In questo progetto viene utilizzata una aminossidasi purificata dal siero bovino (BSAO) che catalizza la deaminazione ossidativa delle poliamine biogene, la
spermina o la spermidina, con formazione dei prodotti citotossici, H2O2 ed aldeidi. Studi condotti su cellule tumorali umane hanno evidenziato un rilevante
effetto citotossico indotto dall'H2O2 e dalle aldeidi, formate dal sistema enzimatico BSAO/spermina, sia sulla linea cellulare sensibile che su quella
farmacoresistente. I metaboliti delle poliamine, H2O2 ed aldeidi, vengono attualmente studiati al fine di suggerire una nuova strategia antitumorale
1. Sarà studiata la diversa citotossicità indotta dall'H2O2 e dalle aldeidi;
2. lo studio dell'effetto dell'H2O2 e delle aldeidi sulla trasduzione del segnale, che conduce alla morte cellulare per apoptosi o necrosi, rappresenterà il tema
centrale del progetto;
3. sarà studiata la possibilità che le aminossidasi interferiscono nella formazione del fattore eucariotico eIF-5A, importante per l'inizio della sintesi proteica,
dopo esposizione delle cellule tumorali ai metaboliti delle poliamine;
4. si studieranno gli effetti causati dai trattamenti combinati della BSAO/spermina con composti lisosomotropici oppure con endocannabinoidi. Questa
combinazione potrebbe potenziare la morte cellulare indotta dall'H2O2 e dalle aldeidi;
5. il trattamento delle cellule tumorali con BSAO/spermina sarà anche associato con l'ipertemia oppure con altri farmaci citotossici attualmente usati in
terapia (5-fluorouracile, docetaxel, doxorubicina), che agiscono con diversi meccanismi in grado di indurre sulle cellule tumorali effetti citotossici addizionali o
sinergici;
6. al fine di suggerire nuovi approcci nella terapia antitumorale, saranno effettuati esperimenti in vivo per valutare se la BSAO nativa ed immobilizzata,
quando iniettata direttamente dentro il tumore, è in grado di indurre attività tumoricida convertendo le poliamine endogene in prodotti citotossici in situ.
Il progetto pertanto propone potenziali applicazioni cliniche per la diagnosi precoce, per la prognosi ed il trattamento del carcinoma del colon (LoVo) e della
prostata (CP), dell'osteosarcoma (OS) e del melanoma (M14) che, tra le neoplasie maligne, sono quelle a più alto impatto sociale. Come riportato nella
descrizione degli obiettivi, lo scopo del progetto è pertanto di sviluppare un nuovo approccio terapeutico contro il CP, LoVo, OS, M14, che tragga vantaggio
dall'elevato contenuto di poliamine endogene presenti nelle cellule tumorali, in quanto tali policationi possono diventare sorgenti di metaboliti citotossici,
H2O2 ed aldeidi, in presenza di specifici enzimi. (Agostinelli et al. 2004). In questo modo le poliamine, le amino ossidasi e i loro prodotti di reazione possono
diventare attori inaspettati di una nuova strategia per la terapia dei tumori.
L'idea di utilizzare i metaboliti tossici delle poliamine come probabili candidati di un innovativo trattamento antitumorale viene da studi precedentemente
effettuati in vitro ed in vivo dal gruppo di ricerca proponente. In questi studi è stato esplorato l'effetto dei metaboliti citotossici della spermina, H2O2 ed
aldeidi, su diverse linee cellulari tumorali (Agostinelli et al. 2007, 2009), tra le quali l'adenocarcinoma del colon (LoVo), il melanoma (M14) (Agostinelli et al,
2006, 2014) e sui topi portatori di melanoma (B16-F0) (Averill-Bates et al. 2005). La crescita del melanoma nel topo è stata inibita mediante trattamento con
BSAO libera e poliamine endogene (Averill-Bates et al. 2005). Un aspetto nuovo del progetto riguarda gli esperimenti di sopravvivenza cellulare che verranno
effettuati anche in presenza di composti lisosomotropici, come la clorochina ed il docetaxel, in associazione con BSAO/spermina, allo scopo di potenziare
l'azione citotossica dell' H2O2 e delle aldeidi per una più promettente ed efficace terapia antitumorale. Nell'ambito del nostro studio l'associazione della
BSAO/spermina con agenti naturali, appartenenti alla classe degli endocannabinoidi, come l'anandamide (AEA), verranno presi in considerazione. Gli
endocannabinoidi sono molecole coinvolte in funzioni cardiovascolari, riproduttive e immunitarie. Con il presente progetto si cercherà inoltre di realizzare un
avanzamento rispetto allo stato dell'arte, utilizzando la BSAO coniugata a polimeri biocompatibili e biodegradabili. Questo aspetto viene studiato soprattutto
per il lento rilascio dei prodotti tossici, che si formano in seguito alla reazione di ossidazione enzimatica catalizzata dalla BSAO all'interno della massa
tumorale, e capaci di indurre apoptosi invece di necrosi. Pertanto, nel caso di un futuro nuovo approccio terapeutico, la somministrazione esogena del
substrato "poliamine" potrebbe non essere necessaria, poichè le cellule tumorali hanno concentrazioni di poliamine endogene più elevate (millimolare)
rispetto alla concentrazione di spermina (od altre poliamine) utilizzata negli esperimenti in vitro (micromolare), condotti su cellule tumorali in coltura. Così,
durante questa terapia innovativa, le poliamine possono essere rilasciate nell'ambiente extracellulare, quando le cellule tumorali sono danneggiate, per un
processo a feedback, dagli stessi metaboliti della spermina formatisi in situ (Agostinelli et al. 2006c).
Pertanto, l'obiettivo principale del progetto consiste nel valutare l'efficacia antitumorale del sistema BSAO/poliamine dopo somministrazione intraperitoneale della BSAO incapsulata nel liposoma e di brevi sequenze di miRNA veicolato mediante nanoparticelle. La somministrazione intraperitoneale della BSAO
coniugata a polimeri biocompatibili (nanostrutture superparamagnetiche) o incapsulata in sistemi di trasporto (liposomi), verrà presa in considerazione per il
lento rilascio dei prodotti tossici all'interno della massa tumorale, in neoplasie sensibili e multifarmaco resistenti. L'insorgere della farmacoresistenza nei
tumori è legata allo sviluppo di meccanismi che inducono resistenza alla morte per apoptosi. La variazione di espressione dei miRNA 21, 34, 146 e 221
validerà le proprietà antitumorali del sistema BSAO/spermina principalmente nei fenotipi farmacoresistenti.
Per la veicolazione si utilizzeranno, tra le altre, strutture liposomiali e nanoparticelle. Tra le caratteristiche queste strutture comprendono la mancanza di
risposta immunitaria e infiammatoria. Inoltre, le nanoparticelle sono derivatizzate con acido ialuronico e colesterolo, un polimero biocompatibile e
biodegradabile ( Montanari et al. 2013).
Se gli obiettivi saranno raggiunti, i risultati ottenuti potrebbero avere una generale e pronta trasferibilità nell'applicazione clinica per la ottimizzazione della
terapia contro il fenotipo multifarmacoresistente dell'adenocarcinoma del colon, del carcinoma della prostata, dell'osteosarcoma e del melanoma, con un
impatto positivo per il Servizio Sanitario Nazionale ed anche in termini economici.