Sviluppo di sensori e sistemi diagnostici per il monitoraggio di patologie legate al metabolismo del ferro.

Starting date
December 1, 2008
Duration (months)
36
Departments
Biotechnology
Managers or local contacts
Bossi Alessandra Maria , Pizzolo Francesca

Razionale:
Nel 2001 l’Organizzazione per la Cooperazione Economica e lo Sviluppo (OECD) ha iniziato il progetto “Health care quality indicator” (HCQI), concepito per definire indicatori appropriati, che permettano di valutare la qualita’ del sistema di assistenza sanitaria in diversi paesi [1]. La salute e’ definita come un misurabile multi-fattoriale di cui l’assistenza sanitaria e’ un componente. A sua volta l’assistenza sanitaria e’ data dal funzionamento combinato di salute pubblica e servizi medici accessibili al singolo.
Il sistema di assistenza sanitaria e’ dunque sinergia di una serie di attività che hanno per obiettivo principale il miglioramento della salute dell’individuo.
Grande enfasi e’ stata posta sulla cura preventiva, la diagnosi precoce, le terapie individualizzate e il controllo costante delle condizioni del paziente: tutte azioni che sono immediatamente correlabili con il miglioramento della qualità della vita.
In quest’ottica, sono sollecitati attenzione e sforzi della comunità scientifica volti miglioramento dei sistemi diagnostici, sfruttando l’ampio numero di marker molecolari resi disponibili dal progresso di discipline quali la proteomica e la medicina molecolare. Tali markers costituiscono un ricco potenziale diagnostico e prognostico di stati patologici. Lo sviluppo di assays e sensori volti a performare un’efficiente misura di definiti marker molecolari rappresenta un obiettivo di importanza strategica per migliorare la qualita’ dell’assistenza sanitaria e dunque la qualita’ della vita.
Le malattie da squilibrio metabolico del ferro hanno una elevata prevalenza nella popolazione. Sono diffuse sia le anemie, ovvero malattie da carenza di ferro, le quali si stima coinvolgano almeno 500.000.0000 di persone al mondo, incluso almeno il 2-5% degli adolescenti a qualunque latitudine 2 che le malattie da accumulo di ferro, come l’emocromatosi ereditaria (EE). L’allele C282Y sul gene HFE, principalmente associato all’EE è infatti presente nel 5-10% della popolazione Europea 2. E’ stato dimostrato che l’omeostasi del ferro e’ regolata dall’ormone peptidico di 25 aminoacidi epcidina (Epc) e che i livelli ematici ed urinari di Epc sono rivelatori verosimili di squilibri del metabolismo marziale [3].
In letteratura sono riportati piu’ tentativi di misura di Epc, basati sull’implementazione di un formato di dosaggio classico, ovvero di tipo immunologico, conclusi pero’ con limitato successo. Epc infatti e’ un peptide altamente conservato nell’evoluzione: la produzione di anticorpi contro Epc umana si è rivelata estremamente difficoltosa. Ciò ha portato allo sviluppo di metodiche alternative, perlopiù basate su tecniche di spettrometria di massa (MS) per una review si veda: 4. Queste ultime hanno però lo svantaggio di essere piuttosto costose e di richiedere strumenti sofisticati e personale dedicato. Inoltre, esse hanno rivelato la presenza nei fluidi biologici di isoforme troncate non funzionali dell’Epc (es. Epc-22 e Epc-20), che complicano ulteriormente l’interpretazione dei dosaggi immunologici di ultima generazione 4. Si può dunque concludere che, nonostante i recentissimi progressi, non e’ ancora disponibile un metodo di misura di Epc ematica e urinaria che unisca caratteristiche di accuratezza, semplicità di esecuzione, e diffusibilità su larga scala a costi relativamente contenuti.

Scopo principale della ricerca: e’ di sviluppare, nell’arco di tre anni, un dosaggio, basato su un sensore per Epc urinaria e/o sierica in una gamma di condizioni cliniche, nelle quali è ragionevole attendersi un ruolo fisiopatologico importante di Epc.

Obiettivi dello studio proposto:
- Sviluppo di un bio/sensore per il riconoscimento selettivo e la quantificazione di Epc, sfruttando epitopi naturali e/o sintetici e trasduzione piezoelettrica e/o ottica.
- Perfezionamento del metodo di quantificazione di Epc basato sulla spettrometria di massa di superficie (surface enhanced laser desorption ionisation SELDI-MS) recentemente messo a punto da una delle Unità partecipanti 5.
- Validazione di ambedue i sistemi di quantificazione di Epc messi a punto, con un gruppo di casi clinici e di sani rigorosamente definiti.
- Acquisizione di informazioni biochimiche e molecolari sulla regolazione metabolica del ferro, mediante analisi differenziale del proteoma di macrofagi di controlli e di pazienti suddivisi per classi omogenee di patologie.

Impatto della ricerca e benefici:
Da un punto di vista biochimico/molecolare: verranno generate informazioni molecolari sulla regolazione del ferro, disseminate in articoli scientifici e comunicazioni a congressi, che promuoveranno la conoscenza nel campo e offriranno anche possibili nuovi spunti terapeutici.
Benefici nell’area dei sensori risulteranno dalla messa a punto di protocolli per un’efficiente trasduzione del segnale, mediante strategie di ottimizzazione dell’immobilizzazione dell’elemento di riconoscimento al sensore, e mediante l’impiego di semiconduttori quale interfaccia di trasduzione.
Da un punto di vista del sistema sanitario: il successo nello sviluppo di metodiche di quantificazione di Epc, implicherebbe la generazione di una piattaforma diagnostica per Epc sul suolo nazionale.
Ricadute di carattere economico/industriale invece riguardano la brevettazione della proprieta’ intellettuale, la eventuale costituzione di una spin off universitaria volta in un primo tempo alla valutazione della produzione e commercializzazione del sensore o di parti di esso e poi dedita alla produzione del sistema sensore.

[1] OECD, Health Care Quality Indicators Project Conceptual Framework Paper 2001.
[2] Andrews NC. N Engl J Med 1999, 1986-1995
[3] Pigeon C. et al. J Biol Chem 2001, 276:7811-7819.
[4] Piperno A et al, World J Gastroenterol 2009, 15:538-51.
[5] Swinkels D et al. PLoS ONE 2008, 3:e2706

Sponsors:

FIRB VALUTATO POSITIVAMENTE
Funds: requested
Syllabus: FIRB

Project participants

Alessandra Maria Bossi
Associate Professor
Francesca Pizzolo
Associate Professor

Activities

Research facilities