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Newsletter N°3, 2014 - Nuovi farmaci per il difetto di base della fibrosi cistica

Newsletter N°3, 2014 - Nuovi farmaci per il difetto di base della fibrosi cisticaNewsletter N°3, 2014 - Nuovi farmaci per il difetto di base della fibrosi cistica

Queste note riportano i contenuti essenziali del Meeting sui Nuovi Farmaci nella Fibrosi Cistica, che si è tenuto a Firenze presso l’Ospedale Pediatrico A. Meyer il 25 Ottobre 2014...

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La ricerca per la fibrosi cistica Stampa

Dopo la scoperta del gene della fibrosi cistica (gene CFTR) nel 1989, la ricerca per la fibrosi cistica ha avuto un nuovo impulso e nuovi importanti investimenti. Come mostra la figura sotto, la ricerca non si occupa di un solo farmaco o di un solo aspetto della malattia, ma si muove a 360 gradi, seguendo diverse linee di ricerca. La figura schematizza il filone principale della ricerca, quello rivolto a contrastare la malattia polmonare, ma come vedremo più avanti la ricerca segue anche altri filoni.

 


Didascalia
La figura mostra a sinistra la “cascata” di eventi che determina la cronicità della malattia polmonare. Il gene mutato produce una proteina CFTR difettosa o assente: ne deriva un trasporto anomalo di cloro e sodio attraverso la membrana delle cellule bronchiali. La conseguenza di ciò è uno scarso flusso di acqua verso l’esterno: il liquido intorno alle cilia bronchiali è scarso e perciò il muco non viene allontanato dai bronchi attraverso il movimento ciliare e si accumula nel loro lume. I batteri tendono a colonizzare i bronchi e sono responsabili di infezioni broncopolmonari: le cellule dell’infiammazione (i globuli bianchi) sono numerose nei bronchi ma non riescono ad eliminare completamente i batteri. Il danno ai bronchi deriva dal “circolo vizioso” tra infezione ed infiammazione, che rende persistenti questi due fattori.

Sulla destra sono indicate le linee di ricerca, che intervengono ai diversi livelli:

- La terapia genica ha l’obiettivo di portare nel DNA delle cellule respiratorie un gene CFTR normale, utilizzando diversi “vettori” o trasportatori.

- Il bersaglio della terapia può essere la proteina-canale CFTR: nuovi farmaci possono essere utilizzati per correggere o potenziare il funzionamento di questa proteina.

- Lo scambio di cloro e di sodio può essere modificato con farmaci che stimolano i canali del cloro, che sono alternativi alla proteina CFTR. Anche il canale del sodio può essere inibito con diversi farmaci.

- Gli antibiotici ed i farmaci anti-infiammatori sono una parte rilevante della terapia: alla ricerca è affidata l’identificazione di nuove e più specifiche molecole.

 

Consideriamo ora ciascun filone della ricerca. La terapia genica ha la finalità di riparare il gene mutato: ciò si ottiene portando nel nucleo della cellula un pezzo di DNA che contenga il gene CFTR normale. Servono dei “vettori” che siano in grado di  trasportare il gene normale nelle cellule bronchiali. I primi vettori utilizzati sono stati dei virus respiratori (adenovirus, virus adeno-associati, etc.), che hanno la caratteristica di penetrare con facilità nelle cellule e di arrivare al nucleo: i virus infatti producono le proteine di cui hanno bisogno, entrando come “parassiti” nelle cellule ed utilizzando il DNA delle cellule bersaglio. I virus, utilizzati come vettori, sono stati modificati per ridurre i loro strumenti di aggressione verso le cellule dell’organismo.

La ricerca negli animali e quella nei soggetti con fibrosi cistica ha dimostrato una scarsa penetrazione dei virus nelle cellule ma anche che i virus non erano del tutto innocui, provocando infezioni respiratorie; inoltre la loro somministrazione con apparecchi aerosol induceva la produzione di anticorpi specifici contro i virus stessi e ciò riduceva la loro efficacia nelle somministrazioni ripetute. Come vettori sono stati allora utilizzati i “liposomi”, particelle inerti di “grasso” che contengono il gene CFTR normale: non si sono osservati gli effetti collaterali prodotti dai virus ma l’efficienza dei liposomi è stata anche piuttosto scarsa, poiché in poche cellule si verificava la produzione di una proteina CFTR normale. Attualmente sono oggetto di studio delle “nanoparticelle”, particelle di piccolissimo diametro, costituite di polimeri di glicole propilenico o di acidi, che possono penetrare attraverso il muco bronchiale ed arrivare alle cellule epiteliali.

La terapia genica rappresenta un campo di ricerca molto attraente: venti anni di ricerca hanno dimostrato che il problema centrale rimane quello dei vettori ed ora la ricerca di laboratorio è concentrata sulla costruzione di vettori più efficienti rispetto ai precedenti.

La terapia genica si potrebbe applicare su un tipo particolare di cellule, le cellule staminali. Queste cellule sono pluripotenti, cioè possono differenziarsi in cellule specializzate di diverso tipo, come cellule muscolari, cellule polmonari, cellule cardiache, cellule nervose, etc. Le cellule staminali sono presenti nel midollo osseo, nell’embrione e nel cordone ombelicale. Degli esperimenti “in vitro” (su cellule in provetta) hanno dimostrato che è possibile trasferire alle cellule staminali del midollo osseo prelevate dal topo affetto da fibrosi cistica il gene CFTR normale: si ottengono così delle cellule staminali normali. Si può quindi indurre queste cellule a trasformarsi in cellule staminali polmonari, in modo che si spostino nei polmoni: si ottengono così cellule, che sono in grado di rifornire la parete bronchiale di cellule normali, cioè con una proteina CFTR normale. Al momento siamo in una fase molto precoce di questo
filone di ricerca, detto terapia cellulare, ma si tratta certamente di un filone molto affascinante, poiché se fosse possibile avere delle cellule staminali polmonari normali, le cellule bronchiali si potrebbero rigenerare in modo continuativo, senza la necessità di somministrazioni ripetute di vettori con il gene CFTR normale.

Un altro filone di ricerca è rappresentato dall’identificazione di farmaci che agiscono sulla proteina CFTR. Le diverse mutazioni del gene CFTR interferiscono in modo diverso con la sintesi e la funzione della proteina CFTR. La figura illustra le diverse categorie di mutazioni ed il loro effetto sulla proteina CFTR. Nella figura sono indicati i farmaci “correttori” e “potenziatori” della proteina CFTR, che sono attualmente oggetto di studio.

Le mutazioni di classe I sono caratterizzate da assenza di sintesi della proteina CFTR: il farmaco PTC124 è il farmaco candidato per ripristinare la sintesi a livello del nucleo cellulare. Sono  in corso studi nei soggetti affetti da fibrosi cistica per dimostrare la sua efficacia: ci si attende che una sintesi di proteina CFTR funzionante si traduca in benefici sulla funzione dei polmoni o l’infezione batterica broncopolmonare dei soggetti con fibrosi cistica. Le mutazioni di classe II sono caratterizzate da una sintesi della proteina ma da un suo assente assemblaggio: la proteina CFTR non arriva perciò sulla membrana cellulare, dove esplica la sua funzione di canale del cloro. Curcumina e VX809 sono potenziali farmaci “correttori”: essi dovrebbero assemblare correttamente la proteina CFTR. Sono in corso studi preliminari sugli effetti di questi farmaci. Più avanzata è la ricerca su un farmaco “potenziatore”, il VX770: questo farmaco dovrebbe potenziare la funzione della proteina CFTR per le mutazioni della III classe. Poiché nei soggetti affetti dalla malattia possono essere presenti due mutazioni diverse, si ipotizza di usare in futuro anche due o più farmaci diversi, che agiscano sui diversi meccanismi alterati dalle mutazioni.

Il terzo filone è rappresentato dall’identificazione di farmaci, che stimolino o blocchino i canali in modo da ripristinare nelle cellule bronchiali un flusso di acqua normale verso l’esterno e perciò un normale liquido periciliare. Ciò è indispensabile per un normale battito delle cilia, come è mostrato nella figura successiva.

Didascalia
La figura mostra le cellule che rivestono i bronchi, come si vedono al microscopio ottico. Le cellule più superficiali sono dotate di cilia, sulle quali è adagiato uno strato di muco. Il battito  ciliare ha lo scopo di rimuovere il muco e con esso i corpi estranei ed i batteri, che entrano nei polmoni con l’aria ed aderiscono al muco bronchiale stesso. Movimento ciliare e la conseguente rimozione del muco rappresentano perciò un meccanismo di difesa del polmone. Questo meccanismo non è efficiente nella fibrosi cistica: l’alterazione del canale del cloro e del sodio (la proteina CFTR funziona come un canale del cloro, ma influenza anche il canale del sodio) comporta una scarsa fuoriuscita di acqua dalle cellule e quindi un scarso liquido periciliare, che determina un movimento ciliare inefficace.

 

La figura successiva illustra la situazione nella fibrosi cistica ed i farmaci che si stanno studiando per ripristinare un normale battito ciliare e perciò una migliore rimozione del muco bronchiale.

 

Didascalia
Se il canale del cloro non funziona, è possibile stimolare canali alternativi del cloro; abbiamo a disposizione anche farmaci che inibiscono il canale del sodio, che dipende dalla proteina  CFTR. Uno dei primi farmaci inibitori il canale del sodio è stato l’amiloride, un diuretico: il suo effetto si è dimostrato molto breve ed i risultati clinici sono stati valutati come modesti. Attualmente sono in studio farmaci molto più potenti dell’amiloride (GS-9411 e P-680). Altri farmaci in studio sono il denufosol, che ha il duplice effetto di stimolare i canali del cloro alternativi alla proteina CFTR e di inibire il canale del sodio, e la Moli 1901, che stimola i canali del cloro calcio-dipendenti, alternativi alla proteina CFTR. La soluzione ipersalina ed il mannitolo non hanno un effetto diretto su questi canali. Questi farmaci però hanno un effetto osmotico, cioè richiamano acqua dall’interno delle cellule verso l’esterno. Per tale ragione possono contribuire ad idratare il muco e ad aumentare l’acqua intorno alle cilia, facilitandone il movimento e facilitando la rimozione del muco bronchiale. La soluzione ipersalina è stata dimostrata efficace e sicura e pertanto è attualmente utilizzata nei soggetti con fibrosi cistica. Tutti gli altri farmaci sono oggetto di studio in diverse fasi di avanzamento verso la commercializzazione.

 

Diversi antibiotici sono oggetto di studio: alcuni tradizionali da impiegare per via inalatoria (ad es. aztreonam, amikacina, fosfomicina), altri più moderni, concepiti come farmaci che interagiscono con alcune funzione dei batteri. I primi, ad uno stadio più avanzato nel processo di ricerca, sono oggetto di studi clinici, studi cioè che includono soggetti affetti dalla malattia per valutare l’efficacia e la sicurezza dei farmaci impiegati; i secondi sono ancora in fase pre-clinica, cioè sono oggetto di studi su cellule o animali, per dimostrare il meccanismo d’azione. E’ anche oggetto di studio clinico la terapia antibiotica più efficace, da somministrare per bocca o per aerosol o combinata, per uccidere ed eliminare il battere Pseudomonas aeruginosa dai polmoni, quando è in una fase ancora aggredibile ed eradicabile. L’infiammazione è un meccanismo di difesa: i globuli bianchi servono a produrre anticorpi contro i batteri ed alcuni di essi sono deputati ad eliminarli direttamente, inglobandoli al loro interno per distruggerli. L’infezione però diventa persistente e così pure l’infiammazione: si instaura un circolo vizioso in cui infezione ed infiammazione si potenziano a vicenda. Abbiamo a disposizione alcuni farmaci in grado di ridurre l’infiammazione, ma questi non agiscono specificamente sui meccanismi caratteristici  della fibrosi cistica. E’ perciò attivo un filone di ricerca, che ha come obiettivo quello di identificare farmaci anti-infiammatori: questi possono limitare anche l’infezione e soprattutto il danno ai bronchi, che deriva dall’infiammazione persistente.

La ricerca segue inoltre altri filoni: si stanno studiando ad esempio formulazioni di enzimi pancreatici più efficaci nel normalizzare la digestione del cibo. Così pure si stanno cercando farmaci più efficaci sulla malattia del fegato. Non bisogna inoltre dimenticare la ricerca genetica: essa è mirata ad identificare ancora nuove mutazioni, il meccanismo d’azione delle mutazioni ed i geni “modificatori”, quei geni cioè che interferiscono con il gene CFTR, determinando una malattia ad andamento diverso anche in due fratelli o gemelli, che hanno le stesse mutazioni. La ricerca genetica è inoltre rivolta a valutare la fattibilità e l’efficacia della ricerca del portatore sano nella popolazione sana: quando deve essere proposta, come deve essere effettuata e quali risultati produce sono alcuni dei quesiti ai quali questo filone della ricerca deve rispondere.

Queste note non sono certamente esaurienti, ma hanno lo scopo di dare l’idea di come i ricercatori si stanno muovendo: in tutti i paesi si stanno svolgendo ricerche per comprendere i meccanismi della malattia e soprattutto per identificare i farmaci che agiscono su questi meccanismi ed i farmaci più efficaci sui sintomi della malattia. Per concludere, l’ultima figura ha lo scopo di spiegare il lungo percorso che ogni farmaco deve fare prima di essere commercializzato e come molti potenziali farmaci si fermano lungo il percorso, perché si rendono evidenti difetti nell’efficacia o l’assenza di sicurezza.

Didascalia
La ricerca è caratterizzata da diverse fasi, dalla ricerca di base a quella pre-clinica, fino alla ricerca clinica: sono indicate le caratteristiche di queste fasi. La ricerca clinica è la fase finale,  decisiva, poiché effettuata nei soggetti ammalati: per dimostrare che un farmaco è efficace sui sintomi della malattia ed esente da effetti collaterali rilevanti, lo si confronta con una sostanza inerte, il cosiddetto “placebo”. Un gruppo di soggetti assume il farmaco in studio ed un’altro gruppo con lo stesso numero di soggetti assume invece il “placebo”: si confrontano così nei due gruppi i risultati ottenuti sui sintomi e gli effetti collaterali. Pazienti, medici ed altri operatori coinvolti nella ricerca sono “ciechi”, cioè non sanno quali soggetti assumono il farmaco e quali invece il “placebo”: in questo modo la valutazione dell’efficacia e della sicurezza è più obiettiva.

La figura mostra il lungo percorso che deve fare un nuovo farmaco per arrivare ad essere distribuito nelle famacie. A partire da circa 10.000 molecole valutate negli studi “in vitro”, solo  6 di queste passano il “filtro” della ricerca pre-clinica, effettuata su animali, e di queste solo 1 farmaco arriva ad essere approvato dagli organismi regolatori ed arriva ad essere a disposizione dei pazienti. Questo percorso dura 6-10 anni ed ha un costo, che è stato stimato in 500-700 milioni di dollari.

 

Occorre perciò essere anche consapevoli delle difficoltà che si possono incontrare nel lungo cammino che un farmaco deve affrontare prima di essere a disposizione per i soggetti affetti da una malattia. La ricerca ha infatti lo scopo di trovare prove della efficacia e della sicurezza di un farmaco: occorre perciò dubitare di un farmaco che viene presentato come utile ed efficace, ma che non è stato sottoposto al severo vaglio della ricerca.

Il panorama presentato in queste note ci sembra incoraggiante: oggi è ragionevole la speranza che la ricerca identifichi nei prossimi anni farmaci più incisivi sulla malattia.

 

 

Testo a cura di:
Centro Regionale Toscano di Riferimento per la Fibrosi Cistica
Azienda Ospedaliero-Universitaria A. Meyer, Firenze

Ultima revisione:
Gennaio 2010

 

 

 

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