Un nuovo studio mostra come l’integrazione di New Approach Methodologies e sperimentazione animale possa rendere la ricerca farmacologica più mirata ed efficace. In un percorso che riduce l’uso degli animali e al contempo rafforza la traslazione verso la clinica nella sclerosi multipla
I modelli alternativi, o New Approach Methodologies (NAM), sono spesso visti come una soluzione per eliminare la sperimentazione animale – e in alcuni contesti specifici potrebbe anche essere possibile (in altri ancora lo è stato effettivamente). Più spesso, però, sono in realtà un modo per ridurla, anche in modo sostanziale. In pratica, più che alternativi sono modelli complementari, che consentono di evitare una parte dei test sugli animali, e arrivare a quest’ultimo in modo molto più mirato.
Ne è un esempio significativo, e molto interessante per la ricca integrazione di modelli usati, un recentissimo studio pubblicato su Science Translational Medicine. Nel nuovo lavoro, il gruppo di ricerca ha usato un approccio che partiva dallo screening computazionale per poi arrivare agli studi in vitro su colture cellulari e organoidi e, solo in ultima battuta, ai topi. L’obiettivo: individuare un farmaco efficace nel trattamento della sclerosi multipla, una patologia dal percorso imprevedibile, che può arrivare a causare significative disabilità e per la quale non esiste oggi una cura risolutiva.
La sclerosi multipla, in breve
La sclerosi multipla è una malattia autoimmune caratterizzata dal processo noto come demielinizzazione. In breve, il sistema immunitario attacca la mielina, la guaina di rivestimento dei neuroni che li protegge, li nutre e soprattutto consente una trasmissione efficace del segnale nervoso. Nella sclerosi multipla, la mielina risulta danneggiata, così come le cellule che la producono, dette oligodendrociti, e anche il neurone stesso.
Questa malattia può dare origine a vari disturbi in diversi distretti dell’organismo e arrivare a causare una significativa disabilità. L’andamento però può essere diverso da una persona all’altra e nei diversi tipi della malattia: il più comune, per esempio, è caratterizzato da fasi di remissione a fasi di recidiva in cui i sintomi si ripresentano, peggiorando o manifestandosi in modo diverso.
Oggi abbiamo a disposizione alcuni trattamenti piuttosto efficaci per limitare i sintomi e le ricadute e, soprattutto, minimizzare ulteriori danni al sistema nervoso. Nessuno, però, è in grado di arrestare la degenerazione nervosa, e nemmeno di favorire, in modo stabile, la rigenerazione della mielina dei neuroni. La ricerca in questo campo, in effetti, è molto attiva e il nuovo studio ne è un esempio.
Una strategia sistematica, a partire dallo screening computazionale
Il gruppo di ricerca ha lavorato in modo sistematico, integrando diversi sistemi d’indagine. E che parte non solo prima dell’uso degli animali, ma anche prima dell’uso delle cellule: come abbiamo già avuto modo di spiegare, infatti, la ricerca preclinica oggi inizia innanzitutto con una fase in silico – ossia computazionale. Più precisamente, ne nuovo lavoro hanno usato specifici algoritmi che insieme formano un knowledge graph, in pratica un database in grado di mettere in relazione diversi elementi. Si crea così un’enorme rete che mette in relazione farmaci già esistenti, geni, proteine, vie biologiche e processi specifici (come appunto la rimielinizzazione e la protezione dei neuroni) e malattie. Con questo strumento è stato possibile, partendo da un set iniziale di 1.500 farmaci già usati nell’essere umano per il trattamento di altre patologie, selezionare 273 composti, potenzialmente in grado di proteggere i neuroni e favorire la rigenerazione della mielina, nonché già filtrati per la tossicità e le caratteristiche farmacologiche utili.
Questi composti sono poi stati testati in modo progressivo su cellule animali e umane (più precisamente su neuroni e cellule gliali derivati da cellule staminali umane, perché non si possono prelevare e coltivare in laboratorio i neuroni di una persona vivente e le preparazioni post mortem hanno vita molto limitata). È stato un secondo screening per verificarne la tossicità, ma anche per controllare se questi composti fossero in grado di favorire la maturazione degli oligodendrociti e proteggere i neuroni dai danni che si verificano nella sclerosi multipla. Il campo dei farmaci candidati si è così ristretto ulteriormente a 32 composti.
Solo all’ultimo, il modello animale
Il gruppo di ricerca ha quindi ulteriormente ristretto il campo ai possibili farmaci più promettenti, testandoli in altri due modelli in vitro: campioni di encefalo murino in coltura, che forniva una rappresentazione più realistica della formazione di mielina, e organoidi cerebrali umani per studiarne gli effetti di neuroprotezione.
Solo a questo punto, dopo questo lungo e accurato processo di selezione, lo studio è arrivato ai topi. Il gruppo di ricerca ha testato i farmaci più promettenti su topi, e più precisamente su diversi modelli, ognuno pensato per riprodurre un aspetto specifico della sclerosi multipla. Questa patologia è infatti caratterizzata da diversi processi (infiammazione, demielinizzazione, degenerazione neuronale…) che non possono essere ricreati in un singolo modello animale. Per indagarli, quindi, si devono creare topi differenti, ciascuno con una di queste caratteristiche. Per esempio, uno dei modelli usati nella ricerca era basato su topi nei quali la mielina viene distrutta localmente per mezzo di una sostanza chimica. La lesione viene riparata spontaneamente nei giorni successivi e, pertanto, questo tipo di topo fornisce un modello ideale per studiare la capacità di un farmaco di accelerare o migliorare la rimielinizzazione. Un altro modello permette invece di concentrarsi sulla perdita degli oligodendrociti e consente di indagare gli effetti neuroprotettivi di un composto, eccetera. In tutto, il gruppo di ricerca ha testato i farmaci candidati su quattro modelli di topo di sclerosi multipla.
A spiccare come particolarmente promettente è stato un farmaco noto come bavisant, un antagonista del recettore istaminico H3. In altre parole, si tratta di un farmaco che agisce su uno specifico recettore dell’istamina (molecola nota soprattutto per il suo ruolo nelle allergie, ma che nel cervello agisce anche come neurotrasmettitore), l’H3, espresso quasi esclusivamente nel sistema nervoso. Quando H3 è attivo, riduce il rilascio di neurotrasmettitori; quando viene “spento” da bavisant, invece, i neurotrasmettitori possono essere rilasciati.
Questione di approccio
Dal punto di vista dei risultati, il gruppo di ricerca ha dimostrato che questo farmaco promuove la differenziazione degli oligodendrociti, aumentando la produzione di mielina, protegge i neuroni dai danni, mostra buona penetrazione nel cervello dopo somministrazione orale (aspetto cruciale per un possibile uso clinico) ed esercita anche un effetto antinfiammatorio indiretto. Naturalmente, questo lavoro è lontano dalla pratica clinica, ma in termini di approccio offre una prospettiva importante.
Dicevamo, infatti, che la ricerca sta dedicando molti sforzi allo studio di un trattamento efficace per la sclerosi multipla. Non mancano, in effetti, trial clinici per farmaci che stimolino la rimielinizzazione dei neuroni e per la neuroprotezione, ma sono per lo più poco avanzati, perché pochi mostrano un beneficio effettivo. Questo è legato anche, almeno in parte, alla mancanza di un modello animale che ricapitoli in modo efficace la malattia umana, e proprio qui sta un grande valore del nuovo studio: fornisce infatti un esempio di un approccio che si basa su una selezione molto rigorosa già molto prima di arrivare all’animale e all’essere umano. In altre parole, di ridurre un rischio a monte nel disegno sperimentale – e al contempo di lavorare in piena coerenza con il principio delle 3R.