ThalLab: passato, presente e futuro

(release 1, August 11, 2009)

Roberto Gambari
Professore Ordinario di Biochimica (BIO/10)
Facoltà di Farmacia, Università di Ferrara,
Direttore, ThalLab 

Lo scopo di questo articolo di fondo è fare il punto sui risultati conseguiti dal ThalLab nel corso di questi anni, durante i quali molte ricerche sono state completate e oggetto di pubblicazioni nelle più importanti riviste internazionali (Blood, J Biol Chem, J Med Chem, Eur J Haematol, Am J Hematol, Apoptosis), molti risultati concreti raggiunti e numerosi nuovi scenari (alcuni inaspettati) identificati, alcuni dei quali da perseguire con determinazione nel futuro.

Il ThalLab è attualmente costituito da un gruppo di oltre 12 ricercatori (principalmente studenti iscritti al Dottorato di Ricerca, assegnisti, titolari di borse di studio e contratti di ricerca). I principali collaboratori esterni del Laboratorio sono il Prof. Stefano Rivella (Cornell University, New York) e il Prof. Eitan Fibach (Hadassah Hospital, Jerusalem, Israel). La ricerca, come avrò modo di dettagliare, è finanziata da Telethon, dalla Fondazione Cassa di Risparmio di Padova e Rovigo e dall’Associazione Veneta per la Lotta alla Talassemia, AVLT.

IL ThalLab E I GIOVANI RICERCATORI

Desidero innanzitutto ricordare l’apporto dei nostri giovani ricercatori (assegnisti, borsisti, dottorandi), determinante per raggiungere gli obiettivi del ThalLab. Ricordiamo i ricercatori che a vario titolo si sono succeduti e/o fanno tuttora parte del ThalLab (*): Dott. Giulia Breveglieri (*, borsista ER-GenTech), Dott. Francesca Salvatori (*, assegnista di ricerca), Dott. Monica Borgatti (*, borsista FIRB), Dott. Laura Breda, Dott. Sara Gardenghi, Dott. Alessia Finotti (*, contratto di ricerca FIRB), Dott. Irene Mancini (*, dottoranda di ricerca), Dott. Ilaria Lampronti (*, AVLT, contratto Ferrara Ricerche), Dott. Elisabetta Lambertini (*, borsista), Dott. Letizia Penolazzi (*, Tecnico, UniFE), Dott. Enrica Fabbri (*, assegnista di ricerca), Dott. Laura Piccagli (*, AVLT, assegnista di ricerca), Dott. Eleonora Brognara (*, dottoranda di ricerca), Dott. Cristina Zuccato (*, assegnista di ricerca), Dott. Chiara Multineddu (*, borsista Regione Sardegna), Dott. Mahmud Tareq Hassan Khan, Dott. Antoine Saab, Dott. Teresa Gagliano, Dott. Marina Tommasetti, Dott. Cristina Rutigliano, Dott. Cristiano Chiarabelli.

In questi anni il ThalLab ha contribuito alla preparazione scientifica di numerosi giovani che attualmente sono un bene prezioso e una risorsa dal valore assai elevato. Purtroppo, le restrizioni note a tutti dei finanziamenti, la difficoltà a prevedere per tutti un percorso di stabilizzazione, l’impossibilità di programmare percorsi certi a lunga scadenza ci deve fare meditare. Sarebbe un vero peccato se dovessimo rinunciare nel futuro a questo apporto entusiastico e altamente qualificato. Quella del mantenimento di un numero adeguato di ricercatori di elevata preparazione e grande motivazione è una tra le più importanti priorità del ThalLab.

TRASFERIMENTO TECNOLOGICO: I BREVETTI.

Abbiamo i seguenti brevetti da valorizzare, tutti incentrati sull'induzione di emoglobina fetale quale metodo terapeutico per la cura della talassemia: (a) Brevetto n. TO2001A000922, 27-09-2001: "Derivati 3-Deossi-3-ammidici e 3-Deossi-3-chetonici di carboidrati come induttori del differenziamento cellulare eritroide"; (b) Brevetto PCT/EP01/02804, 13 marzo 2001: "Synthetic oligonucleotides as inducers of erythroid differentiation", (c) Brevetto n. T02001A000633, 2 luglio 2001: "Novel use of heterocycle and bezoheterocycle polyammides structurally correlated to the natural antibiotic distamycin A"; (d) Brevetto PCT/IB02/02628, 1 luglio 2002: "Use of heterocyclic and benzoheterocyclic polyamidines structurally related to the natural antibiotic distamycin A for the treatment of beta-thalassemia"; (e) Brevetto PCT/IB03/02632 del 3 luglio 2003: "A novel use of rapamycin and structural analogues thereof"; (f) Brevetto. PCT/IB03/03462 del 30 luglio 2003: "A novel use of angelicin and structural analogues thereof"; (g) Brevetto n.TO2004A000099 "Synthetic double stranded oligonucleotides for the treatment of osteopenic diseases", 20 febbraio 2004; (h) Brevetto n. VE2005A000054, 4-11-2005: "Drug for the treatment of thalassemia, sickle cell disease and related pathologies, method for drug activation, pharmaceutical composition with the drug as the active molecule and photochemotherapic approach using the drug".

TRASFERIMENTO TECNOLOGICO: IL ThalLab E L’INDUSTRIA.

I rapporti con il mondo industriale sono tra le priorità del ThalLab. Allo scopo di facilitare le interazioni con piccole e medie imprese, è stato preparato un DOSSIER recante tutte le informazioni sui progetti e i risultati del ThalLab più rilevanti e di interesse applicativo. Questo documento, in collaborazione con il Dott. Michele Lipucci, Responsabile delle Relazioni Esterne del ThalLab, è la base per attivare nuove forme di collaborazione e, possibilmente, porre la dovuta attenzione a possibili iniziative di trial clinico.

LA RICERCA DI NETWORKS: IL PROGETTO ITHANET.

Il Progetto ITHANET (eInfrastructure for Thalassemia Research Network) ha visto la partecipazione di numerosi partners europei e associati, tra i quali il Cyprus Institute of Neurology and Genetics (CING), il CESNET, la Thalassaemia International Federation (TIF), l’European Genetics Foundation (EGF), l’Oxford Radcliffe Hospitals NHS Trust  ORH NHS Trust, ST Barts e il Royal London Hospital, l’Università di Cagliari (Thal Unit Cagliari), l’Università di Malta (UoM), l’Asclepion Genetics, la National e Kapodistrian University of Athens (NKUA), l’Hadassah Medical Organization  Hadassah (Israel), l’Università di Ferrara (ThalLab, UniFE), il Ministry of Health, Makarios III Hospital (NAMIII), il Laikon General Hospital   (KMA-LAIKON), Cairo University (Egypt), il Chronic Care Center (CCC), la Suleiman Demirel University (SDU), l’Erasmus University Medical Center (Erasmus MC), il Leiden University Medical Center (Leiden University), l’AHEPA University Hospital (AHEPA Univ. Hospital), l’Università di Bucharest  (IGUB), la Bogazici University Bebek (TURKEY B.U.), il Research Laboratory of Molecular Biology, l’EGE University (EU), l’Hopital Henri Mondor (HHM), l’Hospital Clinico San Carlos (HCSC).


ITHANET ha attuato procedure per lo sviluppo di infrastrutture elettroniche verificando i livelli di connessione dei singoli partners, con l’obiettivo di attivare iniziative  di “media streaming”, videoconferenze, servizi web. Uno specifico Workpackage si è occupato di studi clinici, sviluppando linee guida e standard per il trattamento clinico dei pazienti con beta talassemia, e organizzando i dati clinici delle varie istituzioni partecipanti al Progetto per creare una struttura multicentrica in grado di rispondere a richieste specifiche, anche provenienti da pazienti e familiari. L’attività di ricerca è stata coordinata attraverso videoconferenze, consulti on-line che hanno riguardato  anche casi complessi.

Il Workpackage che ha visto coinvolta il ThalLab è il WP4, che riguarda studi molecolari. Questo ha previsto la condivisione di metodi e protocolli per lo studio della talassemia. Sono state sviluppate banche-dati sui risultati, sui metodi (anche analitici), sui risultati innovativi, sul personale coinvolto in specifiche tematiche. Si prevede che questa attività porterà alla formazione di uno o più gruppi in grado di preparare e sottomettere Programmi di ricerca nell’ambito del settimo Programma Quadro dell’Unione Europea.

E’ stato sviluppato un portale Ithanet sulla talassemia e le altre emoglobinopatie. UniFE sta realizzando un sito WEB (HbF-NET) sull’induzione di emoglobina fetale.

Un ruolo importante nell’attività relativa alla disseminazione delle attività ITHANET nel mondo è stato ricoperto dalla TIF (la Federazione Internazionale sulla Talassemia), che sostiene l’attività di 59 paesi con alta predominanza di emoglobinopatie ereditarie (ad esempio talassemia, anemia falciforme, HbE). La disseminazione dei risultati è un’attività di grande interesse, perchè prevedere metodiche alternative al trattamento convenzionale è di profondo rilievo, anche in considerazione del fatto che queste patologie comportano alti costi per il trattamento terapeutico ed alti consumi di sangue per sostenere le trasfusioni per i pazienti affetti dalle forme più gravi.

LA RICERCA DI NETWORKS: IL PROGETTO ITALIA-EGITTO.

Il Progetto “FETAL HEMOGLOBIN INDUCERS FOR THE TREATMENT  OF BETA-THALASSEMIA” è stato recentemente approvato ed è operativo da novembre 2008 nell’ambito della Programma Esecutivo della Cooperazione Scientifica e Tecnologica tra Italia ed Egitto (2008-2010). Il Progetto prevede forme strette di collaborazione scientifica tra il gruppo del Prof. Roberto Gambari (Ferrara University, Department of Biochemistry and Molecular Biology, Molecular Biology Section) e la Prof.ssa Amal El Beshlawy (Cairo University, El Monira University Hospital, Pediatric Hematology Dept., Cairo). Un primo obiettivo del Progetto è lo sviluppo di strategie sperimentali e protocolli attuativi comuni. Il secondo obiettivo è stabilire una banca dati completa delle strategie terapeutica attuate in Egitto nel campo della terapia farmacologica della beta-talassemia utilizzando potenziali induttori di emoglobina fetale. Un terzo obiettivo è quello di studiare gli effetti a livello molecolare di tali induttori. Questo argomento ha un importante valore etico, in quanto nei paesi in via di sviluppo le trasfusioni di sangue (terapia consolidata per la beta-talassemia) trovano difficoltà nell’essere eseguite, a causa della reperibilità del sangue e di problemi molto rilevanti di infezione.

FUND RAISING.

Il ThalLab si è da sempre impegnato in modo approfondito nel reperire fondi aggiuntivi, molto importanti per i seguenti motivi: (a) aumentare il numero di addetti al Progetto; (b) facilitare interazioni sinergiche con altri gruppi di ricerca e (c) incrementare i finanziamenti a disposizione, con parallelo aumento di sottoprogetti innovativi da seguire. Desidero citare solo i progetti più recenti, tra i quali il già citato Pogetto europeo ITHANET, il recente Progetto PRIN sull’utilizzo di PNA nel bersagliare micro RNA e RNA patologici (DESIGN, SYNTHESIS AND BIOMOLECOLAR CHARACTERIZATION OF PEPTIDE NUCLEIC ACIDS ANALOGUES WITH THERAPEUTIC AND DIAGNOSTIC PROPERTIES), il Progetto TELETHON “Modifiers of globin gene expression for therapy of beta−thalassemia” (GGP07257), il già citato Progetto Italia-Egitto, il Progetto “NEW FRONTIERS IN THE DEVELOPMENT OF DIAGNOSTIC AND THERAPEUTIC APPROACHES OF BETA-THALASSEMIA”, finanziato dalla Fondazione CARIPARO. Il Progetto PRRIITT ER-GenTech è sfociato nel Progetto BioPharmaNet, approvato dalla Regione Emilia-Romagna. I finanziamenti citati hanno permesso di potenziare il parco strumentazioni disponibili per il Progetto e avere la possibilità di assegnare un numero considerevole di borse di studio e di assegni di ricerca. Va precisato che un ruolo importante in questa attività di Fund Raising è stato svolto dall’AVLT, nella persona del Dott. Elio Zago.

Il NETWORK ThalLab-FONDAZIONE CARIPARO E AVLT.

Il Progetto di ricerca “NEW FRONTIERS IN MOLECULAR DIAGNOSIS AND EXPERIMENTAL THERAPY OF BETA THALASSEMIA” prevede un accordo di collaborazione pluriennale tra il ThalLab (Laboratory for the Development of Pharmacological and Gene Therapy of Thalassemia, Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare, Università di Ferrara, talassemiaricerca.it), la Fondazione Cassa di Risparmio di Padova e Rovigo (CARIPARO) e l’Associazione Veneta per la Lotta alla Talassemia (AVLT, Rovigo).

Questo progetto, attivato nel luglio 2005 si concluderà nel luglio 2010 ed è sostenuto da un finanziamento da parte della Fondazione CARIPARO di 500.000 Euro. L’obiettivo generale della ricerca è quello di sviluppare nuovi modelli sperimentali ed individuare nuove molecole di utilità per la terapia della talassemia. Inoltre, il progetto si propone di sviluppare nuove metodiche diagnostiche, finalizzate soprattutto la diagnostica prenatale non invasiva.

Il modello sperimentale e il metodo di ricerca. Il modello più vicino ai pazienti è costituito da cellule precursori eritroidi (che in vivo diventeranno, dopo un lungo processo di specializzazione cellulare, reticolociti e poi globuli rossi) che vengono isolate dal sangue periferico dei pazienti attraverso un semplice prelievo di sangue. In pratica, prima della trasfusione, il clinico preleva 20 ml di sangue del talassemico ed il ricercatore, attraverso un trattamento particolare, lo mette in “coltura” e dopo circa dieci giorni si può lavorare con le cellule precursori eritroidi purificate che vengono trattate con eritropoietina (una molecola che selettivamente stimola la moltiplicazione e la specializzazione delle cellule eritroidi). Iniziano così a produrre livelli elevati di emoglobina e, se trattate con potenziali induttori di emoglobina fetale, si può controllare se effettivamente la producono in seguito a questo processo di induzione.

Il Network ThalLab-Fondazione CARIPARO-AVLT. Il progetto finanziato dalla Fondazione CARIPARO prevede, entrando nel dettaglio degli obiettivi, la caratterizzazione di nuovi induttori del differenziamento eritroide, comprendendo lo screening di estratti da piante medicinali (tra i quali citiamo la rapamicina, la mitramicina, il resveratrolo), lo sviluppo di nuovi modelli sperimentali per l’identificazione di induttori di emoglobina fetale, la produzione del modello sperimentale in vitro che mimino le mutazioni causanti beta-talassemia più frequenti nel nostro territorio, sviluppo di topi talassemici, studi di trascrittomica e proteomica, sviluppo di ibridi PNA/DNA per esperimenti di decoy mirati alla riattivazione dell'espressione dei geni gamma-globinici, veicolazione e delivery di molecole decoy, sviluppo di piattaforme Lab-on-a-chip per la diagnostica molecolare, induzione di apoptosi in osteoclasti.

I NUOVI SCENARI DEL ThalLab.

Il ThalLab dovrà nell’immediato futuro mantenere alta l’attenzione sui progetti “storici” (induzione di emoglobina fetale, studio dell’espressione genica, sviluppo di nuove molecole decoy). Al contempo, il ThalLab dovrà promuovere i nuovi progetti per i quali nel frattempo abbiamo attenuto ottimi risultati intermedi.

Produzione di topi transgenici contenenti le mutazioni più importanti del gene umano per la beta-globina. Questi modelli animali sono molto importanti per la sperimentazione di molecole a potenzialità terapeutica ed indirizzate verso specifiche mutazioni causative di beta-talassemia. Con grande soddisfazione possiamo affermare che i primi topi transgenici omozigoti (per la mutazione IVS-1-6) sono già stati ottenuti.

Terapia genica. Il ThalLab dovrà prendere in considerazione l’eventualità di sostenere uno sforzo per completare i quadro pre-clinico riferito all’induzione ex novo di HbA utilizzando lentivirus sviluppati dal Prof. Stefano Rivella (Cornell University, New York).

Cellule staminali. L’interesse del ThalLab è sviluppare cellule staminali dall’adulto, cellule retrodifferenziate, e parallelamente utilizzare cellule staminali embrionali umane (seguendo naturalmente le normative) allo scopo di valutare l’attività modulante il differenziamento di una serie assai elevata di molecole (numerose delle quali oggetto di brevetto) in grado di indurre differenziamento eritroide ed incremento di produzione di emoglobina fetale (HbF) in cellule isolate da pazienti affetti da beta-talassemia. Il secondo obiettivo è paragonare l’espressione genica di cellule staminali embrionali indotte al differenziamento con quella di cellule adulte retrodifferenziate (iPS, induced pluripotent cells), allo scopo di combinare la ricerca su cellule pluripotenti con approcci molecolari di terapia genica utilizzando retrovirus  e lentivirus ingegnerizzati e corte molecole di DNA, RNA e analoghi strutturali. Considero questa linea come una delle più importanti, che potrebbe anche portare alla rivisitazione degli esperimenti di terapia genica sotto una differente ottica.

Modelli cellulari e biosensori. Abbiamo sviluppato biosensori cellulari (alcune schede sono state inserite nel sito BioPharmaNet) utili per lo screening di nuove molecole a potenzialità terapeutica. Questa ricerca, oltre ad avere una sua importanza scientifica e applicativa, può essere utile per nuovi contatti con gruppi di ricerca intenzionati ad utilizzare questi sistemi cellulari.

Diagnostica prenatale non invasiva. Attualmente, pur essendo largamente richiesto ed atteso, non esiste un metodo di diagnosi prenatale non invasiva efficace e riproducibile. Non esiste una impresa in grado di proporre protocolli per la diagnosi pre-natale non invasiva. Per questi motivi, potenziare questa ricerca è molto importante.

COMMENTI FINALI.

I prossimi mesi saranno decisivi per il futuro del ThalLab. I risultati delle ricerche condotte in questi anni hanno prodotto un numero rilevante di pubblicazioni, di brevetti, di protocolli, di modelli cellulari ed animali innovativi.

Tuttavia, l’impressione che ho è che non riusciremo a sostenere, in futuro, tutte le iniziative che hanno contraddistinto le attività del ThalLab e dell’AVLT. I capitoli di spesa più rilevanti, che in questi anni abbiamo sostenuto sono (a) personale, (b) strumentazione; (c) reagenti e materiale di consumo; (d) brevetti.

Il rilancio delle attività del ThalLab, o un suo ridimensionamento, dipende, purtroppo, non solo da noi, ma dalla volontà che potenziali sostenitori porranno finalizzata all’aiuto delle nostre attività.

In tutti questi anni, le nostre ricerche, i nostri risultati, i nostri finanziamenti, i nostri progetti e più in generale, tutta la nostra attività è risultata visibile nel nostro sito (talassemiaricerca.it). In questi anni, abbiamo sempre cercato di mantenere efficiente la nostra attività in tutti i settori sopracitati.

Sarebbe non responsabile non accennare al fatto che uno dei possibili scenari non potrà non prevedere un netto ridimensionamento degli obiettivi e degli interventi economici, seguendo precise scelte strategiche che il Consiglio del ThalLab sarà chiamato ad individuare.

Tutti ci auguriamo che questo ridimensionamento sia da un lato temporaneo, dall’altro il meno doloroso possibile, allo scopo di continuare nel percorso che, è questo l’auspicio, contribuisca a portare la ricerca di base e la ricerca applicata che il ThalLab ha condotto in questi anni a precisi riscontri in campo terapeutico.

Professor Roberto Gambari
Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare
Sezione di Biologia Molecolare
Università di Ferrara
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