I segreti della terapia genica

Intervista a Libero Vitiello

Libero Vitiello è un giovane ricercatore dell’Università di Padova, esperto di tecniche di terapia genica, il quale, grazie anche al sostegno di Telethon, conduce studi sui vettori non virali. DM è andato a trovarlo per saperne di più su un argomento abbastanza ostico per i non addetti ai lavori, ma che però rappresenta una grande speranza per chi è affetto da gravi patologie genetiche come quelle neuromuscolari.

Cos’è, in termini semplici, la terapia genica?

Il principio della terapia genica è di usare il DNA come un farmaco. Certi tipi di DNA con particolari caratteristiche potrebbero infatti avere di per sé un valore terapeutico, ad esempio per la loro capacità di contrastare alcune infezioni, appaiandosi al DNA virale e inattivandolo.

Ma per lo più, quando si parla di terapia genica, si intende la somministrazione di DNA in grado di produrre una proteina con funzione terapeutica. Ciò può significare produrre una proteina che ne sostituisca una mancante o difettosa, come la distrofina nei muscoli dei pazienti Duchenne o la proteina CFTR nei polmoni di quelli con fibrosi cistica; oppure produrre una proteina non assente né alterata nel paziente, ma in grado di giovare in altro modo: è il caso ad esempio dell’eritropoietina (ormone che regola la produzione delle cellule ematiche) che, in certe forme di anemia o talassemia, si cerca di far produrre in misura maggiore per supplire alla scarsa efficienza dei globuli rossi, senza cercare di sostituire l’emoglobina difettosa di questi pazienti.

Un altro esempio riguarda i tumori: questi, in genere, non sono dovuti semplicemente alla mancanza di una specifica proteina, ma per curarli un’ipotesi è quella di potenziare le difese dell’organismo inducendo con la terapia genica la produzione di citochine (regolatrici del sistema immunitario), oppure di altre proteine che da queste difese li rendano più riconoscibili.

Che evoluzione hanno avuto questi studi?

All’inizio degli anni Novanta, al tempo dei primi congressi mondiali sulla terapia genica, c’era grande ottimismo e la fiducia di poter avere in poco tempo le prime risposte cliniche di questa tecnica, in particolare con l’utilizzo di vettori retrovirali. Procedendo con gli studi si sono però evidenziate complicazioni non previste all’inizio, come la risposta immunitaria contro i vettori impiegati e la difficoltà di ottenere un’espressione prolungata dei geni immessi, mentre d’altro canto più aggredibili dalla terapia genica risultavano altre malattie che non quelle propriamente genetiche.

Il primo trial umano, svolto negli Stati Uniti e seguito poi dall’esperienza italiana di Claudio Bordignon, ha riguardato i bambini con immunodeficienza ADA e ha avuto risultati positivi, anche se, almeno all’inizio, un po’ discussi, per il fatto che i piccoli pazienti per motivi etici non erano stati del tutto sottratti alle terapie convenzionali.

Nessun altro trial clinico è giunto a questa fase, anche se ve ne sono molti, ad esempio sui tumori, con risultati interessanti: è infatti più facile "uccidere" una cellula che "sanarla" e qui la massa di tessuto da raggiungere è in genere meno estesa che non ad esempio le masse muscolari e si ha bisogno di un sistema di regolazione del materiale genico somministrato meno fine e di un’espressione meno prolungata: non tutta la vita, ma quanto serve per eliminare il maggior numero di cellule tumorali possibile e dare l’opportunità poi di integrare questa terapia con altri trattamenti come quello chirurgico.

Dunque, le prospettive migliori di terapia genica a mio avviso riguardano il cancro e le infezioni virali (HIV, epatiti), mentre problematica rimane la terapia di altre patologie genetiche in cui va espresso un gene in modo stabile e molto regolato.

Quali sono ancora i maggiori problemi tecnici della terapia genica?

La quantità di tessuto da trattare rimane un grosso problema per molte patologie.

Riguardo la distrofia, ad esempio, si sa da tempo che iniettando DNA nudo (cioè in una semplice soluzione salina) nel muscolo, esso viene assorbito ed espresso anche per un lungo periodo: il problema è che tale espressione è molto confinata al punto di iniezione e la quantità di iniezioni cui dovrebbe sottoporsi il paziente risulta impraticabile, tanto più che dovrebbe essere interessato anche il cuore.

Un problema analogo interessa, nella fibrosi cistica, l’epitelio dei polmoni, un’area che, considerando tutte le superfici interne, copre svariati metri quadri.

Altri problemi riguardano la grandezza del gene da inserire nei vettori virali, oltre che, come già detto, la complessità di regolazione che alcuni di questi geni comportano.

Quali sono i vettori virali oggi allo studio?

Va anzitutto detto che si stanno mettendo a punto vettori virali e non virali. Tra i primi, una grande famiglia è quella dei retrovirus (cui appartiene ad esempio l’HIV), il cui genoma è costituito non da DNA, ma da RNA (l’acido ribonucleico, che è coinvolto nel processo di decodificazione delle istruzioni genetiche contenute nel DNA). Una volta entrati nelle cellule, per riprodursi essi devono "retrotrascrivere", cioè convertire il loro RNA in DNA e così diffondere l’infezione.

Alcuni retrovirus sono patogeni e ovviamente per la terapia genica si usano quelli che non lo sono nell’uomo. Tuttavia, poiché essi si inseriscono all’interno dei cromosomi, c’è il rischio teorico che interferiscano inopportunamente nell’attività di certi geni, risultando cancerogeni; però di ciò non mi risulta vi siano evidenze sperimentali e gli stessi pazienti ADA sono stati trattati con retrovirus senza problemi di questo genere.

Vi sono poi gli adenovirus, la maggior parte dei quali responsabili di patologie non serie, come quelle da raffreddamento, alcune congiuntiviti ecc. e utilizzabili anch’essi dunque come vettori.

Altro tipo di vettore sono poi gli adenoassociati, "parenti" per così dire degli adenovirus, ma più piccoli, i quali non causano alcuna malattia nota e devono il loro nome al fatto che per replicarsi necessitano di una concomitante infezione da adenovirus, dei quali costituiscono una sorta di "simbionte".

Vanno ricordati infine gli herpesvirus i quali hanno una grossa specificità per il tessuto nervoso e quindi vengono studiati come vettori per le patologie che colpiscono quest’ultimo.

Tutti questi virus vengono "ingegnerizzati", sia per inserire al loro interno il gene terapeutico, sia per renderli non patogeni. In entrambi i casi bisogna infatti togliere delle sequenze dal loro genoma o addirittura rimuoverlo tutto, mantenendo solo l’involucro esterno del virus, come accade nei vettori adenovirali di terza generazione, dove si riesce a minimizzare la risposta immunitaria.

E per quanto riguarda i vettori non virali?

Questi possono a grandi linee dividersi in vettori basati su lipidi (liposomi) e altri basati su agenti in grado di condensare il DNA, ad esempio i polimeri cationici (a carica positiva).

Ci sono in realtà anche tecniche ibride, in cui prima si condensa il DNA, poi si aggiungono lipidi e addirittura talora anche dei virus, qui utilizzati non come vettori, ma come un composto chimico per le caratteristiche delle loro proteine di membrana, dopo averli completamente inattivati con l’esposizione ai raggi ultravioletti.

Da parte mia lavoro su liposomi cationici, compresa una nuova generazione di vettori, realizzati a imitazione della struttura di molti virus, cioè rivestendo DNA con un involucro lipidico e aggiungendo proteine capaci di dare specificità di assorbimento al tessuto che ci interessa. Si tratta dunque di una specie di virus artificiale, che - a differenza dei liposomi classici - ha il vantaggio delle piccole dimensioni (ciò che facilita il passaggio attraverso i capillari e la diffusione nei tessuti) e permetterebbe di superare il tipico inconveniente virale della risposta immunitaria, impiegando sull’involucro esterno del complesso solo proteine già presenti naturalmente nell’organismo. Ad esempio, utilizzando nel rivestimento transferrina o anche insulina, si può conferire al vettore specificità per il tessuto muscolare, che è ricco di recettori per queste proteine, evitando nel contempo il rigetto.

Virale e non virale: quali i vantaggi e gli svantaggi?

Per quanto riguarda i vettori virali, oltre ai problemi già ricordati, sottolineerei la loro grande complessità di realizzazione e la difficoltà di ottenere preparati puri di virus "ingegnerizzati" (separati dai cosiddetti helper, altri virus indispensabili nel processo di preparazione) e di produrli su larga scala. I virus, però, hanno un’efficienza di trasferimento genico maturata in milioni di anni di evoluzione e di gran lunga superiore a quella dei vettori non virali.

Questi ultimi dal canto loro non danno problemi di risposta immunitaria e, soprattutto, sono facili da preparare in larga scala con un processo produttivo più economico e simile a quello degli altri farmaci. Inoltre, sono più flessibili e si può cambiarne la formulazione utilizzando di volta in volta le proteine più adatte ai diversi tessuti bersaglio.

E’ opportuno dunque che la ricerca si muova in entrambe le direzioni, utilizzando ogni acquisizione utile per la messa a punto del sistema del futuro: quel vettore ideale che ancora non c’è e che probabilmente non sarà uno solo, ma diverso a seconda della patologia.