Abstract
I sarcomi ossei rappresentano un gruppo eterogeneo di tumori rari che costituiscono circa l'1% di tutte le neoplasie diagnosticate annualmente. Nonostante i progressi nella terapia oncologica e l’aumento dei tassi di sopravvivenza globale, la gestione delle metastasi a distanza resta una delle principali sfide cliniche, contribuendo in modo significativo all’insuccesso terapeutico. Le attuali opzioni terapeutiche presentano numerosi limiti, tra cui resistenza ai farmaci, recidive tumorali, effetti collaterali sistemici e la formazione di ampi difetti ossei post-trattamento, che ne riducono l'efficacia clinica. Il presente progetto propone lo sviluppo di un sistema terapeutico innovativo basato sull’integrazione di nanotecnologie e phage-display. L’obiettivo principale è la creazione di un biosistema denominato Phage-RT, costituito da batteriofagi M13 ingegnerizzati per esporre peptidi ad alta affinità per cellule tumorali ossee (tramite modifiche sulla proteina capside pVIII) e funzionalizzati con nanoparticelle inorganiche ad azione radiosensibilizzante. Questo approccio punta a migliorare la precisione del targeting cellulare e ad aumentare l'efficacia della radioterapia, riducendone al contempo gli effetti collaterali sistemici. Gli obiettivi specifici del progetto sono: • OBJ.1: Selezione di fagi M13 che esprimano sulla proteina del capside pVIII peptidi specifici per il riconoscimento selettivo delle cellule di osteosarcoma; • OBJ.2: Sviluppo del sistema Phage-RT, costituito da fagi M13 esprimenti i peptidi selezionati e chimicamente coniugati con nanosensibilizzatori; • OBJ.3: Validazione dell’efficacia terapeutica target-specifica e radiosensibilizzante del Phage-RT mediante test in vitro. Riteniamo che i risultati attesi da questo progetto possano aprire nuove prospettive per il trattamento selettivo dei tumori maligni dell’osso, offrendo un’alternativa terapeutica più mirata, efficace e con minori effetti collaterali rispetto alle terapie convenzionali.
Risultati raggiunti
L’osteosarcoma è un tumore maligno dell’osso che richiede trattamenti complessi e spesso aggressivi. Una delle sfide principali è riuscire a colpire le cellule tumorali limitando, per quanto possibile, il danno ai tessuti sani. Il progetto ha affrontato questo problema sviluppando una strategia sperimentale basata su nanotecnologie e biologia molecolare, con l’obiettivo di rendere più selettivo il riconoscimento delle cellule tumorali ossee e di aumentare l’efficacia della radioterapia. Il punto di partenza è stato l’utilizzo di fagi M13, virus che infettano batteri e che possono essere modificati in laboratorio per esporre sulla loro superficie piccole sequenze proteiche, chiamate peptidi. Questi peptidi possono funzionare come “etichette di riconoscimento”: l’obiettivo è individuare quelli capaci di legarsi preferenzialmente alle cellule di osteosarcoma rispetto alle cellule ossee sane. Attraverso tecniche di selezione progressiva, sono stati isolati diversi cloni fagici in grado di riconoscere cellule tumorali di osteosarcoma. Una seconda fase di selezione, condotta sottraendo i cloni che si legavano anche agli osteoblasti sani, ha permesso di migliorare la capacità di discriminazione tra cellule sane e cellule tumorali. Parallelamente, il progetto ha sviluppato materiali nanometrici con potenziale effetto radiosensibilizzante, cioè capaci di rendere le cellule più sensibili all’azione delle radiazioni. Sono stati prodotti e caratterizzati punti quantici di grafene, con diverse funzionalizzazioni chimiche, e nanoparticelle d’argento. Questi materiali sono stati studiati mediante analisi spettroscopiche per verificarne le proprietà fisico-chimiche, ottiche e di interazione con i fagi. In particolare, i complessi tra fagi e nanoparticelle d’argento hanno mostrato segnali compatibili con una reale interazione tra le due componenti, elemento necessario per costruire un sistema integrato di riconoscimento e radiosensibilizzazione. Una parte rilevante del lavoro ha riguardato la sicurezza biologica preliminare dei materiali sviluppati. I test in vitro su cellule ossee sane e cellule di osteosarcoma hanno mostrato che i punti di grafene funzionalizzati con gruppi carbossilici sono risultati generalmente ben tollerati, pur con una lieve riduzione della vitalità alle concentrazioni più alte. I punti di grafene funzionalizzati con gruppi amminici hanno invece mostrato una maggiore citotossicità dose-dipendente, soprattutto alle concentrazioni elevate. Le nanoparticelle d’argento, nelle condizioni sperimentali testate, non hanno determinato marcati effetti tossici sulle cellule. Il progetto ha inoltre sviluppato modelli cellulari tridimensionali, più simili ai tessuti reali rispetto alle colture cellulari tradizionali su superficie piana. Sono stati ottenuti sferoidi sia da osteoblasti sani sia da cellule di osteosarcoma. Questi modelli hanno mantenuto una buona vitalità nel tempo, superiore all’80% fino a quattro settimane, e sono stati confermati anche da analisi fluorescenti di tipo Live/Dead. Ciò indica che gli sferoidi rappresentano una piattaforma sperimentale stabile e riproducibile per studiare in futuro l’efficacia di sistemi terapeutici avanzati in un contesto più vicino alla realtà biologica del tumore. Nel complesso, il progetto ha prodotto una piattaforma preliminare che combina tre elementi: riconoscimento selettivo delle cellule tumorali tramite fagi modificati, impiego di nanomateriali radiosensibilizzanti e validazione su modelli cellulari bidimensionali e tridimensionali. I risultati sono promettenti, ma restano preclinici: non si tratta ancora di una terapia applicabile ai pazienti. Saranno necessari ulteriori studi per confermare selettività, sicurezza, efficacia radioterapica e riproducibilità del sistema. Il lavoro ha comunque posto basi solide per lo sviluppo di strategie più mirate contro i tumori ossei, con possibili ricadute future nella medicina di precisione oncologica.Dettagli del progetto
Responsabile scientifico: Francesco Traina
Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie
Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 204.464,00
Contributo totale Unibo: Euro (EUR) 106.321,00
Durata del progetto in mesi: 24
Data di inizio
12/10/2023
Data di fine:
31/12/2025
