I batteriofagi come nanovettori biocompatibili in grado di attraversare la barriera emato-encefalica

Batteriofagi (o “fagi”) non solo come strategia contro l’antimicrobicoresistenza, ma anche come “cavalli di Troia” per trasportare farmaci al cervello. È il filone di ricerca che sta portando avanti Valentina Castagnola, ricercatrice presso la Fondazione Pisana per la Scienza ETS, in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e l’Università di Bologna che ha provato a usare questi vettori virali non patogeni per trasportare in modo efficace terapie mirate verso cellule malate del cervello difficili da raggiungere.

Nello specifico, il team multidisciplinare ha testato l’impiego dei batteriofagi M13 come potenziale mezzo di trasporto in grado di attraversare la barriera emato-encefalica. I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati su Advanced Healthcare Materials.

La nanomedicina biomimetica

I batteriofagi hanno la caratteristica di riconoscere e aggredire i batteri e al tempo stesso sono completamente innocui per l’essere umano. Sono infatti già presenti in modo ubiquitario e in grande quantità nel nostro organismo. A oggi i fagi vengono già impiegati, in casi selezionati, nell’ambito della terapia per il trattamento di infezioni batteriche resistenti agli antibiotici.

“Il mio lavoro punta a sfruttare sistemi nano e micrometrici assemblati dalla natura e dunque già in grado di interagire con le cellule del nostro corpo e riprogrammarli per svolgere funzioni terapeutiche di interesse” sottolinea Castagnola. “Questo approccio, che prende in prestito identità biologiche naturali per ingegnerizzarle, prende il nome di nanomedicina biomimetica”.

Vettori bio-ispirati

Il team ha studiato l’interazione dei fagi M13 con le cellule endoteliali, in modelli sperimentali che riproducono in vitro le proprietà della barriera emato-encefalica. In particolare, lo studio ha dimostrato che questi vettori sono in grado di attraversare la barriera emato-encefalica mantenendo la propria integrità strutturale e la capacità di raggiungere specifici bersagli cellulari, qualora opportunamente ingegnerizzati mediante modifiche del loro genoma.

Queste caratteristiche rendono i batteriofagi M13 possibili sistemi di trasporto per veicolare terapie dirette al cervello attraverso il sangue, ricorrendo a un approccio minimamente invasivo.

Un “nano-piccione viaggiatore”

“Dobbiamo immaginare i batteriofagi M13 come dei nanorobot biologici intelligenti in grado di trasportare carichi terapeutici legati al loro mantello proteico, dotati di mimetismo biologico, che permette loro di attraversare indenni la barriera emato-encefalica” afferma Fabio Benfenati, coordinatore del Centro di Neuroscienze e Tecnologie Sinaptiche dell’Istituto Italiano di Tecnologia, che ha coadiuvato la ricerca.

“Sono inoltre forniti di molecole anticorpali mediante le quali inseguono e si legano ai loro bersagli cerebrali per consegnare l’agente terapeutico. Insomma, un nano-piccione viaggiatore che percorre un lungo viaggio nel torrente circolatorio per consegnare il suo messaggio a livello cerebrale”.

Un approccio flessibile e multiuso

I vettori sono stati progettati e ingegnerizza nel laboratorio di Biotecnologie Molecolari del Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna, sotto la guida del responsabile Alberto Danielli, che ha sottolineato la robustezza e la flessibilità di M13 come piattaforma vettoriale “un aspetto importante della ricerca, tutt’altro che scontato”.

“Anche le versioni reindirizzate a specifici bersagli cellulari mantengono le proprietà biomimetiche e la capacità di attraversare le barriere biologiche, guadagnando al contempo in specificità di bersagliamento” chiarisce Danielli. “Questo apre la strada a terapie di precisione che sfruttano la modularità del sistema, proprio come un multiutensile a cui si possa cambiare la punta (e il carico terapeutico) in base alla specifica funzione da svolgere”.

I prossimi passi

Ora il prossimo passo sarà ottimizzare l’ingegnerizzazione dei fagi, con l’obiettivo di aumentare ulteriormente l’efficienza di attraversamento della barriera emato-encefalica, per rendere ancora più efficace il trasporto dei farmaci verso specifiche popolazioni neuronali.

“Questo studio, oltre a fornire una prima dimostrazione sulla capacità di un fago di attraversare la barriera ematoencefalica, apre la strada a ulteriori valutazioni in modelli preclinici e auspicabilmente a importanti applicazioni cliniche”, conclude Giorgio Minotti, Direttore Scientifico di Fondazione Pisana per la Scienza Ets.