Malattia di Alzheimer: un cambio di strategia nell'approccio terapeutico

Nel corso degli anni la collaborazione con il Dipartimento di Chimica delle Sostanze Biologicamente Attive e il gruppo di ricerca del Prof. Vincenzo Carelli, Prof. Felice Liberatore e Luigi Scipione ha portato all’individuazione di due sostanze in grado di aumentare i livelli centrali di acetilcolina. La ricerca dal tema “Rilascio sito-specifico di farmaci”, ed in particolare rivolta alla “Preparazione di composti chimici in grado di trasportare e rilasciare colina nel SNC”, era parte finanziata un programma di ricerca di rilevante interesse nazionale.

In pratica, partendo dal fatto che la neurodegenerazione delle aree colinergiche sottocorticali (NBM), responsabile dello sviluppo della malattia di Alzheimer, comporta la riduzione della disponibilità di acetilcolina a livello cerebrale, determinando la comparsa dei disturbi cognitivi nel paziente affetto dalla malattia, l’impegno dei ricercatori del team è stato quello di aumentare la disponibilità a livello cerebrale del neurotrasmettitore. Ciò avrebbe rappresentato non solo la possibilità di migliorare sintomaticamente i disturbi cognitivi ma evitato e/o ridotto un fenomeno osservato a livello cellulare, il cosiddetto “cannibalismo colinergico”, l’autodigestione del neurone colinergico dovuta alla mobilizzazione degli sfingolipidi di membrana da utilizzare come risorsa per la sintesi dell’acetilcolina.

 Una strategia per aumentare i livelli centrali di acetilcolina ed evitare il fenomeno del cannibalismo dei neuroni colinergici rimasti, poteva essere lo sviluppo di sostanze, “carrier” in grado di trasportare colina, il precursore della sintesi dell’Acetilcolina (ACh), attraversare la barriera ematoencefalica e rilasciare a livello cerebrale la colina rendendola disponibile, a livello neuronale, per la sintesi del neurotramettitore.

Lo sviluppo di due derivati della colina [2] è il successivo studio farmacologico, effettuato sul modello di malattia sviluppato dal Prof. Rispoli, ha evidenziato gli effetti farmacologici di potenziamento della trasmissione colinergica centrale, sia per aumento della disponibilità di  colina che per la presenza di una debole attività inibitoria nei confronti dell’acetilcolinestarsi (AChE), l’enzima responsabile della degradazione dell’ACh. Questi studi hanno permesso di ottenere un brevetto internazionale di queste due sostanze [3] per i potenziali effetti terapeutici delle due molecole da utilizzare nel trattamento palliativo della demenza.

Lo sviluppo del pensiero scientifico e delle nuove scoperte a livello molecolare e cellulare ha portato all’evoluzione dell’approccio terapeutico nella malattia di Alzheimer. Il passaggio da un intervento sintomatico, e palliativo dal punto di vista clinico, verso l’identificazione lo sviluppo di sostanze in grado di modificare, o nel migliore dei casi di arrestare, l’evoluzione della neurodegenerazione interferendo con i meccanismi alla base dello sviluppo della demenza i cosiddetti “disease modifying drugs”.

In questa seconda fase di ricerca negli ultimi anni sta portando avanti in collaborazione con i ricercatori dell’Istituto di Chimica Biomolecolare (ICB) del CNR di Pozzuoli (Na), del Dipartimento di Scienze Motorie e del Benessere dell’Università degli Studi Partenope di Napoli, del Dipartimento di Medicina Interna (sezione di farmacologia) e il Centre for Biomedical Research (CEBR), Università di Genova, del Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Genova e dell’Institute of Biophysics, National Research Council di Genova.

Nel corso di queste ricerche sono state utilizzate sostanze naturali estratte da organismi viventi marini e presenti nel database molecolare dell’ICB di Napoli. In particolare, due di esse agli studi di docking molecolare si sono dimostrate interessanti. L’isolamento, la purificazione e la caratterizzazione della prima molecola, un analogo della pseudozoanthoxantina isolata dalla crosta dello zoantide Parazoanthus axinellae una specie di corallo, presente nel Mar dei Caraibi e non ancora ben identificato, raccolto lungo la costa del Messico (1997), mentre il secondo è stato isolato, purificato ed estratto da una spugna della specie Axinella verrucosa, raccolta nel Golfo di Napoli (2008).

La ricerca di singole entità chimiche, che potenzialmente possiedono la capacità di legare due o più bersagli molecolari, costituisce l’approccio multitargeting o multifarmacologico per le malattie neurodenerative e rappresenta una potente strategia per combattere patologie complesse e multifattoriali quali la malattia di Alzheimer.

Sfortunatamente, la ricerca di multiligand agents è impegnativa, lunga e a volte frustrante, perché solo un piccolo sottoinsieme di molecole contenute in database molecolari sono bioattivi e ancora meno sono attivi su un set preselezionato di più obiettivi.

Tuttavia, la Natura rappresenta la più vasta banca dati molecolare e la collezione di composti naturali rappresentano sempre una frazione significativamente più alta di molecole bioattive rispetto a quelle sintetiche. In questa visione, si è cercato all’intero della libreria molecolare dell’ICB, composta da 1175 composti naturali provenienti da fonti marine e tra queste due: la prima, un analogo della pseudozoantoxantina (con gruppo aromatico modificato) (1), il secondo composto, un alcaloide bromo-pirrolico (2), che a un approccio computazionale hanno dimostrato possedere interessanti profili multitarget su proteine ​​target AD.

Studi computazionali di tipo Molecular Docking e Molecular Dynamics simulation, condotti per verificare la capacità delle due molecola a interagire con i siti attivi, hanno dimostrato che i composti 1 e 2 risultano essere inibitori dell’acetilcolinesterasi (AChE), della butirrilcolinesterasi (BuChE) e β-secretasi umana (hBACE-1).

Saggi biochimici hanno confermato sperimentalmente la loro attività biologica. I due composti sono AChE e BuChE BACE-1 inhibitors in concentrazioni submicromolare.

Sono anche in grado di prevenire l'aggregazione β-amiloide (Aβ) nonché disgregare complessi di Aβ già formati di entrambi i peptidi Aβ1-40 e Aβ1-42.

Infine, studi pre-clinici preliminari condotti in vivo sul modello sperimentale suggeriscono che il composto 1 è in grado di ripristinare negli animali lesionati la connettività funzionale cortico-ippocampale colinergica.

Gli incoraggianti risultati emersi da queste ricerche, cioè la capacità dei due composti di ripristinare sia le alterazioni EEG che quelle cognitive indotte nel modello sperimentale dalla lesione del NBM. Inoltre, dati preliminari, non ancora pubblicati, dimostrano, che il composto 1 è in grado di attivare nel cervello la neurogenesi a livello ippocampale e possibili risposte di tipo neurotrofico attraverso l’aumento dell’espressione genica e della produzione di fattori neurotrofici (NGF e BDNF), spingendoci a continuare la caratterizzazione farmacologica di questa molecola come potenziale farmaco anti-neurodegenerativo e la possibilità di estendere gli studi a nuovi composti correlati.

I risultati preliminari di questa ricerca sono stati presentati nel novembre 2017 a Vienna nel corso della 6th International Conference and Exhibition 4th EUROPEAN BIOPHARMA CONGRESS PHARMACOLOGY AND ETHNOPHARMACOLOGY [4] e pubblicati su  ACS Chemical Neuroscience [5] .