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Rapporto sugli esiti del convegno di Toledo

di Alice Braga

 

Quest’anno si è svolta la seconda edizione della International Summer School of Spinal Cord Injury and Neurotrauma, organizzata da Wings for Life, Spinal Research, dall’università Queen Mary di Londra e dal National Paraplegic’s Hospital di Toledo, interamente dedicata allo spinal cord injury. Nell’assolata Toledo, i maggiori esponenti di questa comunità scientifica nel campo delle lesioni traumatiche del midollo spinale hanno condiviso pensieri, critiche e i propri lavori con giovani ricercatori, studenti di dottorato e post-doc.

9 Alice Braga, giovane ricercatrice veronese davanti al microscopio confocale   Alice Braga al microscopio ed alla cappa sterile   9 Alice Braga,giovane ricercatrice veronese, al lavoro alla cappa sterile

Alla Scuola ha partecipato Alice Braga, dottoranda del gruppo di ricerca di Farmacologia dell’Università di Verona che, con il supporto di GALM, lavora sulle lesioni del midollo spinale e il possibile utilizzo di cellule staminali delle meningi, scoperta e attuale oggetto di studio del gruppo. Alla dottoressa Braga abbiamo chiesto di farci il punto di ciò che è emerso a Toledo nel campo della sperimentazione di terapie per le lesioni traumatiche del midollo spinale.

Guido Fumagalli *

*(Ordinario di Farmacologia Dipartimento della Sezione di Farmacologia Università di Verona).

 

Nella settimana di lavoro è stata fatta una revisione accurata e molto aggiornata sulla neurobiologia delle lesioni del sistema nervoso, con particolare attenzione al danno del midollo spinale. Molto si è discusso riguardo i modelli esistenti di lesione utilizzati per la ricerca, con i loro vantaggi e limiti, gli argomenti chiave in questo ambito e le strade più promettenti da intraprendere.

Oltre alle interessanti e preziose lezioni, ci sono state offerte alcune particolari possibilità: l’ultimo giorno è stato interamente dedicato alla visita del National Paraplegic’s Hospital di Toledo, abbiamo potuto visitare quattro diversi laboratori all’interno della struttura (laboratorio di riabilitazione, biomeccanica, funzione sensoriale-motoria e MRI ); una sessione poster dedicata ai progetti di tutti i gruppi dell’ospedale e dei partecipanti internazionali, che è stata molto utile per presentare i dati e discutere in prima persona sia con i giovani colleghi che con i capigruppo/oratori più famosi intervenuti nella Scuola.

L’esperienza non si è però limitata a conferenze e lezioni. Durante la settimana ci hanno messo alla prova con alcune piccole e divertenti sfide, stimolando la nostra curiosità e la nostra intraprendenza; dopo essere stati divisi in gruppi a caso, abbiamo provato ad organizzare diversi progetti inerenti i vari aspetti della patologia (come neuroinfiammazione, neurodegenerazione, neurorigenerazione), incluso idee e strategie su come apportare miglioramenti della qualità della vita del paziente. E’ stata un’interessante esperienza che ha arricchito tutti, sia noi che i professori.

Nella Scuola è stata anche trattata una delle tematiche che più ricorre in questo ambito di ricerca: il difficile passaggio dalla modalità di ricerca scientifica a quella di applicazione clinica. Di questo aspetto riferisco nei paragrafi che seguono

 

DAL LABORATORIO ALLA TERAPIA

Negli ultimi decenni la ricerca di base ha fatto grandi progressi nella comprensione dei meccanismi biologici che partecipano a generare il danno post-traumatico al midollo spinale; si tratta di conoscenze che sono necessarie per impostare approcci terapeutici che non siano semplici salti nel buio. È stato stimato che solo il 14% circa delle scoperte fatte in laboratorio su cellule e animali riescono ad entrare nella pratica medica e questo passaggio richiede all’incirca 17 anni. L’esperienza dimostra che quanto più solide ed abbondanti sono le conoscenze “precliniche”, tanto più rapido è il trasferimento alla “terapia”. La difficoltà di trasferimento sono tali da far coniare il termine: “valley of death” (valle della morte). La ricerca sulle terapie per le lesioni del midollo spinali sono oggi purtroppo  in questa “valle”.

Perché? Sicuramente importante il fatto che, nonostante il termine sia unico, la lesione al midollo spinale è in realtà una condizione eterogenea con vari gradi di lesione, paralisi e recupero; essa è una condizione che differisce anche pesantemente da individuo a individuo e rimane quindi molto difficile identificare protocolli terapeutici comuni. E’ un po’ come per il cancro, dove dietro al singolo termine si raggruppano centinaia di malattie diverse. I successi terapeutici che si stanno realizzando con il cancro sono dovuti fondamentalmente alla capacità che oggi hanno i ricercatori di riprodurre (a tappeto) in animali da esperimento i singoli tipi di cancro e di poterne così studiare le proprietà biologiche e quindi le sensibilità terapeutiche. Come vedremo più avanti, nonostante le conoscenze sulla “biologia” del danno, della cicatrice e delle riparazioni delle lesioni midollari sembrino tante, purtroppo non sono ancora solide; la mancanza di un numero adeguato di modelli sperimentali animali limita di molto il lavoro di trasferimento “laboratorio-paziente”

 

Cosa insegnano i trial clinici

Nella Summer School si è ampiamente discusso di un’interessante rivisitazione critica di studi clinici, effettuata dai Prof. Hug e Weidner del Spinal Cord Injury Center, Heidelberg University Hospital in Germania, che ha messo in luce molti dei limiti metodologici che frenano il trasferimento della ricerca preclinica al malato. In questa review sono stati presi in esami quattro diversi trattamenti sperimentati su persone con lesione al midollo spinale:

1.     Trapianto di cellule per modulare la risposta infiammatoria dopo la lesione (macrofagi attivati);

2.     Trapianto di precursori di oligodendrociti derivati da cellule staminali embrionali umane;

3.     Neutralizzazione di Nogo-A con specifici anticorpi;

4.     Inibizione della via di Rho con un composto (BA-210).

 

1- I trapianti di macrofagi attivati

I macrofagi del sistema nervoso sono considerati fattori chiave nella risposta infiammatoria in seguito alla lesione. Se da un lato l’infiammazione danneggia il tessuto nervoso (portando poi alla cicatrice e alla perdita di cellule), dall’altro alcune delle cellule coinvolte potrebbero in realtà essere utili nel riparare il danno. Pioniera in questa via di ricerca è Michal Schwartz : il suo gruppo ha dimostrato una parziale (limitata) riparazione del nervo ottico lesionato tramite trapianto di macrofagi preincubati con pezzi di nervi periferici. Questo approccio è stato poi trasferito a modelli murini di lesione del midollo spinale nel 1998 e lo studio è stato ripreso qualche anno dopo da un altro gruppo di ricerca introducendo alcuni cambiamenti nel metodo di preparazione dei macrofagi.

Nonostante i dati funzionali ottenuti mostrassero un miglioramento nei potenziali motori evocati in solo il 10% degli animali trattati, e non si sia cercato di capire il motivo del miglioramento (o della sua mancanza), è comunque stato iniziato in Israele uno studio su 8 pazienti con grado AIS (Abbreviated Injury Scale) ’A‘ ai quali sono state iniettate 4 milioni di cellule derivate dal sangue periferico in quattro diversi siti. Dopo 12 mesi, 3 dei pazienti hanno riscontrato un miglioramento raggiungendo il livello AIS C. Lo studio è quindi progredito coinvolgendo altri 12 pazienti in 5 centri negli Stati Uniti. Sorprendentemente, dopo sei mesi si è notato che i pazienti “controllo” (non trattati) miglioravano di più dei pazienti trattati. Il trial clinico è stato poi chiuso “per motivi finanziari”.

Cosa è sfuggito? In questo caso, l’analisi preclinica, seppure incoraggiante, era sicuramente da approfondire (che fine facevano le cellule trapiantate?) e i dati di recupero ottenuti negli animali non erano né eccezionali né solidi.

 

2- Cellule staminali embrionali

Dopo il trauma vi è una notevole perdita di oligodendrociti, le cellule che circondano, proteggono e fanno funzionare correttamente i neuroni (la cosiddetta “guaina mielinica”); a causa della “demielinizzazione” muoiono anche i moltissimi assoni che non avevano inizialmente subito danni con il trauma. Usando un modello animale di lesione in fase acuta, il gruppo californiano di Keirstead pubblicò nel 2005 uno studio nel quale venivano trapiantate cellule staminali embrionali (hESCs) che erano state differenziate in laboratorio in progenitori di oligodendrociti. Il razionale per il loro uso è basato sull’idea che le cellule iniettate possano sostituire gli oligodendrociti “moribondi e morti” e salvare gli assoni non ancora rotti. Gli studiosi riportavano un incremento del 136% degli assoni remielinizzati (di cui circa la metà riconducibile alle cellule trapiantate), accompagnato da un miglioramento nella locomozione. Da notare che lo stesso trattamento eseguito durante la fase cronica della lesione midollare non produceva alcun cambiamento. Nel 2009 la Geron Corp ha iniziato un trial clinico approvato della FDA americana (l’agenzia americana per il farmaco, U.S. Food Drug Administration) in pazienti con lesione toracica AIS A. Entro 14 giorni dalla lesione venivano iniettati 2 milioni di oligodendrociti derivati da hESCs nel sito della lesione in pazienti immunosoppressi (l’immunosoppressione era necessaria per evitare il rigetto delle cellule trapiantate che venivano da embrione donatore). Nel novembre del 2011 il trial è stato interrotto dopo che 5 pazienti erano stati sottoposti a trapianto. Anche qui la motivazione ufficiale è di tipo finanziario.

Cosa è sfuggito? Innanzitutto i costi per la preparazione delle cellule da trapiantare e i problemi legati alla formazione della cisti dopo il trapianto erano stati sottovalutati; inoltre (ed è forse la cosa che più interessa e che ha fermato lo studio) la terapia non ha portato ad alcun miglioramento nei pazienti. In letteratura esistono dati contrastanti sulle capacità di rimielinizzazione da parte di oligodendrociti derivati da hESCs e questo aspetto non era stato studiato prima dell’applicazione clinica.

 

3- Anti-Nogo-A

Martin Schwab di Zurigo fece l’importante scoperta di Nogo-A, uno dei membri di una famiglia di proteine che impediscono (controllano negativamente) la crescita dei neuroni (Nogo sta per: no go, non vai!). La scoperta accese subito la speranza che si potesse trovare la chiave per ripristinare la crescita dei neuroni rotti dalla lesione traumatica. Per questo furono prodotti anticorpi capaci di bloccare le proteine Nogo e furono organizzati diversi studi preclinici per studiare se e come l’inibizione di Nogo-A con anticorpi o specifici peptidi potesse migliorare il recupero funzionale e strutturale in animali lesionati. Stranamente i vari studi condotti su animali non prevedevano l’utilizzo di modelli di contusione del midollo e non è mai stato verificato se i miglioramenti funzionali che venivano registrati fossero realmente legati alla ricrescita degli assoni rotti. Comunque, a partire da questi studi preclinici, tra il 2006 e il 2011 è stato organizzato uno studio multicentrico, arruolando 51 pazienti para/tetraplegici che ricevettero infusioni intratecali dell’anticorpo anti-Nogo (Novartis) entro 28 giorni dalla lesione. I dati precisi sull’efficacia del trattamento non sono mai stati svelati, ma lo studio è stato interrotto.

Cosa è sfuggito? Al di là dell’uso di modelli animali di lesione midollare che erano inappropriati, gli studi preclinici non hanno mai chiarito a fondo né la natura né l’entità (modesta) del recupero strutturale e funzionale. Inoltre questi studi preclinici erano basati su trattamenti effettuati in fase acuta e non si è mai studiato l’effetto degli anticorpi o dei peptidi inibitori iniettandoli 28 giorni dopo la lesione come invece si è fatto nell’uomo.

 

4- Inattivazione di RhoA

Per i biologi Rho non è il paesino alle porte di Milano che ospita la Fiera ma una importante componente di un sistema di segnalazione che dice ai neuroni di bloccare la crescita dei loro assoni. Numerosi studi con inibitori di Rho hanno dimostrato una varietà di effetti morfologici e locomotori su animali medullo-lesi. In particolare è stato messo a punto un composto inibitore di Rho che produce un considerevole miglioramento funzionale nel modello di trauma midollare animale. Da questi dati ha avuto inizio il trial clinico basato sulla somministrazione epidurale dell’inibitore di Rho BA-210 entro 56 ore dalla lesione. Nonostante 35 pazienti (AIS A con lesione toracica o cervicale) abbiano completato lo studio, il trials è stato interrotto per l’inconsistenza dei dati, ufficialmente a causa della scarsità del campione.

Cosa è sfuggito? Anche in questo caso la tempistica di somministrazione è diversa da quella sperimentata sull’animale. Inoltre uno degli studi preclinici di maggior riferimento per il trattamento era basato sul taglio e non sulla lesione traumatica del midollo spinale.

 

CONCLUSIONE

Da questi esempi si può evincere quanto sia importante identificare già in fase preclinica strategie che possano essere realisticamente applicate al contesto clinico umano.

Questo aspetto è emerso nelle discussioni fra gruppi condotte nella Summer School. In particolare si è ribadito la necessità di confrontare l’approccio clinico sull’animale con quello praticabile nell’uomo. Ad esempio, moltissimi modelli preclinici effettuano trattamenti a poche ore dalla lesione, cosa abbastanza difficile da attuare nel contesto umano. Pochi poi sono gli studi su modelli di lesione “cronicizzata”, che è il corrispondente della situazione clinica della maggior parte dei pazienti con lesione al midollo spinale. Di questi aspetti si è parlato molto e senza dubbio l’utilizzo di modelli “cronici” diventerà una delle priorità del nostro laboratorio di Verona.

Come superare la “valley of death”della ricerca clinica sulle lesioni midollari?

Al di là di “fare gruppo”, di confrontarsi continuamente con colleghi di tutto il mondo, di rivedere le nostre scelte e le nostre priorità sperimentali, alcuni importanti tentativi sono in atto da parte di Enti e Associazioni, soprattutto americane. Nel 2003, il National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) ha lanciato un nuovo programma chiamato “Facilities of Research Excellence-Spinal Cord Injury” (FORE-SCI). Lo scopo di tale fondazione è definire quali progetti siano effettivamente trasferibili sull’uomo. Alla base dell’iniziativa vi è la constatazione riportata sopra che i vari test clinici iniziati e poi interrotti non erano sorretti da robuste evidenze sperimentali. FORE-SCI fornisce finanziamenti per replicare indipendentemente studi già pubblicati ed evitare che questi”salti nel buio” portino a studi sull’uomo destinati al fallimento. Benché molto ben strutturata, l’iniziativa ha riscontrato alcune difficoltà dovute alle grandi differenze che spesso esistono tra i laboratori in termini di metodi e modelli sperimentali e anche alla diffidenza reciproca tra i ricercatori che sono tra loro in competizione per ottenere i sempre più scarsi finanziamenti (dati spesso più sulla base dei risultati passati che delle proposte presentate). In parallelo si è sviluppato un nuovo progetto per la raccolta di dati informatici il cui scopo è quello di integrare i diversi dati funzionali e biologici ottenuti nelle varie ricerche condotte da 8 centri di ricerca in Europa e Stati Uniti.

Il nostro obiettivo è di riuscire a fare gruppo e di mantenere ed espandere i contatti internazionali in modo da poter essere sempre più efficaci per far uscire la ricerca clinica sulle lesioni spinali dalla sua attuale “valley of death”. E’ l’impegno che tutto il laboratorio sente su di sé, rinforzato dalla collaborazione e dall’appoggio di GALM e anche grazie a esperienze come quella da me vissuta a Toledo.

 

Alice Braga

dottoranda del gruppo di ricerca di Farmacologia dell’Università di Verona