Abstract
Il Disturbo da carenza di CDKL5 (CDD) è una malattia neuropsichiatrica X-linked causata da mutazioni nel gene CDKL5, che porta alla totale assenza o carenza di questa proteina. Il risultato è un fenotipo grave, caratterizzato da disabilità intellettiva, disturbi sensomotori, compromissione visiva ed epilessia ad esordio precoce. Nonostante le recenti evidenze suggeriscano un potenziale per la reversibilità del disturbo nei modelli murini attraverso il ripristino del gene Cdkl5, ad oggi non esiste una cura definitiva o un trattamento realmente efficace per il CDD. Studi recenti hanno dimostrato che le cellule staminali ematopoietiche (HSC) sono in grado di generare una progenie simile alla microglia nel cervello di topi sottoposti a mieloablazione, fungendo da veicolo per il trasporto di molecole terapeutiche oltre la barriera emato-encefalica (BBB). Questo approccio evidenzia il notevole potenziale terapeutico delle HSC come sistema di somministrazione di trattamenti per disturbi cerebrali. Tuttavia, la strategia si basa sul meccanismo di cross-correction, che sfrutta la capacità di una proteina terapeutica secreta, rilasciata dalle HSC, di essere internalizzata dalle cellule cerebrali danneggiate. In precedenti ricerche, abbiamo fornito la prima evidenza che il meccanismo di cross-correction è applicabile al CDD attraverso l’utilizzo delle uniche proprietà del gene IgK-TATk-CDKL5. Questo gene, grazie alla sequenza leader Igk, consente la secrezione della proteina TATk-CDKL5 attraverso le vie secernenti costitutive. Inoltre, grazie alle proprietà di trasduzione del peptide TATk, la proteina secreta può essere facilmente internalizzata dalle cellule vicine, suggerendo un notevole potenziale terapeutico. Il principale obiettivo di questo progetto è combinare i vantaggi della strategia di cross-correction con l'approccio basato sulle HSC per il trattamento del CDD. In particolare, puntiamo a identificare il protocollo di trapianto più sicuro ed efficace per ottenere una ripopolazione microgliale ottimale nel cervello di un modello murino di CDD, garantendo una distribuzione ampia della proteina terapeutica nelle regioni cerebrali maggiormente compromesse, come l'ippocampo e la corteccia. Verrà condotto uno studio preclinico di prova di concetto per valutare l'efficacia della terapia genica con HSC nel modello murino di CDD, utilizzando il gene IgK-TATk-CDKL5. Inoltre, il progetto si propone di esplorare nuovi biomarcatori clinicamente traslabili per la patologia da carenza di CDKL5, che possano essere misurati nel liquido cerebrospinale (CSF) o nel sangue periferico. Tali biomarcatori saranno identificati studiando il contenuto molecolare degli esosomi (EVs) derivati dal cervello, isolati dal CSF e dal sangue, e analizzando i cambiamenti che avvengono prima e dopo il trattamento. Questo approccio consentirà lo sviluppo di metodi oggettivi per monitorare l'efficacia terapeutica, ponendo le basi per una valutazione clinica precisa e riproducibile.
Risultati raggiunti
La sindrome da deficit di CDKL5 (CDKL5 Deficiency Disorder, CDD) è una rara e grave malattia genetica che colpisce il sistema nervoso fin dai primi mesi di vita. I bambini affetti presentano generalmente crisi epilettiche precoci e difficili da controllare, gravi difficoltà cognitive e motorie e una significativa compromissione della qualità di vita. Nonostante i progressi della ricerca, le terapie oggi disponibili sono principalmente rivolte al controllo dei sintomi e non sono in grado di correggere la causa della malattia. In questo contesto, il progetto ha avuto l'obiettivo di sviluppare nuove strategie terapeutiche e nuovi strumenti di monitoraggio che possano contribuire, in futuro, a migliorare la cura delle persone affette da questa patologia. Il progetto ha sviluppato e validato un approccio innovativo di terapia genica basato sull'utilizzo di cellule staminali ematopoietiche, le cellule che danno origine a tutte le cellule del sangue. Queste cellule sono state modificate geneticamente in laboratorio affinché producessero una speciale versione della proteina CDKL5, progettata per essere rilasciata dalle cellule che la sintetizzano e successivamente assorbita dalle cellule nervose vicine. Una volta trapiantate, le cellule staminali generano nel cervello cellule simili alla microglia, le cellule immunitarie residenti del sistema nervoso centrale, che diventano una sorgente stabile della proteina terapeutica. Grazie a questo meccanismo di trasferimento da cellula a cellula, la proteina può raggiungere un numero molto più elevato di neuroni rispetto a quanto avviene con le strategie convenzionali, superando uno dei principali ostacoli nello sviluppo di terapie per le malattie neurologiche: la difficoltà di distribuire in modo efficace il trattamento nelle diverse aree del cervello. I risultati ottenuti hanno dimostrato che questa strategia è tecnicamente realizzabile e ben tollerata nei modelli sperimentali della malattia. Le cellule trapiantate sono riuscite a insediarsi nel cervello e a mantenere nel tempo la capacità di produrre la proteina CDKL5. Questo risultato rappresenta un passaggio fondamentale verso lo sviluppo di future terapie in grado di intervenire direttamente sui meccanismi biologici responsabili della malattia. Oltre ad aver dimostrato la fattibilità dell'approccio, il progetto ha fornito le prime evidenze della sua potenziale efficacia. Gli animali trattati hanno mostrato miglioramenti in alcune funzioni particolarmente rilevanti, tra cui i processi di apprendimento e memoria e alcuni comportamenti neurologici alterati associati alla sindrome. Le analisi effettuate sul cervello hanno inoltre evidenziato un recupero di alterazioni presenti nelle connessioni tra neuroni. In particolare, è stato osservato un miglioramento della maturazione delle strutture che consentono alle cellule nervose di comunicare tra loro, suggerendo che il trattamento sia in grado di agire non solo sui sintomi, ma anche su alcuni dei meccanismi alla base della patologia. Un altro importante risultato del progetto riguarda l'identificazione di possibili biomarcatori della malattia. Per monitorare l'evoluzione clinica dei pazienti e valutare l'efficacia delle future terapie è infatti fondamentale disporre di strumenti affidabili e poco invasivi. A questo scopo sono state studiate le vescicole extracellulari, minuscole particelle presenti nel sangue che trasportano informazioni biologiche provenienti dai diversi tessuti dell'organismo, compreso il cervello. L'analisi del loro contenuto ha permesso di identificare specifiche alterazioni di microRNA associate alla carenza di CDKL5. Questi risultati aprono la prospettiva di sviluppare in futuro semplici esami del sangue in grado di fornire informazioni sullo stato della malattia e sulla risposta ai trattamenti. Il progetto ha coinvolto le Università di Bologna, Pavia e Torino, integrando competenze complementari nei settori delle neuroscienze, della terapia genica, delle cellule staminali e della biologia molecolare. I risultati ottenuti rappresentano un importante avanzamento nella ricerca sulla sindrome da deficit di CDKL5, poiché forniscono nuove evidenze sulla possibilità di intervenire sulle cause della malattia e pongono le basi per ulteriori studi preclinici e futuri sviluppi clinici. Pur essendo ancora necessari ulteriori passaggi prima di un'applicazione nei pazienti, il progetto ha contribuito ad avvicinare la ricerca a nuove opportunità terapeutiche per le persone affette da questa rara e grave malattia neurologica e per le loro famiglie.Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Elisabetta Ciani
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 205.176,00
Contributo totale Unibo: Euro (EUR) 69.836,00
Durata del progetto in mesi: 24
Data di inizio
18/10/2023
Data di fine:
28/02/2026
