Dottorato regionale Spinner-Nuove molecole per il controllo e la differenziazione delle cellule staminali-NovaMolStam- Università di Bologna, Ferrara, Modena e Reggio Emilia, Parma-Anno 2012-2015-

L’uso di cellule staminali rappresenta un approccio promettente nel trattamento di malattie degenerative e di altre patologie che richiedono la rigenerazione tissutale. Tuttavia, nell’applicazione di questa strategia si incontrano numerosi problemi, quali il controllo della differenziazione, le reazioni immunitarie che si scatenano nell’applicazione, la specificità della differenziazione e della produzione stessa delle cellule. Per affrontare questi problemi è necessario conoscere la biologia cellulare, e i cammini (“pathway”) metabolici più importanti che governano i processi di differenziazione. Alcuni prodotti naturali e piccole molecole di origine sintetica si sono rivelati utili nel controllo e nella differenziazione delle cellule staminali. Tra questi, ad es., l’acido retinoico, il forskolin, il desametasone, l’azacitidina, che tuttavia mancano di specificità d’azione ed in generale hanno caratteristiche non ottimali. Sulla base delle conoscenze esistenti e dei composti attualmente in uso, appare quindi necessario e possibile ricercare nuove molecole dotate di profili biologici specifici. Il presente progetto ha l’obiettivo di identificare nuovi composti dotati di specificità d’azione verso cammini metabolici importanti per il controllo e la differenziazione delle cellule staminali. Tali composti saranno molecole di origine naturale e/o sintetica e potranno essere utilizzati per ottimizzare la produzione delle staminali da usare per scopi clinici. Non sono da intendere come farmaci, ma come sostanze che supportano e promuovono il miglioramento della tecnologia di produzione delle cellule per uso clinico. Per raggiungere questo obiettivo, il progetto si articolerà in fasi successive che prevedono: a) l’identificazione dei cammini metabolici più adatti per controllare le cellule staminali e la selezione dei bersagli molecolari più adeguati all’interno dei pathway; b) la progettazione di molecole potenzialmente attive su questi bersagli mediante strategie quali il “virtual screening”, l’analogia strutturale rispetto a composti attivi esistenti e lo screening biologico diretto; c) la sintesi dei composti o il loro isolamento da fonti naturali; d) la valutazione biologica su panel di enzimi e proteine e su cellule; e) l’ottimizzazione dei prodotti migliori selezionati dalle fasi b-d mediante criteri di “drug-likeness” e successivi cicli di sintesi e valutazione biologica. Per raggiungere i suddetti obiettivi verranno applicate strategie proprie della ricerca farmaceutica. Il punto a) prevede l’utilizzo di strumenti bioinformatici per la ricerca e l’analisi di database, lo studio di proprietà strutturali e funzionali delle proteine coinvolte per la prioritizzazione dei bersagli più adeguati. Il punto b) prevede l’utilizzo di protocolli per l’identificazione di composti nuovi da banche dati di composti noti (“virtual screening”), la progettazione di composti basati sulla conoscenza delle strutture 3D dei bersagli selezionati, lo screening sperimentale di librerie molecolari disponibili nei laboratori di ricerca dei partecipanti al progetto e/o la loro valutazione diretta sulle linee cellulari staminali presso i laboratori di collaboratori interessati al progetto (Centro di Medicina Rigenerativa di Modena). Il punto c) prevede l’utilizzo di tecniche di sintesi chimica per ottenere i composti progettati, l’estrazione di prodotti naturali da piante studiate nei laboratori coinvolti nel progetto, la caratterizzazione, separazione e sintesi dei prodotti naturali identificati come interessanti. Il punto d) prevede la valutazione biologica dei nuovi composti sintetizzati verso le biomolecole bersaglio scelte. Successivamente i composti migliori saranno valutati sulle linee cellulari staminali presso i laboratori del Centro di Medicina Rigenerativa di Modena, similmente al punto b), ma con metodiche più raffinate per valutare sia l’effetto generale che quello specifico sui processi biologici studiati. Il punto e) prevede l’ottimizzazione dei prodotti migliori selezionati dalle fasi b-d sia attraverso studi di stabilità metabolica e di biodisponibilità cellulare che mediante ripetuti cicli di progettazione, sintesi e valutazione. Le molecole che usciranno da questa fase dovrebbero essere composti già con profili validi per l’applicazione prevista ed in particolare potranno essere utilizzati in fase di sperimentazione sulle cellule staminali per valutarne l’utilità sulle linee