I ricercatori dell’Istituto San Raffaele-Telethon per la Terapia Genica di Milano descrivono un nuovo
protocollo terapeutico che evita gli effetti tossici associati al trapianto di cellule staminali del sangue,
migliorandone la sicurezza e ampliando le potenziali applicazioni cliniche in terapia genica.

Milano, 26 maggio 2022 – In uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Cell, un gruppo di ricercatori dell’Istituto
San Raffaele-Telethon per la terapia genica (SR-Tiget), guidati da Luigi Naldini, ha mostrato come abbattere una delle più importanti barriere che limitano l’applicazione del trapianto di cellule staminali in terapia genica, ovvero la necessità di somministrare farmaci chemioterapici prima di infondere le cellule corrette nei pazienti. Nello studio, realizzato con il finanziamento di Fondazione Telethon, i ricercatori dell’SR-Tiget hanno combinato approcci molecolari e innovative tecniche basate sull’RNA messaggero, ottenendo un nuovo protocollo terapeutico – per ora ancora sperimentale – più sicuro e meno debilitante, che promette di allargare il numero di pazienti e di malattie per un cui la terapia genica potrebbe costituire un’opzione concreta.
«I risultati ottenuti rappresentano un traguardo importante per le applicazioni di terapia genica basata sulle cellule
staminali del sangue e spianano la strada verso regimi terapeutici che non prevedano più l’impiego di chemio o radioterapia, minimizzando gli effetti collaterali a breve e a lungo termine causati dall’elevata tossicità di questi
trattamenti» commenta Luigi Naldini, direttore di SR-Tiget e professore ordinario di Istologia e di Terapia genica e
Cellulare presso l’Università Vita-Salute San Raffaele di Milano.

Il ruolo della chemioterapia nei protocolli di terapia genica

La terapia genica mira a correggere nelle cellule “malate” la funzione di un gene difettoso, mediante il trasferimento
di una versione corretta e funzionale dello stesso gene. Nel contesto delle malattie ematologiche, un tipico protocollo di terapia genica prevede tre fasi, intervallate anche da parecchi giorni: la raccolta delle cellule staminali del sangue dal paziente, la loro correzione genetica in laboratorio e, infine, la loro re-infusione (o trapianto) nel paziente. Nella prima fase, il paziente viene sottoposto a un regime farmacologico che spinge una parte delle cellule staminali ad abbandonare la nicchia nella quale risiedono all’interno del midollo osseo per raggiungere la circolazione sanguigna. Questo trattamento è anche noto come mobilizzazione ed è in genere molto ben tollerato. Una volta raggiunto il sangue, le cellule staminali possono essere prelevate, purificate e trasferite in laboratorio, dove vengono corrette geneticamente con vettori lentivirali per il trasferimento genico o con le procedure di editing con CRISPR. Prima di poter ritrapiantare le cellule corrette è però necessario “fare loro spazio” nel midollo osseo del paziente, dove possano attecchire e ripopolare con la loro progenie corretta tutte le linee cellulari sanguigne.

Bisogna eliminare le cellule staminali portatrici della mutazione patologica che sono rimaste nel paziente e nel frattempo hanno rioccupato tutta la nicchia. Per farlo si deve ricorrere a dei protocolli, chiamati di “condizionamento”, a base di chemioterapia o di radioterapia, che come tutti i trattamenti di questo tipo sono associati a un’elevata tossicità sia acuta (danni alle mucose, alto rischio di infezioni talvolta anche letali) sia a lungo termine (danni agli organi, secondi tumori, sterilità) e vengono quindi applicati solo in pazienti in condizioni di riceverli e per il trattamento di gravi malattie. Quest’ultimo passaggio rappresenta quindi la barriera principale a un utilizzo più ampio e sicuro delle cellule staminali in terapia: il suo eventuale superamento rappresenta quindi da molti anni il miraggio di molte ricerche sperimentali.

Il nuovo protocollo messo a punto dal gruppo di Naldini

«Nel nostro lavoro abbiamo dimostrato come i farmaci impiegati per la mobilizzazione – se utilizzati massimizzandone l’efficacia – possono da soli creare, in una finestra temporale ristretta, lo spazio sufficiente nel midollo osseo necessario all’attecchimento delle cellule staminali corrette senza l’impiego di regimi di chemio o radioterapia» spiega Attya Omer Javed, prima autrice dello studio. L’idea alla base della scoperta è quella di mettere in competizione tra loro le cellule corrette con quelle residenti e ancora portatrici della mutazione, rendendo più difficile a queste ultime – e più facile alle prime – ripopolare la nicchia staminale all’interno del midollo. Il primo passo è stato sfruttare appieno il trattamento di mobilizzazione: per poter funzionare, questo trattamento danneggia le proteine di superficie che le cellule staminali del sangue usano per ancorarsi all’interno del midollo, ma i ricercatori hanno osservato che queste “proteine-ancora” vengono efficacemente ricostituite nelle cellule corrette durante la fase di coltura in laboratorio. Se reinfuse al picco di un trattamento di mobilizzazione, le cellule corrette hanno quindi un vantaggio nell’occupare la nicchia rispetto a quelle appena esposte al trattamento. Per potenziare ulteriormente il loro vantaggio, i ricercatori hanno pensato di utilizzare la tecnologia a RNA messaggero – la stessa usata per lo sviluppo dei vaccini contro il Covid-19 – e favorire una espressione superiore a quella fisiologica, ma pur sempre temporanea, delle proteine-ancora. «Abbiamo iniziato a testare l’utilizzo di RNA messaggero per promuovere l’espressione temporanea di un gene ancora prima dello sviluppo dei moderni vaccini a mRNA. Ora, forti degli straordinari risultati in termini di efficacia e sicurezza nei vaccini, possiamo sperare in una transizione più rapida in clinica» spiega Naldini.
Utilizzando cellule di donatori sani, pazienti e modelli animali, il gruppo di ricerca ha dimostrato l’efficacia terapeutica del nuovo protocollo di trapianto accoppiato a mobilizzazione in un modello animale di immunodeficienza primaria. Il risultato è la ricostituzione di una risposta immunitaria funzionale senza alcun bisogno di condizionamento. Successivamente, applicando il protocollo in un modello sperimentale con cellule staminali umane, ne hanno dimostrato la versatilità di applicazione nel contesto delle procedure di trasferimento genico con vettori lentivirali o di editing genetico con CRISPR, aprendo la strada ad un prossimo sviluppo clinico.
«Se l’efficienza di scambio ottenuta dopo potenziamento transitorio delle cellule geneticamente corrette negli
esperimenti appena descritti fosse replicata nell’uomo, potrebbe risultare efficace per il trattamento di numerose
malattie genetiche, dalle immunodeficienze primarie ad anemie ereditarie e malattie da accumulo, e non solo, aprendo nuovi orizzonti di applicazione per le moderne tecniche di terapia genica e cellulare,» conclude Naldini.
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“Mobilization-based chemotherapy-free engraftment of gene edited human hematopoietic stem cells”. Cell, 2022, DOI
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.039
Attya Omer Javed1 , Gabriele Pedrazzani1,2, Luisa Albano1 , Sherash Ghaus1, Claire Latroche1, Maura Manzi1 , Samuele Ferrari1,Martina Fiumara1,2, Aurelien Jacob1, Valentina Vavassori1, Alessandro Nonis3, Daniele Canarutto1,2,4, Luigi Naldini1,2,5, *
1. San Raffaele Telethon Institute for Gene Therapy, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, 20132 Milan (MI), Italy.
2. Vita-Salute San Raffaele University, 20132 Milan (MI), Italy.
3. CUSSB – University Center for Statistics in the Biomedical Sciences, Vita-Salute San Raffaele University, Milan, Italy.
4. Pediatric Immunohematology Unit and BMT Program, IRCCS San Raffaele Scientific Institute, Milan, Italy.
5. Lead contact ; *Correspondence: Luigi Naldini