Infezioni polmonari-Immagine Credit Public Domain-
La biologia sintetica offre nuove strategie per affrontare la principale causa di mortalità negli Ospedali: le infezioni polmonari.
I ricercatori hanno progettato la prima “medicina vivente” per il trattamento delle infezioni polmonari. Il trattamento prende di mira lo Pseudomonas aeruginosa, un tipo di batterio che è naturalmente resistente a molti tipi di antibiotici ed è una fonte comune di infezioni negli ospedali.
Il trattamento prevede l’utilizzo di una versione modificata del batterio Mycoplasma pneumoniae, rimuovendo la sua capacità di causare malattie e riutilizzandolo invece per attaccare P. aeruginosa. Il batterio modificato viene utilizzato in combinazione con basse dosi di antibiotici che altrimenti non funzionerebbero da soli.
I ricercatori hanno testato l’efficacia del trattamento nei topi, scoprendo che riduce significativamente le infezioni polmonari. La “medicina vivente” ha raddoppiato il tasso di sopravvivenza dei topi rispetto al non utilizzo di alcun trattamento. La somministrazione di una singola dose elevata del trattamento non ha mostrato segni di tossicità nei polmoni. Una volta che il trattamento ha terminato il suo corso, il sistema immunitario innato ha eliminato i batteri modificati in un periodo di quattro giorni.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Biotechnology e sono sostenuti dalla Fondazione “la Caixa” attraverso il bando CaixaResearch Health. Lo studio è stato condotto dai ricercatori del Center for Genomic Regulation (CRG) e Pulmobiotics in collaborazione con l’Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Hospital Clinic de Barcelona e l’Institut of Agrobiotechnology (IdAB), una ricerca congiunta con l’Istituto del CSIC spagnolo e il Governo di Navarra.
Le infezioni da P. aeruginosa sono difficili da trattare perché i batteri vivono in comunità che formano biofilm. I biofilm possono attaccarsi a varie superfici del corpo, formando strutture impenetrabili che sfuggono alla portata degli antibiotici.
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I biofilm di P. aeruginosa possono crescere sulla superficie dei tubi endotracheali utilizzati da pazienti critici che necessitano di ventilatori meccanici per respirare. Ciò causa la polmonite associata al ventilatore (VAP), una condizione che colpisce un paziente su quattro (9-27%) che necessita di intubazione. L’incidenza supera il 50% per i pazienti intubati a causa del Covid-19 grave. La VAP può prolungare la durata in terapia intensiva fino a tredici giorni e uccide fino a un paziente su otto (9-13%).
Gli autori dello studio hanno ingegnerizzato M. pneumoniae per dissolvere i biofilm dotandolo della capacità di produrre varie molecole tra cui piocine, tossine prodotte naturalmente dai batteri per uccidere o inibire la crescita dei ceppi batterici di Pseudomonas. Per testarne l’efficacia, hanno raccolto biofilm di P. aeruginosa dai tubi endotracheali dei pazienti nelle unità di terapia intensiva. Hanno scoperto che il trattamento è penetrato nella barriera e ha dissolto con successo i biofilm.
“Abbiamo sviluppato un ariete che assedia i batteri resistenti agli antibiotici. Il trattamento perfora le loro pareti cellulari, fornendo punti di ingresso cruciali per l’invasione degli antibiotici e l’eliminazione delle infezioni alla fonte. Riteniamo che questa sia una nuova strategia promettente per affrontare la principale causa di mortalità negli Ospedali», affermano gli autori.
Con l’obiettivo di utilizzare la “medicina vivente” per trattare la VAP, i ricercatori effettueranno ulteriori test prima di raggiungere la fase di sperimentazione clinica. Il trattamento dovrebbe essere somministrato utilizzando un nebulizzatore, un dispositivo che trasforma la medicina liquida in vapore che viene poi inalato attraverso un boccaglio o una maschera.
M. pneumoniae è una delle specie batteriche più piccole conosciute. Il Dottor Luis Serrano, Direttore del CRG, ebbe per primo l’idea di modificare i batteri e di usarli come “medicina vivente” due decenni fa. Il Dottor Serrano è uno specialista in biologia sintetica, un campo che prevede il riutilizzo di organismi e la loro progettazione per avere nuove e utili capacità. Con solo 684 geni e nessuna parete cellulare, la relativa semplicità di M. pneumoniae lo rende ideale per la biologia ingegneristica per applicazioni specifiche.
Uno dei vantaggi dell’utilizzo di M. pneumoniae per il trattamento delle malattie respiratorie è che si adatta naturalmente al tessuto polmonare. Dopo la somministrazione, il batterio modificato viaggia direttamente alla fonte di un’infezione respiratoria, dove si installa come una fabbrica temporanea e produce una varietà di molecole terapeutiche.
Mostrando che M. pneumoniae può contrastare le infezioni polmonari, lo studio apre la porta ai ricercatori che creano nuovi ceppi di batteri per affrontare altri tipi di malattie respiratorie come il cancro ai polmoni o l’asma. “Il batterio può essere modificato con una varietà di carichi utili diversi, che si tratti di citochine, nanobodies o defensine. L’obiettivo è diversificare l’arsenale del batterio modificato e sbloccare il suo pieno potenziale nel trattamento di una varietà di malattie complesse”, afferma il Dott. Luis Serrano, Professore di ricerca dell’ICREA.
Oltre a progettare la “medicina vivente”, il team di ricerca del dott. Serrano sta anche utilizzando la propria esperienza nella biologia sintetica per progettare nuove proteine che possono essere fornite da M. pneumoniae. Il team sta usando queste proteine per colpire l’infiammazione causata dalle infezioni da P. aeruginosa.
Sebbene l’infiammazione sia la risposta naturale del corpo a un’infezione, un’infiammazione eccessiva o prolungata può danneggiare il tessuto polmonare. La risposta infiammatoria è orchestrata dal sistema immunitario, che rilascia proteine mediatrici come le citochine. Un tipo di citochina – IL-10 – ha note proprietà antinfiammatorie ed è di crescente interesse terapeutico.
La ricerca pubblicata sulla rivista Molecular Systems Biology dal gruppo di ricerca del Dottor Serrano ha utilizzato i software di progettazione proteica ModelX e FoldX per progettare nuove versioni di IL-10 appositamente ottimizzate per trattare l’infiammazione. Le citochine sono state progettate per essere create in modo più efficiente e per avere una maggiore affinità, il che significa che sono necessarie meno citochine per avere lo stesso effetto.
I ricercatori hanno ingegnerizzato ceppi di M. pneumoniae che esprimevano le nuove citochine e ne hanno testato l’efficacia nei polmoni di topi con infezioni acute da P. aeruginosa. Hanno scoperto che le versioni ingegnerizzate di IL-10 erano significativamente più efficaci nel ridurre l’infiammazione rispetto alla citochina IL-10 non ingegnerizzata.
Secondo la Dott.ssa Ariadna Montero Blay, co-corrispondente dello studio in Molecular Systems Biology, “i bioterapici vivi come M. pneumoniae forniscono veicoli ideali per aiutare a superare i limiti tradizionali delle citochine e sbloccare il loro enorme potenziale nel trattamento di una varietà di malattie umane. Progettare le citochine come molecole terapeutiche è stato fondamentale per affrontare l’infiammazione. Anche altre malattie polmonari come l’asma o la fibrosi polmonare potrebbero beneficiare di questo approccio“.
Fonte:Nature Biotecnology
