La terapia genica per il sistema nervoso centrale

La terapia genica per le malattie del sistema nervoso centrale è una delle frontiere più promettenti della ricerca sulle malattie genetiche rare.

All’SR-Tiget i ricercatori stanno sviluppando nuove strategie di terapia genica per intervenire direttamente sul sistema nervoso centrale.

Uno dei risultati più importanti di questa ricerca è stato lo sviluppo della prima terapia genica per la leucodistrofia metacromatica, una rara malattia genetica da accumulo lisosomiale, approvata da EMA nel 2020 e da FDA nel 2024.

A partire da questo risultato, la ricerca prosegue su più fronti: da un lato per comprendere meglio i meccanismi biologici che permettono alla terapia di funzionare, dall’altro per sviluppare nuovi approcci che possano estendere il trattamento ad altre malattie. La ricerca sta inoltre esplorando nuove modalità di somministrazione della terapia e l’utilizzo del gene editing.

La leucodistrofia metacromatica è una malattia rara in cui nel sistema nervoso si accumulano sostanze tossiche perché manca un enzima necessario a smaltirle. Il problema non è solo produrre l’enzima mancante, ma farlo arrivare nel cervello, che è uno degli organi più difficili da raggiungere con le terapie.

A rendere difficile il trattamento è soprattutto la barriera ematoencefalica, una struttura che protegge il cervello e impedisce a molte sostanze presenti nel sangue di raggiungerlo. Per essere efficace, la terapia deve permettere alle cellule modificate di superare queste barriere, raggiungere il cervello e produrre nel tempo quantità sufficienti di enzima.

«La promessa della terapia genica non è curare la malattia, ma cambiarne il decorso se si interviene nel modo giusto e al momento giusto. L’obiettivo è portare l’enzima dove serve davvero, superando barriere biologiche che normalmente ne impediscono l’accesso al cervello», commenta Angela Gritti, professore associato di Istologia Umana presso l'Università Vita-Salute San Raffaele e coordinatrice di un'unità di ricerca del SR-TIGET dedicata allo sviluppo di terapie geniche per il trattamento di malattie genetiche neurodegenerative.

Per questo motivo si utilizzano cellule staminali del sangue del paziente, che vengono modificate geneticamente in laboratorio e poi reinfuse. Una volta trapiantate, queste cellule generano nuove cellule immunitarie che possono migrare anche nel cervello.

Il vantaggio del trapianto di cellule staminali è che possono auto-rinnovarsi e durare a lungo nell’organismo, garantendo nel tempo una produzione continua di cellule corrette. Queste cellule possono attraversare le barriere biologiche, raggiungere il sistema nervoso e produrre quantità elevate di enzima, superiori a quelle ottenibili con un trapianto tradizionale. «Trapiantare cellule staminali ingegnerizzate per produrre grandi quantità dell’enzima sulfatasi A permette una produzione elevata anche nelle cellule che da esse derivano», commenta Vasco Meneghini, ricercatore senior dell’unità di ricerca SR-TIGET condotta da Angela Gritti.

Questo trattamento permette alle cellule derivate dalle staminali trapiantate di diffondersi nei diversi tessuti, compreso il sistema nervoso centrale, dove contribuiscono alla popolazione cellulare residente.

Una caratteristica fondamentale di questo approccio è che le cellule modificate producono quantità di enzima più elevate rispetto a quelle ottenibili con un trapianto tradizionale, che può essere assorbito anche dalle cellule nervose malate: un processo chiamato cross-correzione. Livelli normali di enzima, infatti, non sono sufficienti a contrastare la progressione della malattia.

Una volta entrato nella cellula, l’enzima permette di eliminare le sostanze tossiche accumulate. «In questo approccio di terapia genica  ex vivo, le cellule nervose non sono modificate geneticamente, ma beneficiano di una correzione indiretta perché ricaptano l’enzima rilasciato dalle cellule mieloidi ingegnerizzate», spiega Angela Gritti.

Più l’enzima viene sintetizzato dalla cellula trapiantata, maggiore sarà la quantità disponibile per la correzione delle cellule circostanti. «Maggiore è la produzione, maggiore è il rilascio, maggiore è la quota disponibile per la correzione della cellula colpita dalla patologia», conclude Meneghini.

Nel campo delle leucodistrofie e delle malattie da accumulo lisosomiale, la strategia terapeutica non è unica. Oggi la ricerca segue due strade principali:

L’obiettivo degli studi sull’approccio ex vivo è aumentare l’efficacia della terapia. In queste malattie, infatti, più enzima arriva alle cellule, maggiore è la possibilità di ridurre l’accumulo tossico.

Per questo la ricerca punta ad aumentare la produzione dell’enzima, migliorarne il rilascio e favorire la cross-correzione, cioè la capacità delle cellule corrette di aiutare anche quelle non modificate.

Esiste però un limite biologico importante: il tempo necessario perché le cellule modificate raggiungano il cervello. Dopo il trapianto possono essere necessari alcuni mesi. Questo rappresenta una difficoltà soprattutto nelle forme infantili più aggressive. «È importante favorire la ripopolazione del sistema nervoso da parte delle cellule trapiantate, un processo che può richiedere alcuni mesi. Questo è un problema nelle forme infantili, o più in generale nelle forme molto rapide e aggressive: la terapia funziona, ma spesso manca il tempo necessario perché agisca in modo efficace», sottolinea Angela Gritti.

L’approccio ex vivo non riguarda solo la leucodistrofia metacromatica, ma anche altre malattie con meccanismi simili. «Noi da anni studiamo queste malattie, non solo la leucodistrofia metacromatica ma anche altre patologie lisosomiali, come la leucodistrofia a cellule globoidi e le GM2 gangliosidosi», spiega Angela Gritti.

Alla base di queste malattie c’è sempre un difetto enzimatico che porta all’accumulo di sostanze tossiche nelle cellule. In alcune malattie l’accumulo colpisce soprattutto i neuroni, mentre in altre può coinvolgere anche altri organi.

Il principio, però, è sempre lo stesso: la mancanza di un enzima porta all’accumulo progressivo di sostanze dannose per le cellule. Proprio questa base comune ha spinto i ricercatori a sviluppare l’approccio ex vivo come una piattaforma terapeutica.

«L’idea è utilizzare lo stesso vettore per più malattie simili, così da rendere lo sviluppo delle terapie più efficiente senza compromettere gli standard di sicurezza, che sono la priorità nella prima fase della sperimentazione clinica», spiega Gritti. Anche le autorità regolatorie stanno lavorando per rendere più efficiente la valutazione di terapie per malattie con caratteristiche simili.

Accanto alla strategia ex vivo, negli ultimi anni si è sviluppato un secondo approccio: quello in vivo, in cui il vettore viene iniettato direttamente nel cervello.

In questo modo sono le cellule nervose stesse a essere modificate e a produrre l’enzima terapeutico. L’enzima rilasciato può essere utilizzato anche dalle cellule vicine e diffondersi nel liquido cerebrospinale, raggiungendo altre cellule malate.

Il principale vantaggio è la rapidità: a differenza dell’approccio ex vivo, che può richiedere mesi, con l’in vivo si ottengono livelli elevati di enzima in pochi giorni, un aspetto importante nelle malattie che progrediscono rapidamente. Il limite è che l’effetto resta confinato soprattutto al cervello: l’enzima prodotto non raggiunge in modo significativo gli altri organi. Per questo non è una soluzione universale ma un’opzione mirata.

«Per la leucodistrofia metacromatica abbiamo pensato questo approccio per pazienti con esordio tardivo, con progressione più lenta e coinvolgimento meno aggressivo di altri organi. Le forme infantili precoci sono molto aggressive e multisistemiche. In quei casi l’approccio in vivo non sarebbe sufficiente, perché non corregge il sistema periferico e gli altri organi», spiega Angela Gritti. Anche nelle forme meno gravi può esserci un coinvolgimento di altri organi. Per questo la selezione dei pazienti è decisiva: l’obiettivo è individuare i casi in cui la correzione del sistema nervoso centrale possa portare il maggiore beneficio clinico.

Ex vivo e in vivo non sono soluzioni alternative, ma strategie che rispondono a esigenze cliniche diverse. L’approccio ex vivo punta a una correzione più ampia dell’organismo attraverso cellule staminali modificate, mentre l’approccio in vivo interviene direttamente nel cervello e privilegia la rapidità di azione.

La scelta dipende dalle caratteristiche della malattia: età di esordio, velocità di progressione e coinvolgimento di altri organi. Nelle forme precoci e multisistemiche può essere necessario un approccio capace di agire su più distretti, mentre nelle forme più tardive può essere più importante intervenire rapidamente nel cervello. In entrambi i casi l’obiettivo è lo stesso: rendere disponibile l’enzima mancante, ma con modalità e tempi diversi.

Gli approcci descritti finora rientrano nel gene transfer, cioè strategie che introducono una copia funzionante di un gene per compensare l’assenza di un enzima. Il gene editing, invece, segue una logica diversa ed è utile nelle malattie genetiche dominanti, in cui il problema non è la mancanza di una proteina ma la presenza di una proteina mutata e tossica.

Il gene editing permette di modificare direttamente il DNA per correggere una mutazione. Un esempio è la malattia di Alexander, una rara leucodistrofia causata da mutazioni nel gene GFAP. In questo caso il problema non è la mancanza di una proteina, ma la presenza di una proteina mutata che danneggia le cellule nervose. La strategia, quindi, non consiste nell’aggiungere un gene, ma nel modificare quello esistente.

Le strategie possibili sono due: spegnere la proteina mutata oppure correggere direttamente la mutazione. «Noi abbiamo tentato di spegnere entrambi gli alleli, perché questo permetterebbe di trattare potenzialmente tutte le mutazioni. Parallelamente stiamo sviluppando approcci per correggere solo l’allele mutato e ristabilire livelli fisiologici di espressione», precisa Vasco Meneghini.

Lo sviluppo del gene editing presenta però alcune sfide, legate sia agli enzimi utilizzati (“le forbici”) sia alle modalità di somministrazione. Gli strumenti più utilizzati sono enzimi come Cas9, che agiscono direttamente sul DNA. Poiché derivano da batteri, però, possono provocare una risposta immunitaria e comportano il rischio di modifiche indesiderate in altre regioni del genoma. Per questo si stanno studiando nuove modalità di somministrazione, come nanoparticelle lipidiche o viral-like particles, che permettono un’esposizione temporanea dell’enzima di editing e riducono il rischio immunitario e quello di modifiche fuori bersaglio.

Lo sviluppo di queste terapie dipende dalla continuità dei finanziamenti.
Le associazioni di pazienti svolgono un ruolo importante sia nel sostegno economico sia nel progresso della ricerca. «Fondazione Telethon è il nostro principale riferimento, ma riceviamo finanziamenti anche da associazioni di pazienti europee e americane. Altri fondi possono arrivare dall’Unione Europea e dal Ministero della Salute. La ricerca richiede finanziamenti continui provenienti da più fonti», afferma Gritti.

Il progresso non dipende solo dall’innovazione scientifica, ma anche dalla disponibilità di risorse e dal dialogo con le autorità regolatorie. È da questo equilibrio che la ricerca può trasformarsi in nuove opportunità terapeutiche per i pazienti.