interno di microbiomi complessi; vii) capacità di penetrare i biofilm.
Risultati raggiunti
Il progetto PhageTarget ha raggiunto con successo gli obiettivi prefissati, sviluppando una piattaforma innovativa basata su batteriofagi M13 bioingegnerizzati per la terapia fotodinamica antimicrobica mirata (targeted antimicrobial photodynamic therapy, aPDT). La piattaforma integra strategie di ingegneria genetica e funzionalizzazione chimica, consentendo il riconoscimento selettivo di specifici patogeni batterici e il rilascio localizzato di specie reattive dell'ossigeno (ROS) in seguito a irradiazione luminosa. Nel corso del progetto sono stati progettati e validati diversi batteriofagi ricombinanti diretti contro batteri Gram-negativi di rilevanza clinica, tra cui Acinetobacter baumannii e Pseudomonas aeruginosa. È stata inoltre sviluppata una procedura efficiente di coniugazione dei fotosensibilizzatori ai batteriofagi, ottenendo bioconiugati capaci di mantenere l'elevata specificità di riconoscimento e di generare efficacemente ROS attraverso meccanismi fotodinamici di tipo I e II. I risultati sperimentali hanno dimostrato che i bioconiugati sviluppati esercitano un'attività antimicrobica altamente selettiva nei confronti dei batteri bersaglio, riducendone significativamente la vitalità dopo esposizione alla luce, senza effetti apprezzabili su specie non bersaglio. L'efficacia della piattaforma è stata confermata sia in colture batteriche in vitro sia in un modello tridimensionale di cute umana infettata, nel quale è stata osservata una significativa riduzione della carica batterica e del biofilm, in assenza di danni istologici ai tessuti ospiti. Un ulteriore risultato di rilievo è stato lo sviluppo e la validazione del modello in vivo basato su Hydra vulgaris, utilizzato per valutare contemporaneamente biodistribuzione, biocompatibilità, sicurezza ed efficacia terapeutica della piattaforma. Gli studi hanno evidenziato un'elevata tollerabilità dei batteriofagi bioingegnerizzati, un'efficace distribuzione nei tessuti e una significativa riduzione del microbiota bersaglio dopo trattamento fotodinamico, accompagnata da una limitata risposta di stress dell'organismo ospite e dal mantenimento dell'integrità tissutale. Il progetto ha inoltre prodotto importanti risultati in termini di disseminazione scientifica, con tre pubblicazioni su riviste internazionali ad alto impatto, numerose presentazioni a congressi internazionali e un ulteriore manoscritto in fase di preparazione. Le attività sono state condotte nel rispetto dei principi DNSH, Open Access e Responsible Research and Innovation, promuovendo anche l'impiego di modelli sperimentali alternativi alla sperimentazione animale. Nel complesso, PhageTarget ha fornito una solida prova di concetto per una nuova generazione di terapie antimicrobiche di precisione, basate su nanovettori biologici programmabili, aprendo nuove prospettive per lo sviluppo di strategie innovative contro l'antimicrobico-resistenza e per la futura traslazione preclinica e clinica della tecnologia.Project details
Unibo Team Leader: Matteo Calvaresi
Unibo involved Department/s:
Dipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician"
Coordinator:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Total Eu Contribution: Euro (EUR) 203.626,00
Total Unibo Contribution: Euro (EUR) 111.373,00
Project Duration in months: 24
Start Date:
16/10/2023
End Date:
28/02/2026
