Il gruppo di ricerca afferisce al Dipartimento di Scienze della Vita e al Dipartimento di Scienze Mediche, Chirurgiche e della Salute.

Il programma di ricerca coordinato è incentrato sugli aspetti sia di base che traslazionali della farmacologia degli immunosoppressori e dei farmaci antileucemici. Gli interessi di ricerca del team sono focalizzati sull'individuazione e lo studio delle caratteristiche molecolari e cellulari che possono essere utilizzate per personalizzare la terapia immunosoppressiva e antileucemica nei pazienti pediatrici. Con una combinazione di approcci farmacocinetici, farmacodinamici e farmacogenomici e di modelli in vitro, il gruppo studia il ruolo e l'interconnessione di queste caratteristiche e la loro associazione con la risposta dei pazienti alla terapia.

Al centro delle indagini è la personalizzazione della terapia per le malattie infiammatorie intestinali pediatriche, la leucemia linfoblastica acuta, la sindrome nefrosica e l'artrite idiopatica giovanile, con particolare attenzione ai farmaci utilizzati in queste malattie.

Approcci farmacologici per la personalizzazione della terapia della malattia infiammatoria intestinale pediatrica (MICI)

Le MICI sono caratterizzate da un'infiammazione idiopatica cronica intestinale e comprendono due principali disturbi: malattia di Crohn e rettocolite ulcerosa. Il picco di insorgenza di MICI è nelle persone di età compresa tra 15 e 30 anni; tuttavia, l'insorgenza della malattia nei pazienti pediatrici è frequente e un aumento dei tassi di incidenza a livello globale (in particolare della malattia di Crohn) sono stati dimostrati sia nei paesi sviluppati che in via di sviluppo, costituendo una vera epidemia nei bambini.  Al momento, non esiste una terapia curativa per queste malattie, ma molti farmaci immunosoppressori sono attualmente impiegati.

Anticorpi monoclonali diretti verso TNFα (principalmente infliximab e adalimumab) e altre citochine sono efficaci per indurre la remissione e per la terapia di mantenimento in forme refrattarie della malattia. I glucocorticoidi (GC) vengono somministrati per indurre la remissione, anche se il loro uso è limitato da effetti avversi particolarmente severi nei pazienti pediatrici. Gli antimetaboliti tiopurinici azatioprina (AZA) e mercaptopurina (MP) sono efficaci per mantenere la remissione. Nei casi che non rispondono a queste terapie, la talidomide è stato recentemente proposto come agente efficace.

La terapia biologica con antagonisti del TNF-alfa come l'infliximab ha migliorato significativamente la gestione clinica dei pazienti pediatrici con IBD grave: sono in corso studi per monitorare il trattamento con infliximab e adalimumab con approcci farmacocinetici e farmacodinamici innovativi per ottimizzare ulteriormente e razionalizzare la terapia con antagonisti del TNF-alfa nei bambini che hanno bisogno di questi farmaci costosi. Le informazioni ottenute da questi studi traslazionali saranno estremamente utili per ottimizzare la terapia, migliorare i tassi di cura e ridurre gli effetti collaterali.

Per i glucocorticoidi, l'efficacia di questi farmaci è molto variabile e gli effetti collaterali, particolarmente gravi nei pazienti pediatrici, sono comuni e spesso imprevedibili: la comprensione della regolazione genica complessa mediata dai glucocorticoidi potrebbe far luce sulle cause di questa variabilità. In questo contesto, le caratteristiche epigenetiche, come i profili di espressione di RNA non codificante o i profili di metilazione del DNA rappresentano un nuovo e promettente campo di ricerca.

Per l'azatioprina, la ricerca attuale considera la concentrazione di metaboliti tiopurinici nei bambini con IBD e la associa con polimorfismi in determinanti candidati della biotrasformazione della tiopurina, come tiopurina-S-metil transferasi (TPMT), inosina-trifosfato-pirofosfatasi (ITPA) e glutatione- S-transferasi (GST). Particolare attenzione viene posta sugli aspetti di sviluppo della biotrasformazione della tiopurina durante la crescita dei pazienti.

Per la talidomide, mediante approcci di sequenziamento high-throughput e analisi di geni candidati, gli studi in corso hanno lo scopo di identificare determinanti genetici ed epigenetici associati sia  all’efficacia ma anche ai noti effetti collaterali, tra cui la neuropatia.

Recentemente lo studio della variabilità interindividuale nella risposta ai farmaci immunosoppressori nelle MICI è stato sviluppato grazie alla messa a punto di modelli innovativi paziente-specifici di tessuto intestinale, ovvero gli organoidi.

Approcci farmacologici per la personalizzazione della terapia della leucemia linfoblastica acuta (LLA)

I protocolli polichemioterapici adattati al rischio curano con successo l'85% dei pazienti con LLA, la più frequente neoplasia ematologica dell'infanzia. Oltre a questa importante percentuale di successo, la terapia della LLA è complicata da variazioni interindividuali, attualmente imprevedibili, nella risposta clinica. Infatti, tra i pazienti che ricadono, il 50-70% ha un esito fatale; inoltre, la maggior parte dei pazienti sviluppa effetti avversi correlati alla chemioterapia gravi o addirittura letali. Uno studio prospettico multicentrico, focalizzato principalmente sugli antimetaboliti metotressato e sulla mercaptopurina impiegati nel protocollo polichemioterapico della LLA è in corso; questo studio è condotto su pazienti arruolati nel protocollo AIEOP-BFM (Associazione Italiana Ematologia e Oncologia Pediatrica - Berlin Frankfurt Munchen) ALL 2009 e intende integrare diverse misurazioni farmacologiche (farmacogenetiche, farmacocinetiche e farmacodinamiche) con la loro risposta alla terapia, con lo scopo di fornire ai medici gli strumenti per adattare al meglio il trattamento alle caratteristiche individuali dei pazienti. Le variabili farmacogenomiche considerate sono polimorfismi a singolo nucleotide nei geni coinvolti nella biotrasformazione della mercaptopurina (TPMT, ITPA, PACSIN2), nel gene SLCO1B1 coinvolto nell’escrezione del metotressato e nelle delezioni di GST-M1 e GST-T1, importanti per la detossificazione di diversi farmaci. Le varianti di interesse sono anche esaminate retrospettivamente in pazienti arruolati nel precedente protocollo AIEOP-BFM ALL 2000 il cui DNA e dati clinici sono già disponibili. Le misurazioni di farmacocinetica comprendono la clearance del metotressato durante la fase di consolidamento e la valutazione dei principali metaboliti attivi di MP (nucleotidi di tioguanina e metilmercaptopurina nucleotide metilata) nonché dell'attività enzimatica di TPMT e ITPA, monitorata durante il consolidamento e la terapia di mantenimento. I parametri farmacodinamici sono forniti dal test MTT in vitro sui blasti alla diagnosi che misura gli effetti citotossici dei farmaci antileucemici. Le analisi statistiche valutano l'associazione tra i parametri farmacologici in vitro dei pazienti e la risposta in vivo, per verificare il ruolo prognostico sull'esito clinico.

Approcci farmacologici per la personalizzazione della terapia della sindrome nefrosica (SN)

La SN è una malattia renale infantile causata da una compromissione della funzione glomerulare che si presenta tipicamente nella prima decade di vita. I glucocorticoidi sono considerati la terapia di prima linea della SN infantile idiopatica e sono in grado di indurre la remissione nel 90-95% dei pazienti. La reattività ai glucocorticoidi alla diagnosi è di grande importanza prognostica per quanto riguarda la funzionalità renale, che è generalmente ben conservata nelle SN sensibili a questi farmaci. Casi di SN resistenti ai glucocorticoidi, primarie e secondarie, sono osservate rispettivamente nel 5-10% e nell'1-3% dei bambini e questi pazienti sono soggetti a malattia progressiva e insufficienza renale. Anche le recidive sono comuni nei bambini; i pazienti pediatrici con malattia recidivante sono a rischio di gravi complicazioni.

Sono stati fatti molti sforzi per prevedere la risposta ai glucocorticoidi nei bambini con SN per evitare terapie farmacologiche inutili ed effetti collaterali, ma con risultati contrastanti.

L'obiettivo principale di questa ricerca è la valutazione del ruolo delle caratteristiche farmacogenomiche coinvolte nella farmacocinetica e farmacodinamica dei glucocorticoidi nella risposta alla terapia steroidea nei pazienti pediatrici con SN trattati con un protocollo standardizzato. Tali caratteristiche includono polimorfismi genetici e profili epigenetici, in particolare la metilazione del DNA. Queste analisi porteranno all'identificazione di marcatori genetici utili, che permettano di prevedere a priori l'efficacia e della terapia steroidea. Gli obiettivi secondari sono verificare le possibili relazioni tra polimorfismi genetici e risposta ai glucocorticoidi in vitro (test di proliferazione delle cellule mononucleate).

Approcci farmacologici per la personalizzazione della terapia dell'artrite idiopatica giovanile (AIG)

Per i bambini con AIG che non rispondono all’antimetabolita metotressato, il ritardo nell'identificazione del trattamento ottimale in uno stadio precoce della malattia può portare a danni articolari a lungo termine.

L'obiettivo primario è identificare i marcatori farmacogenetici e farmacocinetici utili nel predire l'efficacia del metotressato in pazienti con AIG. Infatti, l'identificazione di pazienti che potrebbero rispondere al metotressato prima del trattamento sarebbe molto utile per il clinico ed il nostro studio dovrebbe supportare lo sviluppo di profili farmacogenetici multilocus per predire la risposta al metotressato in questi pazienti. La genotipizzazione deve essere eseguita alla diagnosi ed i pazienti con un genotipo che predispone alla risposta potrebbero essere trattati con metotressato, data l'alta probabilità di risposta a questo trattamento. Questo studio fornisce un razionale per riservare i farmaci biologici ai pazienti che probabilmente non beneficeranno di trattamenti meno costosi ma comunque efficaci come il metotressato. Al contrario, i pazienti con varianti associate alla mancanza di efficacia del metotressato, dovrebbero essere trasferiti più rapidamente ad un trattamento più aggressivo (cioè, metotressato + biologi o biologici da soli).

Lo studio è svolto nell’ambito di un consorzio internazionale che coinvolge centri italiani (ospedali pediatrici Burlo e Meyer) e statunitensi (coordinati dall’ospedale di Cincinnati). La risposta clinica al metotressato viene valutata come valori di attività della malattia (valori e cambiamenti di JADAS e ACRped) e come remissione clinica stabile per un periodo di 6 mesi. Gli SNP più rilevanti per ciascun gene considerato sono saggiati sul DNA dei pazienti. Caratteristiche farmacocinetiche come la concentrazione dei metaboliti attivi di farmaco, metotressato poliglutammati e l’attività dell’enzima inosina-trifosfato-pirofosfatasi sono misurati negli eritrociti dei pazienti.

Recentemente sono stati avviati degli studi riguardanti la messa a punto di biosensori peptidici per quantificare l’attività di tirosina chinasi costitutivamente attive in certi sottotipi di leucemia linfoblastica acuta, in particolare quelli che presentano la traslocazione BCR-ABL oppure altre traslocazioni che portano ad un profilo trascrittomico simile alle leucemie BCR-ABL (leucemia BCR-ABL like); inoltre è stato avviato uno studio riguardo la personalizzazione del regima mieloablativo con busulfano nei pazienti leucemici in cui la chemioterapia non ha successo o in cui la malattia ricade e che vanno incontro a trapianto di midollo osseo.

Studi meccanicistici in vitro sulla farmacocinetica, la farmacodinamica e la farmacogenomica dei glucocorticoidi e degli antimetaboliti

Le ipotesi molecolari generate sulla base delle osservazioni fatte nei pazienti sono verificate in vitro, per ottenere informazioni sui meccanismi cellulari e molecolari alla base dei fenomeni clinici rilevanti e per migliorare ulteriormente la pratica clinica.

Attualmente, questi esperimenti in vitro sono focalizzati su:

- identificazione di long non coding RNA come potenziali marcatori coinvolti nel meccanismo molecolare dei glucocorticoidi, fornendo così una nuova valutazione del loro coinvolgimento nel fenomeno della resistenza agli steroidi; uno scopo importante di questa ricerca è quello di fornire uno strumento che potrebbe consentire l'ottimizzazione della terapia steroidea nei pazienti trattati con questi farmaci;

- sviluppo di un modello biotecnologico per studiare gli effetti delle tiopurine in vitro ed il contributo dei determinanti genetici nella modulazione degli effetti citotossici e della biotrasformazione degli antimetaboliti, con particolare attenzione agli eventi che si verificano in tessuti intestinali, epatici e pancreatici: questo modello potrebbe quindi essere impiegato per validare il ruolo dei fattori genetici (emergenti anche dagli studi sull'intero genoma) sulla sensibilità dei pazienti alle tiopurine e per valutare gli effetti degli aggiustamenti del trattamento;

- sviluppo di modelli farmacologici innovativi basati sulle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC): si tratta di cellule staminali ottenute riprogrammando le cellule somatiche in uno stato simile all'embrione mediante l'espressione forzata di geni selezionati. La pluripotenza delle iPSC consente di ottenere linee cellulari altrimenti non facilmente accessibili da soggetti umani, poiché possono essere differenziate in vari tipi di cellule, crescendo le iPSC in condizioni appropriate. I progressi nella tecnologia delle iPSC creano nuove possibilità per modellare le malattie e per controllare gli effetti avversi dei farmaci in un modo più personalizzato. Studi pionieristici sono stati condotti su cellule epatiche, cardiache e nervose. Tuttavia, attualmente, gli studi basati sulla tecnologia delle iPSC, sul pancreas esocrino e sulla pancreatite indotta da farmaci sono limitati e questo è il punto focale della nostra attuale ricerca in questo ambito.