Abstract
L'apnea ostruttiva notturna (OSA) è caratterizzata dall'ostruzione completa o parziale delle vie aeree, con conseguente aumento dello sforzo respiratorio e una inadeguata ventilazione. Questa condizione è ampiamente diffusa (6-17% nella popolazione generale e quasi il 100% nei pazienti adulti con sindrome di Down, SD) ed associata a frequenti risvegli, frammentazione del sonno, ipertensione arteriosa, aumento del rischio di morbilità e mortalità. L'OSA è considerata ancora più pericolosa quando si verifica durante il sonno REM, stato caratterizzato dalla perdita del tono di molti muscoli, tra cui quelli linguali, facilitando così il collasso delle vie aeree superiori. Le terapie disponibili oggi per l'OSA sono limitate e, spesso, mal sopportate dai pazienti. L'OSA, dunque, resta un problema ampiamente diffuso con un impatto significativo anche dal punto di vista sociale ed economico. I topi sono la specie di elezione per studiare funzioni integrative come la respirazione durante il sonno e, dati recenti evidenziano che l'OSA durante il sonno REM è significativamente aumentata nel modello murino Ts65Dn (non obeso) di Sindrome di Down. Tale modello, quindi, rappresenta un prezioso aiuto nello sviluppare approcci terapeutici per l'OSA. L'obiettivo generale del progetto CORSA (Chemogenetic and Optogenetic Rescue of Sleep Apnea) è quello di fornire una proof-of-concept preclinica per nuove strategie terapeutiche nel trattamento dell'OSA. A tal fine, applicheremo le più recenti e avanzate tecniche genetiche (optogenetiche e chemogenetiche) per modulare a distanza l'attività dei nuclei ipoglossi e, attraverso ciò, contrarre i muscoli linguali nel tentativo di prevenire l'ostruzione delle vie aeree superiori durante il sonno nei topi Ts65Dn, un modello murino di Sindrome di Down con OSA. Il progetto CORSA si basa su 2 unità: UNIBO eseguirà studi in vivo, ingegnerizzando prima i topi con tecnologia chemo- o optogenetica, e registrando poi il fenotipo ipnico e respiratorio durante la stimolazione dei nuclei ipoglossi; UNIFI eseguirà invece studi elettrofisiologici preliminari in vitro per caratterizzare e convalidare la stimolazione chemo- ed optogenetica dei nuclei ipoglossi e, successivamente, sarà responsabile delle analisi di conferma istologica post-mortem. Sia per gli esperimenti di chemo che di quelli di optogenetica, in condizioni basali non ci aspettiamo alcun impatto sulle variabili respiratorie mentre, a seguito della specifica stimolazione, ci aspettiamo una significativa riduzione delle OSA.
Risultati raggiunti
Il progetto CORSA (Chemogenetic and Optogenetic Rescue of Sleep Apnea) rappresenta una ricerca preclinica d'avanguardia finanziata nell'ambito del PNRR, nata per sviluppare nuovi approcci terapeutici per la sindrome delle apnee ostruttive del sonno. Questo disturbo respiratorio, causa il rilassamento eccessivo dei muscoli della lingua durante il riposo, ostruendo fisicamente il passaggio dell'aria. Le conseguenze sono continui microrisvegli, cali di ossigeno nel sangue e un sonno fortemente frammentato che compromette la salute e la qualità della vita quotidiana. La sindrome delle apnee ostruttive del sonno è il disturbo respiratorio notturno più diffuso e colpisce particolarmente soggetti anziani o in sovrappeso. Essa, inoltre, è una condizione caratteristica dei soggetti con sindrome di Down rilevabile in circa il 100% dei soggetti. Oggi le opzioni terapeutiche per contrastare questo disturbo mostrano forti limiti strutturali. La soluzione standard è rappresentata dalla CPAP, una macchina che soffia aria a pressione positiva continua attraverso una maschera facciale da indossare per tutta la notte. Questo dispositivo, per quanto efficace sul piano meccanico, risulta spesso intollerabile nel lungo periodo, provocando irritazioni, senso di claustrofobia e frequenti interruzioni della terapia, specialmente nei pazienti con fragilità cognitive o peculiarità anatomiche. Anche le alternative chirurgiche o l'uso di bite dentali notturni offrono risultati parziali, oltre ad essere invasivi o non agire sulla reale causa neurologica del problema, ovvero la perdita di tono muscolare durante il sonno. Per superare questi limiti e offrire una reale svolta medica è nato il progetto di ricerca preclinica CORSA che, unendo le competenze complementari di 2 gruppi di ricerca appartenenti alle Università di Bologna e di Firenze, ha avuto come obiettivo quello di dimostrare la possibilità di prevenire il collasso delle vie aeree stimolando a distanza, in modo mirato e sicuro, i neuroni del cervello che controllano i movimenti della lingua durante il sonno. Per farlo, gli scienziati hanno sperimentato due strade tecnologiche di ultimissima generazione su modelli animali che riproducono le caratteristiche biologiche della Sindrome di Down. In particolare, il team bolognese ha guidato i test biologici monitorando il sonno e il respiro dei modelli animali, mentre il gruppo fiorentino si è occupato della validazione cellulare delle strategie proposte. La prima strategia, definita chemogenetica, ha utilizzato speciali interruttori molecolari inseriti nei neuroni che controllano l’attività linguale, progettati per attivarsi esclusivamente in presenza di una specifica molecola che veniva somministrata agli animali solamente prima della fase di studio. I risultati di questa ricerca sono stati molto promettenti, mostrando che l'attivazione chemogenetica incrementa la tonicità dei muscoli della lingua e riduce di circa il 40% gli episodi di apnea ostruttiva durante la fase di sonno. È interessante notare che, tutti gli altri parametri monitorati (struttura del sonno, del respiro e metabolismo) non hanno mostrato alterazioni a seguito dell’approccio sperimentale confermando quindi la sicurezza della tecnica proposta. La seconda via esplorata è stata quella dell'optogenetica, una tecnologia che permette di rendere i neuroni sensibili agli impulsi luminosi. Attraverso un sofisticato sistema genetico che garantisce una precisione millimetrica ed evita l'attivazione di cellule fuori bersaglio, i ricercatori sono riusciti a stimolare, solo quando strettamente necessario, la contrazione della lingua illuminando l'area interessata con una luce laser blu. I dati raccolti confermano pienamente l'ipotesi di partenza, dimostrando che la fotostimolazione temporale è uno strumento efficace e immediato per contrastare i blocchi respiratori notturni. Nel complesso, la ricerca dimostra che la modulazione genetica del tono muscolare è una strategia percorribile per prevenire la comparsa delle apnee ostruttive del sonno. In particolare, l’approccio chemogenetico, basandosi esclusivamente su di una singola iniezione intralinguale e sulla somministrazione di una specifica molecola prima dell’addormentamento, risulta essere una strategia minimamente invasiva e con ottime possibilità traslazionali nella pratica clinica. D’altra parte, l’approccio optogenetico, seppur maggiormente invasivo e non direttamente traslabile all’Uomo, ha confermato che una stimolazione temporalmente limitata alle reali necessità dell’individuo possa essere una soluzione terapeutica ancora più efficace e su cui concentrare le future ricerche.Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Stefano Bastianini
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 203.181,00
Contributo totale Unibo: Euro (EUR) 111.000,00
Durata del progetto in mesi: 24
Data di inizio
18/10/2023
Data di fine:
28/02/2026
