Terapia genica: passato, presente e futuro

Nell’ultimo decennio il mondo della scienza ha assistito al trionfo della terapia genica e cellulare: nuovi farmaci per disturbi fino a pochi anni fa incurabili sono stati infatti approvati con successo dopo anni di duro lavoro. Queste terapie hanno lo scopo di curare diverse indicazioni cliniche e target tissutali, come ad esempio malattie genetiche rare e cancro.

L’approvazione di questi farmaci non solo ha modo di cambiare la vita dei pazienti colpiti, ma, con il suo impatto, offre anche la possibilità di aumentare l’interesse e i fondi per sviluppare trattamenti per molte altre condizioni che ancora oggi affliggono gravemente molte persone.

Considerando queste premesse, è interessante capire la storia di questa branca dell’ingegneria genetica, al fine di capire in modo siamo arrivati al punto in cui ci troviamo oggi.

Cos'è la terapia genica?

La terapia genica è una strategia terapeutica che ha l’obiettivo di trattare le patologie mirando direttamente ai difetti genetici che le causano. Molte malattie infatti sono dovute alla presenza di un gene mutato, il quale provoca una mancata produzione di una proteina o un suo malfunzionamento; la terapia genica può essere in grado di introdurre una copia normale di tale gene per ripristinare la normale funzione della proteina d’interesse.

Un po' di storia

Il concetto di terapia genica nasce alla fine degli anni ‘80 con lo sviluppo delle nuove tecniche del DNA ricombinante, tecniche che permettono di costruire pezzi di DNA contenenti sequenze geniche desiderate. L’approccio alla base di questo tipo di terapie è di fornire all’organismo una copia corretta del gene difettoso o, in alternativa, di un altro gene che possa compensarne il malfunzionamento.

Vettori

Non si può inserire direttamente un gene in una cellula: è necessario utilizzare un vettore geneticamente modificato contenente il gene di interesse. A questo scopo vengono utilizzati plasmidi, nanovettori e virus. Questi ultimi sono utilizzati più frequentemente nella terapia genica, perché possono fornire il nuovo gene alle cellule d’interesse semplicemente sfruttando i meccanismi propri del virus di aderire alla superficie cellulare e rilasciare il proprio materiale genetico in essa. A questo fine, ovviamente, tali vettori virali sono modificati in modo da non essere patogeni. Tra le tipologie virali più utilizzate vi sono retrovirus, lentivirus, e adenovirus. La somministrazione può avvenire sia “in vivo” che “ex vivo”: nel primo caso, il gene modificato viene somministrato direttamente nell’organismo del paziente, mediante un’iniezione per via locale o per via sistemica. Nel secondo caso, invece, la correzione avviene all’esterno dell’organismo del paziente: le cellule bersaglio vengono prelevate dal paziente, modificate geneticamente e reintrodotte nel paziente stesso successivamente.

La terapia genica è una strategia terapeutica che ha l’obiettivo di trattare le patologie mirando direttamente ai difetti genetici che le causano

Il caso di Jessie Gelsinger

Sono molti i successi di questo approccio terapeutico, ma purtroppo nella storia non sono mancati episodi drammatici: è famoso infatti il caso di Jessie Gelsinger, un diciottenne affetto da una forma lieve di deficit di ornitina-transcarbamilasi (OTCD), una epatopatia ereditaria, che nel 1999 morì nel corso di una sperimentazione per una violentissima reazione immunitaria nei confronti del vettore che avrebbe dovuto curarlo. Nelle settimane successive alla sua morte si scoprirono preoccupanti falle nella conduzione dello studio: in particolare sembra che i risultati del test preliminare per includere il ragazzo in questa ricerca avevano evidenziato una scarsa funzionalità epatica, ad indicazione del fatto che probabilmente sarebbe stato meglio escluderlo dal trial clinico.

Questo insuccesso portò da una parte ad una sfiducia in queste terapie e conseguentemente ad un crollo degli investimenti nel settore; dall'altra, furono imposte regole nuove e più severe per le sperimentazioni sull’uomo, permettendo così ai ricercatori di sperimentare e valutare vettori virali più sicuri. Tra questi i citati lentivirus e adenovirus, per lo più innocui per l’uomo.

Terapia per malattie rare

Ci sono, però, anche buone notizie: questa strategia oggi è alla base di una cura per i malati di ADA-SCID, malattia rara che colpisce un bambino ogni 200 mila nati e che porta ad un mancato sviluppo del sistema immunitario per un deficit nella produzione dell’enzima adenosina-deaminasi (ADA) codificato da un omonimo gene. L’ADA-SCID è ancora oggi una condizione spesso fatale entro il primo anno di vita. I primi studi con terapia genica risalgono agli anni ’90, quando gli statunitensi Anderson e Blaise curarono una bambina malata di ADA-SCID correggendo direttamente il DNA dei linfociti T della piccola paziente: il perfezionamento delle tecniche utilizzate ha portato poi, nel 2016, all’approvazione da parte dell’Agenzia europea per i medicinali di una vera e propria cura, chiamata Strimvelis.

La terapia in questione consiste nel prelievo dal midollo osseo di cellule staminali del sangue, le quali vengono successivamente modificate in laboratorio. La correzione avviene attraverso l’inserimento del gene corretto immesso in un vettore virale, in particolare viene utilizzato un retrovirus, il quale è in grado di integrarsi nell’organismo ospite. Una volta modificate, le staminali vengono infuse nuovamente nel paziente affinché possano svolgere la loro normale funzione.

Strade future

Il potenziale della terapia genica è alto: potrebbe rappresentare una cura definitiva per molte gravissime malattie per cui oggi non esistono valide opzioni terapeutiche. Ad oggi la ricerca nell’ambito della terapia genica spazia dalle malattie genetiche rare, alle malattie autoimmuni e infettive, ma anche al cancro.

La terapia genica potrebbe essere la cura definitiva per molte patologie di cui ad oggi non esiste terapia

Lo sviluppo di tecnologie che si basano sul controllo della somministrazione di acidi nucleici, sulla modulazione del sistema immunitario e sulla manipolazione precisa del genoma umano - tecnologie non lontanamente immaginabili dieci anni fa - è a livelli senza precedenti. Queste innovazioni saranno probabilmente in grado di sbloccare nuove aree della medicina nei prossimi anni. Allo stesso tempo, la terapia genica ha ispirato aree di ricerca completamente nuove, come la biologia sintetica, la riprogrammazione cellulare e la genomica funzionale ad alto rendimento, che senza dubbio continueranno a rimodellare il volto della ricerca biomedica.

Bisogna tener conto che le tecnologie della terapia genica sono ancora largamente sperimentali, e pongono quindi un importante problema di sicurezza per i pazienti. Inoltre, vi sono anche delle problematiche etiche: mentre l’utilizzo della terapia genica è condivisibile e accettato quando lo scopo è quello di consentire la sopravvivenza o di migliorare le condizioni di salute di pazienti affetti da malattie invalidanti, appare oggi evidente che le medesime tecnologie possano anche essere utilizzate in futuro per il miglioramento cosmetico o delle prestazioni individuali, ad esempio quelle sportive.

Nicole Pavoncello

Le 5 cose da sapere: domande e risposte sui vaccini COVID-19

Grazie ai numerosi sforzi e alle numerose ricerche condotte in tutto il mondo, diversi vaccini anti COVID-19 con altrettante differenti metodologie sono stati sviluppati, testati, prodotti e alcuni di essi sono diventati recentemente disponibili. Milioni di persone hanno già ricevuto le dosi, ma nonostante i dati sulla sicurezza e efficacia, per alcune persone permangono ancora dubbi e perplessità. Oggi proveremo a risolverne insieme qualcuno.

Come funzionano i vaccini contro COVID-19

Prima di passare alle domande, è necessario descrivere brevemente come funzionano i vaccini contro COVID-19. Quando il virus SARS-CoV-2 entra nel nostro organismo, il sistema immunitario acquisito riconosce il patogeno, e conseguentemente disegna per questo agente esterno uno specifico identikit. Questo identikit viene quindi salvato nella memoria del nostro organismo permettendo il riconoscimento più rapido nel caso di un seguente attacco da parte del patogeno. Quanti di noi hanno sentito parlare in questi mesi delle immunoglobuline IgG e IgM? Bene, le IgG e le IgM sono le principali protagoniste di questo meccanismo di immunità acquisita (e sono due dei vari altri anticorpi sviluppati dal nostro corpo).

Disegnare questo identikit, almeno per quanto riguarda i vaccini contro COVID-19, può avvenire in 3 modi:

Innanzitutto, inoculando l'RNA messaggero (mRNA), come avviene nei vaccini a mRNA di Pfizer-BioNTech e Moderna. L'mRNA è il filamento di ribonucleotidi (i mattoncini che compongono l’RNA) che porta le informazioni necessarie per sintetizzare una determinata proteina; somministrando l'mRNA è possibile insegnare alla cellula a produrre in autonomia la proteina virale (o parte di essa), in modo da scatenare la reazione immunitaria e costruire l'identikit. In questo specifico la proteina è Spike, che costituisce la corona del SARS-CoV-2. Una volta formata all’interno delle nostre cellule, il sistema immunitario riconoscerà la proteina come un agente esterno e inizierà a costruire una risposta immunitaria, partendo dalla formazione degli anticorpi. Questa tipologia di vaccino ha dalla sua parte l’alta efficacia e la velocità di produzione, ma deve essere mantenuto a temperature molto basse a causa dell'instabilità dell'RNA, per evitarne il deterioramento.

Una seconda metodologia è quella utilizzata dai vaccini a vettore virale di Astrazeneca-Oxford e ReiThera-Istituto Spallanzani. Questa categoria di vaccini sfrutta la versione attenuata di un virus a DNA (Adenovirus), versione innocua poiché privata delle sequenze che rendono il microrganismo nocivo e contagioso. Questo vettore virale viene usato per introdurre all'interno del nostro organismo la sequenza genetica della proteina Spike sotto forma di DNA, al fine di stimolare la risposta immunitaria adeguata. All'interno della sequenza dell'Adenovirus vengono inseriti uno o più geni del virus da cui dobbiamo tutelarci, nel nostro caso del Sars-CoV-2. Essendo il DNA una molecola molto più stabile rispetto all'RNA, e avendo un rivestimento proteico a proteggere l'Adenovirus, questo tipo di vaccino è più stabile della precedente. L’Adenovirus indebolito privato di geni è reso incapace di replicarsi all’interno delle nostre cellule; una volta nel nostro corpo, rilascerà il DNA attivando la produzione temporanea della proteina Spike, la quale, come conseguenza, stimolerà il sistema immunitario.

Infine abbiamo i vaccini a proteine ricombinanti, come quelli prodotti da Novavax e Sanofi- GSK. Un vaccino a proteine ricombinanti si basa sulla somministrazione di una o più proteine virali, insieme ad un adiuvante, una sostanza che, se somministrata insieme all’antigene, riesce ad aumentare la risposta immunitaria. In questo caso le proteine vengono somministrate al paziente e non verranno prodotte dalle nostre cellule come invece abbiamo descritto nei due casi precedenti. Questo perché il processo di trasformazione da RNA a proteina viene eseguito in laboratorio, e inoculando il vaccino a proteine ricombinanti, inoculiamo appunto la proteina di cui il nostro corpo deve impegnarsi (solo) a fare l'identikit. Tra le tre tipologie di vaccino questa è la più lunga e complessa da sviluppare, ma è anche quella più consolidata e impiegata da molti anni. È una categoria di vaccini somministrata a milioni di persone nel tempo, che quindi ci porta a conoscere l'efficacia e gli effetti avversi che potrebbe causare sul lungo periodo.

Veniamo quindi alle nostre cinque domande.

1. Per quanto tempo il vaccino ci protegge dall’infezione da SARS-CoV-2?

Come per ogni medicinale, gli effetti a lungo termine non si possono conoscere, se non, appunto, dopo un lungo periodo; per questo motivo, ogni volta che un medicinale viene immesso in commercio (farmaco o vaccino), questo viene monitorato in quella che prende il nome di fase 4, o di sorveglianza post marketing, dove si raccolgono dati ulteriori su eventuali eventi avversi.

Quello che sappiamo ora dai trial è che, ad esempio, il vaccino di Moderna, che è quello di cui abbiamo più informazioni sulla durata della risposta immunitaria, e risulta efficace per almeno 3 mesi dalla somministrazione della seconda dose; saranno necessari studi epidemiologici per valutare oltre tale periodo.

2. Quante dosi servono per essere immunizzati?

Sempre tenendo conto che non sappiamo per quanto dura l'immunizzazione, per la maggior parte dei vaccini in studio in questo momento le dosi necessarie sono due. Per quanto riguarda i vaccini autorizzati dall’EMA fino ad adesso, ovvero Pfizer- BioNTech e Moderna, sono necessarie due dosi a distanza rispettivamente di 21 giorni e 28 giorni. Anche per quanto riguarda il vaccino di Astrazeneca- Oxford, che verrà approvato a breve in Europa, e che è già stato approvato in alcuni paesi quali la Gran Bretagna, l’Argentina e l’India, la somministrazione avverrà in due tempi a distanza di 28 giorni.

3. È vero che i vaccini ad mRNA possono modificare il DNA?

Assolutamente no. L'RNA non entra nel nucleo della cellula, che è il luogo in cui è contenuto il genoma, ovvero il patrimonio genetico di ciascuno di noi.

4. I vaccini contro COVID-19 possono provocare delle reazioni avverse? Nel caso di comparsa, a chi bisogna rivolgersi?

Come avviene in tutti i vaccini, anche il vaccino contro il SARS-CoV-2 ha degli effetti avversi. Gli effetti più comuni riscontrati dopo i vaccini di Pfizer- BioNTech, Moderna e Astazeneca-Oxford sono: indolenzimento nel sito dell’iniezione, febbre, mal di testa e stanchezza. Raramente si sono riscontrate delle reazioni allergiche dopo la somministrazione del vaccino, soprattutto in soggetti che già manifestano una storia di allergia per altri allergeni. Per questo, se vengono indicate allergie pregresse, se viene ritenuto opportuno dal medico, il vaccino potrà non venire somministrato. In caso di effetti collaterali è necessario segnalarli, rivolgendosi al proprio medico di famiglia, al Centro Vaccinale, al farmacista di fiducia, oppure alla ASL di appartenenza. La segnalazione può essere effettuata anche direttamente compilando il modulo che si trova sul sito dell’AIFA e seguendo le istruzioni descritte per inviarlo.

5. Dopo aver ricevuto il vaccino potremo tornare alla vita di prima?

Non è ancora noto se il vaccino impedisca la circolazione e la trasmissione del virus SARS-CoV-2, oppure semplicemente blocchi le forme più gravi della malattia, rendendoci asintomatici, ma comunque contagiosi. Fino a quando la maggior parte della popolazione non sarà vaccinata e immune, e finché non avremo più informazioni a riguardo, dobbiamo mantenere le precauzioni a cui ci siamo abituati, quali indossare la mascherina, mantenere la distanza fisica tra le persone, lavarsi spesso le mani, e tenere sempre un occhio di riguardo verso le fasce di popolazione più deboli.

Charlotte Eman

[Questi sono solo alcuni dei dubbi insorti negli ultimi mesi; le risposte a queste, e altre domande, sono facilmente reperibili sul sito del Ministero della Salute, dell’Istituto Superiore di Sanità (ISS) e dell’Agenzia Italiana del Farmaco (AIFA)]