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Disegno razionale, sintesi e caratterizzazione di molecole di interesse terapeutico e loro trasporto tramite nanovettori.
Riposizionamento di farmaci esistenti mediante simulazioni computazionali e valutazioni di efficacia e tossicità

Dott. Camillo Rosano

Background

La preparazione dei farmaci moderni si basa su tre cardini: a) la farmacogenomica, che ricerca bersagli specifici significativi alla base delle malattie verso i quali indirizzare farmaci capaci di colpire in maniera esclusiva questi bersagli patologici; b) la farmacogenetica c) il drug delivery, ossia la disciplina che riguarda il trasporto e/o il rilascio delle molecole attive alle concentrazioni volute, nel tempo utile per il loro effetto e nel sito dove essi devono agire. Nel corso dell’ultimo decennio, questo gruppo di lavoro si è distinto in questo settore di ricerca come dimostrato dalle numerose pubblicazioni a carattere scientifico redatte e pubblicate su riviste internazionali. Tre linee di ricerca sono state particolarmente seguite: lo studio di derivati di Calix[n]pirroli per un loro possibile impiego quali farmaci, lo studio di questi stessi macrocicli quali nuovi vettori per il drug delivery, il docking molecolare proteina:piccole molecole in collaborazione con diversi Enti e Università italiane e straniere. In questo contesto, particolarmente interessanti sono stati gli studi sui Calixpirroli. Questi composti si sono infatti rivelati di grandissimo interesse per un possibile impiego in terapia anche in seguito alle validazioni in vitro ed ai test sulla tossicità in vitro ed ex-vivo che abbiamo effettuato presso i nostri laboratori. Inoltre mediante analisi di proteomica differenziale, di spettrometria di massa e di Bioinformatica, siamo riusciti ad individuare alcuni meccanismi molecolari che questi composti sembrano poter modulare in alcune linee cellulari tumorali. Test sulla proliferazione cellulare, sull’induzione di apoptosi e sull’influenza sul ciclo cellulare sono anche stati svolti su altri composti, prevalentemente sintetizzati dalle Università di Genova e della Calabria (Rende – CS), nonché su alcuni composti naturali provenienti dalla Tunisia, nell’ambito di collaborazioni scientifiche. Le metodiche per la modellazione e le simulazioni di docking di proteine e proteine:ligandi, infine, sono state implementate ed ottimizzate e ci hanno permesso di pubblicare numerosi articoli scientifici negli ultimi anni. Le abilità acquisite in questo settore di ricerca, congiuntamente con le attività di Spettrometria di Massa e l’acquisizione della tecnologia di MALDI Imaging, costituiranno i pilastri su cui basare la produzione scientifica del prossimo triennio.

Obiettivo/i di progetto

Il presente progetto di ricerca corrente riguarderà la modellazione “in silico” di proteine di potenziale interesse oncologico, il disegno razionale di farmaci diretti verso questi specifici bersagli ed il loro trasporto “intelligente” delle molecole verso le cellule tumorali. In collaborazione con l’Università di Torino e di Angers (F), ci concentreremo in particolare su molecole attive su tumori resistenti (MDR). Parte della presente linea di ricerca verrà focalizzata su nuovi adiuvanti per vaccini terapeutici da utilizzare in oncologia, seguendo una collaborazione attiva da anni con le Università di San Pietroburgo (RU) e di Wageningen (NL). Nel prossimo triennio studieremo anche nuovi sistemi per il trasporto intelligente (attivo e passivo) di farmaci, con particolare considerazione per i polimeri basati su Calix[n]pirroli. Infine intendiamo approfondire le attività anti-infiammatorie dei polifenoli naturali studiando in particolare la curcumina e i suoi prodotti di degradazione ed ossidazione. Mediante tecniche di Proteomica su gel e di Spettrometria di massa, saremo in grado di caratterizzare fisicamente e funzionalmente i composti più interessanti anche determinando i target di elezione di alcuni composti che, allo stato, sono orfani.
In questo contesto, nel corso degli ultimi anni, il nostro gruppo di ricerca è stato in grado di raggiungere diversi risultati che hanno portato alla preparazione ed alla redazione di numerose pubblicazioni a carattere scientifico. Le molecole disegnate saranno sintetizzate in collaborazione con i nostri partners e testate per la loro efficacia e tossicità. Infine, in collaborazione con il LiSComp Lab, realizzeremo una piattaforma informatica per il riposizionamento di farmaci (reverse docking) che ci consentirà di identificare nuovi target per molecole dalla struttura già nota. Le nuove tecnologie che saranno a nostra disposizione (MALDI Imaging) aggiungeranno valore al nostro lavoro poiché consentiranno anche di valutare la farmacocinetica e la biodistribuzione dei composti studiati nel tessuto animale.

Metodologia

Le principali metodologie che ci permetteranno di raggiungere gli obiettivi prefissati comprendono:

  • Analisi dei dati di diffrazione di raggi X da cristalli di macromolecole biologiche (DNA/proteine)
  • Il Molecular Modelling (utilizzando diversi software standalone/online dedicati allo scopo)
  • Simulazioni di Docking, prevalentemente utilizzando i programmi Autodock e GOLD, e di Dinamica Molecolare (Gromacs)
  • Misure di diffusione della luce multi-angolo accoppiata con misure di SAXS
  • La Proteomica differenziale tramite Spettrometria di Massa
  • Il MALDI Imaging
  • La Bioinformatica e la Biologia Computazionale.

Impatto assistenziale certo o potenziale

Il raggiungimento degli obiettivi prefissati (o anche solo di parte di essi) potrebbe portare a miglioramenti significativi nella terapia di diverse patologie tumorali e/o neurodegenerative. La completa descrizione molecolare delle proteine studiate e dei complessi proteina:proteina renderà possibile il disegno razionale di farmaci “molecolari” ad altissima specificità per il target di elezione. Il trasporto ed il rilascio controllato dei farmaci o in loco o direttamente sulle cellule malate consentirà di evitare al paziente tutti quegli effetti collaterali tipici delle terapie antitumorali ed una migliore efficacia dei composti usati. La caratterizzazione dei processi molecolari modulati dai composti studiati potrà consentire di identificare i target di elezione per ogni molecola testata, permettendo in questo modo una ottimizzazione dei composti stessi.