Un nuovo trattamento di terapia genica per la distrofia muscolare di Duchenne sembra promettente non solo nell’arrestare il declino dei muscoli dei pazienti affetti da questa malattia genetica ereditaria, ma forse, in futuro, anche nel riparare quei muscoli. La ricerca condotta da UW Medicine si concentra sulla distribuzione di una serie di pacchetti proteici all’interno di vettori shuttle per sostituire il gene DMD difettoso nei muscoli. Il codice genetico aggiunto inizierà quindi a produrre distrofina, la proteina mancante nei pazienti con distrofia muscolare.
Una promettente cura per la distrofia muscolare
Attualmente non esiste una cura per la malattia e i trattamenti e i farmaci disponibili rallentano solo la malattia. Nel caso della distrofia muscolare di Duchenne, argomento di questo studio, i pazienti, tutti maschi perché il gene è sul cromosoma X, iniziano a manifestare sintomi intorno ai 4 anni e di solito muoiono tra i 20 e i 30 anni.
I risultati della nuova terapia genica sono stati pubblicati oggi su Nature.
Il neurologo e genetista della UW Medicine, il dott. Jeffery Chamberlain, autore principale dello studio, ha dedicato l’intera carriera alla ricerca di terapie e alla ricerca di una cura per la distrofia muscolare. È direttore del Wellstone Muscular Dystrophy Research Center e titolare della cattedra McCaw in distrofia muscolare presso la University of Washington School of Medicine. Il progetto di ricerca è stato guidato dal biologo molecolare dott. Hichem Tasfaout che lavora nel laboratorio di Chamberlain.
Ciò che ha ostacolato i ricercatori in passato è che il gene che deve essere riparato è il gene più grande in natura, ha osservato Chamberlain. Finora, non c’era modo di fornire adeguate correzioni proteiche nei muscoli.
“Immaginate di ricevere a casa un letto king size che non riesce a passare attraverso la porta”, ha affermato.
Il nuovo metodo, che ha avuto successo sui modelli di topi, utilizza una serie di vettori virali adeno-associati o AAV, che sono piccole navette derivate da un virus che vengono utilizzate per fornire terapie geniche nelle cellule umane . Invece di un AAV, questa terapia genica utilizza una serie di AAV che prendono parti della proteina terapeutica all’interno dei muscoli, insieme a istruzioni incorporate per iniziare ad assemblare la correzione genetica necessaria una volta all’interno del corpo.
Tornando all’analogia del letto king size, non solo le parti vengono prese pezzo per pezzo, ma i fattorini iniziano ad assemblare il letto una volta dentro casa. Il passo successivo per la terapia sono le sperimentazioni sull’uomo, che dovrebbero iniziare tra circa due anni, ha detto Chamberlain.
In laboratorio, questo metodo non solo ha fermato l’ulteriore progressione della malattia, ma è stato in grado di invertire gran parte della patologia associata alla distrofia. Alla fine, Chamberlain e Tasfaout sperano che questo metodo possa portare a un’inversione dell’atrofia muscolare e ripristinare la normale salute del tessuto muscolare.
L’approccio più recente utilizza anche un nuovo tipo di vettore AAV che consente l’uso di dosi più basse e quindi può ridurre o eliminare alcuni degli effetti collaterali degli approcci precedenti, ha affermato Chamberlain.
“Quando infondiamo una dose elevata di queste navette di distribuzione, il corpo esclama ‘Wow, cosa sta succedendo qui?'”, ha affermato.
Ciò innesca una risposta immunitaria che può danneggiare il cuore o il fegato, ha spiegato.
Ciò innesca una risposta immunitaria che può danneggiare il cuore o il fegato, ha spiegato.
Chamberlain ricorda di aver guardato il Jerry Lewis Telethon da bambino e di aver voluto aiutare quei bambini. Quel sentimento potrebbe essere stato la scintilla della passione che alla fine ha guidato la sua carriera. Ha finito per essere un esperto che ha discusso la scienza delle terapie sul telethon circa sette volte.
“Incontrare le famiglie e i pazienti mi ha motivato a impegnarmi ancora di più”, ha affermato.
I muscoli oculari del pesce zebra danno speranza alle persone affette da distrofia muscolare
Le distrofie muscolari sono un gruppo di malattie in cui le proteine nei muscoli non funzionano correttamente, sia attraverso mutazioni ereditarie che spontanee. Questo, a sua volta, porta alla rottura del tessuto muscolare nel tempo e i pazienti alla fine diventano costretti sulla sedia a rotelle e spesso muoiono prematuramente perché i muscoli che aiutano a respirare o il cuore smettono di funzionare.
I muscoli che controllano i movimenti dell’occhio funzionano bene per tutta la durata della malattia, il che rende importante studiarli per cercare di scoprire quali strategie utilizzano per sopravvivere alle distrofie muscolari.
“Nella mia ricerca ho studiato i muscoli oculari del pesce zebra , che hanno dimostrato di avere le stesse proprietà nelle distrofie muscolari degli esseri umani, e poi ho generato nuovi modelli di malattia con l’aiuto delle forbici genetiche Crispr/Cas9”, afferma Nils Dennhag.
“Leggendo l’espressione genica nei muscoli oculari dei pesci zebra, sia sani che affetti da distrofie muscolari, siamo riusciti in parte a decifrare il modo in cui i muscoli oculari gestiscono queste malattie, attraverso la regolazione positiva della proteina Fhl2.”
Fhl2 protegge le fibre muscolari nei muscoli oculari prevenendo la rottura cellulare e frenando un innaturale ingrossamento patologico. Fhl2 non si trova naturalmente in grandi aree muscolari di zebrafish o esseri umani, ma forzando geneticamente l’espressione genica di Fhl2 anche qui, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare un grande aumento della sopravvivenza in zebrafish con il tipo più letale di distrofia muscolare: la distrofia muscolare di Duchenne.
Oltre a una migliore sopravvivenza, i pesci zebra con distrofia muscolare di Duchenne che avevano anche un’espressione aumentata di Fhl2, avevano fibre muscolari più sane, un’innervazione notevolmente migliore e una migliore capacità di nuoto rispetto ai pesci zebra malati senza Fhl2. Inoltre, le fibre che si sono rotte si sono rigenerate più velocemente, il che ha portato a un recupero migliore.
“Nel complesso, i nostri studi dimostrano che è possibile usare i muscoli oculari come una sorta di modello per come affrontare la convivenza con le distrofie muscolari, cosa che non era mai stata dimostrata prima nella stessa misura. Crediamo anche che questa possa essere una via da seguire per il trattamento degli esseri umani, poiché abbiamo anche visto che i muscoli oculari umani hanno fibre muscolari che esprimono Fhl2.
“Riteniamo di aver solo scalfito la superficie delle strategie che i muscoli oculari possono offrire, ma si tratta di un buon passo avanti e dimostra che questo nuovo tipo di metodo di trattamento è possibile”, afferma Dennhag.
“Abbiamo utilizzato le forbici genetiche CRISPR/Cas9 per creare diversi modelli di distrofie muscolari , che vengono utilizzati nello studio per studiare come reagiscono i muscoli oculari quando queste proteine vengono rimosse. Abbiamo quindi sequenziato l’RNA sia dai muscoli oculari che dai muscoli del corpo per vedere quali differenze esistevano tra questi tessuti in condizioni di malattia.
Quando abbiamo scoperto che Fhl2 era sovraregolato nei muscoli oculari, abbiamo utilizzato DNA circolare con il gene Fhl2, che è collegato a un promotore specifico del muscolo, che è stato iniettato in pesci zebra con distrofia muscolare . Ciò fa sì che tutti i muscoli del corpo esprimano Fhl2, non solo i muscoli oculari , il che ha portato agli effetti descritti sopra”, afferma Dennhag.
Alcuni esercizi possono aiutare chi soffre di distrofia muscolare
La distrofia muscolare è una malattia debilitante che causa debolezza e rottura dei muscoli scheletrici, che peggiora progressivamente nel tempo. Secondo un team di ricercatori dell’Università del Maine, alcune attività possono aiutare a rafforzare i muscoli colpiti dalla distrofia muscolare, e lo hanno scoperto stimolando i pesci zebra e osservandoli mentre si allenavano.
I pesci zebra sono un modello di prova efficace per la distrofia muscolare, grazie alle somiglianze molecolari tra i muscoli dei pesci zebra e quelli umani. I pesci zebra possono anche essere allevati con una mutazione che modella da vicino la distrofia muscolare di Duchenne, un tipo grave di distrofia muscolare che colpisce i ragazzi.
Tuttavia, i pesci zebra non possono sollevare pesi, quindi i ricercatori dell’UMaine hanno utilizzato un processo chiamato stimolazione elettrica neuromuscolare (NMES), che stimola specifici nervi per provocare la contrazione muscolare . I ricercatori hanno progettato quattro regimi NMES e li hanno chiamati con i nomi di quattro comuni routine di sollevamento pesi: potenza, forza, ipertrofia e resistenza. I pesci zebra sono stati quindi inseriti in una “palestra” subacquea stampata in 3D composta da tunnel ed elettrodi e i ricercatori hanno analizzato i loro muscoli scheletrici per vedere come erano cambiati.
Lo studio ha scoperto che, mentre ciascuna delle “routine” di sollevamento pesi NMES influenzava in modo diverso la morfologia della giunzione neuromuscolare, il nuoto e la sopravvivenza del pesce zebra , solo una, la stimolazione neuromuscolare di resistenza (eNMES), migliorava tutte e tre, a patto che fosse accompagnata da un certo antiossidante, l’eme ossigenasi, e un recettore chiamato integrina alfa7.
“eNMES è definito da impulsi ad alta frequenza e bassa tensione, che è simile a un allenamento ad alta ripetizione e basso peso che faremmo in palestra. Il consenso di lunga data nel campo della distrofia muscolare è che ridurre al minimo l’allenamento di resistenza preserva la forza e la massa muscolare perché riduce il rischio di danni muscolari.
I nostri dati suggeriscono che un certo livello di attività indotta da NMES è in realtà benefico per la salute muscolare generale”, afferma Elisabeth Kilroy, prima autrice dello studio che ha condotto la ricerca per il suo dottorato di ricerca presso l’UMaine. Kilroy è ora la direttrice del neuroMuscular ObserVational Research (MOVR) presso la Muscular Dystrophy Association.
La ricerca suggerisce che il giusto tipo di allenamento di resistenza potrebbe essere utile per i pazienti umani con distrofia muscolare. C’è anche il potenziale per NMES di migliorare la mobilità e la forza nei pazienti con distrofia muscolare, anche se non si sa molto sull’applicazione della tecnologia in questo modo.
“Penso che l’aspetto più entusiasmante sia che abbiamo stabilito un modello per la plasticità neuromuscolare nei muscoli sani rispetto a quelli malati , e questo modello ci consentirà di chiarire i meccanismi che potrebbero costituire la base per potenziali terapie future”, afferma Clarissa Henry, professoressa di scienze biologiche, direttrice della Graduate School of Biomedical Science and Engineering e direttrice principale dell’Henry Lab.