Un approfondimento su come Mayo Clinic (USA), Institut Pasteur (Francia) e Johns Hopkins University (USA), conducono la ricerca traslazionale in medicina.
di Alessandro Ovi
In marzo abbiamo introdotto il tema poco noto, ma sempre più degno di essere conosciuto, della ‘Translational Research in Medicine’, la ricerca traslazionale in medicina.
Vogliamo ora descrivere alcuni dei centri mondiali più impegnati in questo ambito.
Tre, in particolare, ci sono parsi particolarmente significativi :
– Mayo Clinic CCaTSA (Center for Clinical and Translational Science)
– Institut Pasteur: Center for Translational Science
– Johns Hopkins University TTEC (Translational Tissue Engineering Center)
MAYO Clinic Center for Translational Science Activities
Il Mayo Clinic Center for Clinical and Translational Science (CCaTS) è uno hub centrale per il progresso istituzionale della ricerca e dell’istruzione presso la Mayo Clinic. Il centro fornisce strumenti e consulenze specialistiche per supportare ogni aspetto della ricerca medica, comprese le scienze di base e la ricerca clinica. Il centro è inoltre direttamente impegnato nella comunità e nell’ultima fase dell’applicazione e della commercializzazione delle terapie.
Al suo fianco, il Mayo Clinic Center for Translational Science Activities (CTSA) è un acceleratore dei risultati della ricerca traslazionale in terapie, strumenti e pratiche terapeutiche che possano portare beneficio alla salute della comunità. Il CTSA si occupa di creare connessioni, individuare le migliori procedure, colmare vuoti e arricchire il patrimonio di ricerca medica e competenza nell’insegnamento raccolte in un secolo di attività della Mayo Clinic.
L’obbiettivo finale del CTSA è costruire una comunità allargata per la ricerca clinica e traslazionale alla Mayo Clinic che possa portare beneficio alla salute umana.
Direzione:
Il CCaTS è guidato da Sundeep Khosla. M.D., direttore del CcaTS, nonché preside per la scienza clinica e traslazionale presso la Mayo Clinic.
La ricerca di Sundeep Khosla, si concentra sui meccanismi della perdita ossea correlata all’età, sulla regolazione degli ‘steroidi sessuali’ del metabolismo osseo e sugli effetti dannosi del diabete mellito sulle ossa. Il gruppo di ricerca del Dr. Khosla nel suo laboratorio di osteoporosi e biologia ossea sta esaminando il modo in cui i fondamentali meccanismi di invecchiamento osseo portano ad una maggiore fragilità scheletrica. Inoltre, il Dr. Khosla utilizza anche un certo numero di modelli di malattia geneticamente modificati per definire come gli estrogeni regolano lo scheletro. Negli studi clinici, il Dr. Khosla sta esaminando gli effetti avversi del diabete mellito di tipo 2 sulla struttura ossea e le proprietà del materiale, il che potrebbe spiegare l’aumento del rischio di fratture in questa popolazione.
Il lavoro del dott. Khosla ha il potenziale di portare un impatto significativo su come i pazienti con osteoporosi vengono diagnosticati e trattati. Nello specifico, il suo lavoro sulla definizione dei percorsi che portano alla perdita ossea con l’invecchiamento e la carenza di estrogeni può identificare nuovi bersagli molecolari per farmaci che possano invertire l’osteoporosi. Inoltre, gli studi del Dr. Khosla hanno identificato la fragilità scheletrica come un’importante complicazione del diabete mellito, portando a una maggiore attenzione a ridurre il rischio di fratture in questi pazienti.
Altri laboratori coinvolti e direttori:
Advanced Liver Diseases: di Patrick S. Kamath, Vijay Shah, dedicato allo studio e cura di malattie epatiche quali cirrosi e ipertensione portale. Il laboratorio si occupa anche dell’educazione di specialisti nel campo.
Advanced Medical Imaging Technology: di Richard L. Ehman, dedicato allo studio di nuove tecniche di imaging non invasivo dei tessuti.
Aerospace Medicine and Vestibular Research: di Michael J. Cevette, Jan Stepanek, dedicato allo studio degli effetti sul corpo umano di altitudini estreme accelerazione e disorientamento spaziale.
Aging and Dementia Imaging: di Clifford R. Jack Jr., dedicato allo sviluppo di tecniche di risonanza magnetica che possano favorire la diagnosi e la gestione di malattie quali l’Alzheimer.
Airway Biology: di Christina M. Pabelick, dedicato allo studio delle anomalie nella struttura e nella funzionalità delle vie aeree in malattie come asma, BPCO, enfisema.
Allergic Diseases: di Hirohito Kita, dedicato allo studio dei meccanismi coinvolti in asma, dermatiti atipiche, allergie da fieno ed altre reazioni di pelle e vie aeree con particolare attenzione al possibile coinvolgimento del sistema immunitario.
Alzheimer’s Disease Pathogenesis: di Steven G. Younkin, dedicato allo studio degli effetti delle proteine amiloidi sull’Alzheimer.
Anesthesia Outcomes: di Juraj Sprung, dedicato allo studio delle possibili complicazioni da anestesia.
Anticancer Drug Action: di Scott H. Kaufmann, dedicato alla comprensione dei meccanismi dei farmaci anticancro e dei fattori che portano le cellule tumorali ad esservi sensibili o a resistere.
Applied Neuroradiology: di David F. Kallmes, dedicato allo studio degli aneurismi cerebrali ed a possibilità terapeutiche meno invasive della chirurgia cerebrale.
Artificial Liver and Liver Transplantation: di Scott L. Nyberg, dedicato alla ricerca di terapie su base cellulare per malattie epatiche.
Artificial Pancreas: di Yogish C. Kudva, dedicato alla realizzazione di un pancreas artificiale efficiente ed all’approfondimento di cure cellulari per pazienti affetti da diabete di tipo 1.
Institut Pasteur: Center for Translational Science
Missione del Center for Translational Science dell’Institut Pasteur, istituito nel 2014, è facilitare nuovi progetti biomedici e contribuire al progresso della medicina.
Il centro per la scienza traslazionale supporta sia gli scienziati dell’Institut Pasteur che dell’intera sua rete internazionale nell’individuare applicazioni al proprio lavoro effettuando ricerche in collaborazione con ospedali partner. Il centro offre sostegno ai progetti a diversi livelli, a seconda delle esigenze degli scienziati: può formalizzare questioni scientifiche e organizzare l’assistenza tecnologica, aiutare a elaborare proposte, trovare partner clinici essenziali e gestire procedure etiche e normative.
Coordinamento clinico:
Il centro offre un servizio di coordinamento clinico che fornisce supporto per progetti di ricerca traslazionale dalle prime fasi di pianificazione fino alla pubblicazione finale dei risultati della ricerca. Questo supporto può comportare l’agevolazione dell’accesso a campioni umani o dati sanitari, consentendo agli scienziati di eseguire ricerche biomediche e coordinando lo sviluppo di terapie innovative, vaccini candidati e terapie genetiche negli ospedali.
Piattaforma tecnologica:
I progetti di ricerca traslazionale richiedono attrezzature all’avanguardia. La piattaforma tecnologica del centro ha una vasta gamma di attrezzature sofisticate per consentire agli scienziati di eseguire ricerche traslazionali, comprese le strutture per la gestione di materiale infetto umano in completa sicurezza.
Biobanca:
Uno dei principali punti di forza del Center for Translational Science è la sua struttura dedicata all’accesso alle risorse biologiche, responsabile del reclutamento di volontari, sia quelli in buona salute che quelli in cura per problemi di salute, oltre che della gestione dei campioni e dei dati clinici correlati.
Esempi di progetti condotti:
Il Center for Translational Science sta finanziando test preclinici per una strategia terapeutica contro la formazione di biofilm batterici, sviluppata nei laboratori del Dipartimento di Microbiologia dell’Institut Pasteur. La formazione di biofilm batterici è responsabile delle infezioni tipiche di una permanenza in ospedale (nosocomiali).
Il centro sostiene inoltre un progetto in collaborazione con il dipartimento di immunologia per far luce sulle risposte immunitarie nei campioni di pelle di pazienti affetti da hidradenitis suppurativa della malattia della pelle. Circa 700 pazienti sono monitorati presso il Centro Medico dell’Institut Pasteur.
Scienziati dell’Istituto Pasteur, sotto la guida di Gérard Eberl, responsabile dell’unità di Microambiente e Immunità (Institut Pasteur/Inserm) hanno condotto alla scoperta della reazione immunitaria generata dall’introduzione di cibo solido nella dieta dei neonati con l’espansione del microbiota, l’insieme di microbi che colonizzano tutte le superfici del corpo e aiutano a bilanciare il sistema immunitario.
Secondo Gérard Eberl, il microbiota intestinale dei neonati, dapprima condizionato dai componenti del latte materno, si svilupperebbe successivamente all’introduzione del cibo solido, con una proliferazione di batteri. Scienziati dall’Istituto Pasteur e Inserm hanno scoperto nei topi una risposta immunitaria all’introduzione del cibo solido e all’espansione del microbiota. Hanno soprattutto dimostrato che questa reazione immunitaria è essenziale, in quanto è coinvolta nell’educazione del sistema immunitario e porta a una bassa suscettibilità ai disturbi infiammatori (allergie, coliti, malattie autoimmuni, cancro) in età adulta. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Cell Immunity del 19 marzo 2019.
Johns Hopkins University, TTEC
Il centro di ingegneria traslazionale dei tessuti della Johns Hopkins University, è stato fondato nel 2010 come joint venture tra il Wilmer Eye Institute e il Dipartimento di ingegneria biomedica per concentrarsi sulla ricerca, l’istruzione e lo sviluppo industriale nel campo della medicina rigenerativa.
Basandosi sull’eccellenza degli ambienti clinici e ingegneristici della Johns Hopkins, la missione del TTEC è quella di istruire e formare i leader di domani nella medicina rigenerativa e accelerare l’offerta di tecnologie di medicina rigenerativa ai pazienti.
I programmi di ricerca nel TTEC stanno studiando la scienza dei materiali fondamentali, l’ingegneria e la biologia insieme a una gamma di tecnologie abilitanti per l’avanzamento della medicina rigenerativa. Il centro si trova nel nuovo Smith Building, un edificio all’avanguardia dell’architettura, situato nel campus della School of Medicine, East Baltimore, in un open space progettato per migliorare la ricerca interdisciplinare.
Le strutture principali di TTEC includono biologia molecolare, chimica, biochimica, microscopia, prove meccaniche e colture cellulari.
JHU Medicine and Engineering dispone di numerose strutture di ricerca di base che prevedono l’utilizzo di apparecchiature quali microscopia elettronica a scansione, microscopia elettronica a trasmissione, microarray, spettrometria di massa/proteomica, risonanza magnetica nucleare,
Come si può vedere dal tipo di strumento di ricerca apertamente disponibile, TTEC è caratterizzato, più di tanti altri da una profonda integrazione di Ingegneria in Scienze Biomediche.
Il suo direttore è Jennifer Elisseeff, Morton F. Goldberg Professor, professore di chirurgia ortopedica presso la Johns Hopkins School of Medicine che ricopre anche incarichi nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica della Johns Hopkins e nel dipartimento di Scienza e Ingegneria dei materiali.
La sua ricerca si concentra sulla rigenerazione dei tessuti. Nello specifico, esamina gli idrogel come un’impalcatura per l’ingegneria dei tessuti e sta studiando la realizzazione di una cornea artificiale.
La specializzazione sta nei ‘biomateriali ingegnerizzati’:
una ampia classe di fibre sintetiche, gel, ed altri materiali che possano rimpiazzare, riparare e in alcuni casi rigenerare tessuti umani danneggiati da traumi, malattie o difetti genetici.
L’applicazione pratica non è’ lontana. Alle ricerche è stato recentemente assegnato un finanziamento militare per la cura di ferite agli occhi subite sul campo di battaglia.
La rivoluzione è partita nel 2016. In una ricerca pubblicata sulla rivista ‘Science‘, nel numero del 15 aprile 2016, “Developing a pro-regenerative biomaterial scaffold microenvironment requires T helper 2 cells”, condotta da ricercatori della JHU sotto la guida di Jennifer Ellisseff, viene messa in luce una nuova realtà, con prove di laboratorio, che i ricercatori pensano di poter presto studiare anche negli esseri umani.
La dr.ssa Elisseeff ha rivolto i propri studi a processi secondo cui strutture (scaffolds) in biomateriali modellano il microambiente immunitario e impattano i tessuti.
Una popolazione variegata di cellule del sistema immunitario, tra cui cellule T, e macrofagi, viene chiamata a collaborare in queste strutture e il sistema immunitario non solo ‘difende’ ma ‘ricostruisce’. L’articolo dimostra come la manipolazione dei processi di immunità acquisita nella progettazione di biomateriali, possa essere la base dello sviluppo di future terapie capaci di supportare in maniera efficace l’equilibrio immunitario stimolando di conseguenza la riparazione delle parti sofferenti.
Ci si può aspettare un grande progresso nella lotta a patologie infiammatorie di ogni genere, disturbi neurologici, fibrosi nonché alcune forme di cancro.
Perché dal punto di vista del TTCE e’ corretto parlare di rivoluzione?
Prima di tutto perché si punta non a interventi specifici sulla ingegneria delle cellule coinvolte, (come avviene con le cellule staminali) ma piuttosto sulle cellule del sistema immunitario in grado di interagire direttamente con i biomateriali.
Tutto questo è reso possibile dall’emergere e dalla crescente incisività dell’ingegneria biomedica.
Questo tre centri offrono un ottimo esempio dei benefici che scienza e clinica possono ottenere quando vengono abbattute le barriere artificiali erette tra biologia dello sviluppo, immunologia, scienze dei biomateriali, medicina, biologia molecolare ed ingegneria, tra ricerca e applicazione pratica dei risultati.
Sembra inevitabile giungere alla conclusione che la nostra comprensione della biologia, della salute e della malattia debba radicalmente cambiare nel corso del prossimo decennio.
Il ruolo di struttre come CCaTSA, CTS e TTEC diventa quindi fondamentale.
