Il sistema è costituito da cellule impiantate sotto pelle e programmate per produrre ormoni e proteine terapeutiche in risposta alla nitroglicerina, che viene somministrata attraverso un semplice cerotto
Chi non si è mai scatenato sulle note di We Will Rock You dei Queen? Nel 2023, un gruppo di ricerca del Politecnico Federale di Zurigo (ETH Zurich) ha "insegnato" alle cellule umane a fare lo stesso: grazie a uno speciale interruttore in grado di attivare i geni in risposta a vibrazioni sonore, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile istruire le cellule a rilasciare insulina a ritmo di musica. Ora, lo stesso team ha sviluppato un nuovo interruttore genetico, attivabile con un semplice cerotto alla nitroglicerina. Lo studio, pubblicato su Nature Metabolism, descrive un sistema che usa questo farmaco per regolare la produzione di ormoni e altre molecole terapeutiche, aprendo la strada a trattamenti innovativi per il diabete e altre malattie.
DIABETE: UNA SFIDA APERTA
Il diabete è una delle malattie metaboliche più diffuse, con oltre 500 milioni di persone colpite nel mondo. A causa di un’insufficiente produzione di insulina da parte del pancreas (diabete di tipo 1) o di una scarsa sensibilità delle cellule a questo ormone (diabete di tipo 2), il corpo non riesce più a regolare autonomamente la concentrazione di zucchero nel sangue. I pazienti, soprattutto quelli con diabete di tipo 1, devono iniettarsi quotidianamente l’insulina per mantenere sotto controllo la loro glicemia. Tuttavia, una dose eccessiva o insufficiente può portare a variazioni imprevedibili nei livelli di zucchero nel sangue, aumentando il rischio di complicanze come crisi ipoglicemiche o iperglicemiche.
Per sostituire le iniezioni quotidiane con un metodo più efficace e controllabile, si stanno studiando varie strategie, come l’insulina “smart” che si attiva solo quando serve o impianti sottocutanei di cellule capaci di produrre e rilasciare ormoni in risposta a specifici segnali biochimici.
GLI INTERRUTTORI GENICI
Nel corso degli anni, i ricercatori hanno sperimentato diverse strategie, progettando interruttori che rispondono a farmaci, additivi alimentari, cosmetici o fragranze. Tuttavia, sviluppare un interruttore genico efficace non è semplice. Il composto che lo attiva deve essere facilmente disponibile e somministrabile, preferibilmente un farmaco già approvato per uso clinico, privo di effetti indesiderati e di interferenze con il metabolismo. Inoltre, dovrebbe essere composto solo da elementi umani, evitando proteine di origine batterica o animale che potrebbero scatenare reazioni immunitarie impreviste.
Il sistema deve garantire un controllo preciso e reversibile dell’espressione genica, permettendo di modulare la produzione della proteina terapeutica in base alle necessità del paziente. Questi approcci hanno già dimostrato il loro potenziale nel trattamento di patologie come il cancro, i disturbi metabolici e le infezioni batteriche.
STRATEGIE NON MOLECOLARI
I ricercatori dell’ETH Zurich hanno esplorato anche soluzioni non molecolari per altri sistemi di interruttori genici, che non interferiscono con i processi interni dell’organismo e possono essere controllati dall’esterno con dispositivi elettronici come smartphone o smartwatch: alcuni esempi includono l’uso di luce, elettricità e persino vibrazioni sonore.
Uno degli esperimenti più curiosi pubblicato su The Lancet nel 2023 ha utilizzato la musica, in particolare We Will Rock You dei Queen, per stimolare il rilascio di insulina. In quel caso, le cellule erano state equipaggiate con una proteina-canale di Escherichia coli, in grado di regolare il flusso di ioni calcio in risposta a stimoli meccanici, come le onde sonore. Sulle note dei Queen, i canali si aprivano, permettendo l’ingresso degli ioni calcio nella cellula e attivando una cascata di reazioni che culminava con il rilascio di insulina.
UN CEROTTO ALLA NITROGLICERINA
Il nuovo sistema sviluppato sotto la guida di Martin Fussenegger, professore del Dipartimento di Scienza dei Biosistemi e Ingegneria, si basa, invece, sulla nitroglicerina, farmaco già approvato per il trattamento di diverse patologie cardiovascolari. Una volta assorbita, la nitroglicerina viene rapidamente convertita in ossido nitrico (NO), un segnale biologico naturale coinvolto in numerose funzioni del nostro organismo.
Il sistema è costituito da cellule impiantate sotto pelle e ingegnerizzate geneticamente per riconoscere la nitroglicerina e convertirla in NO grazie all’enzima aldeide deidrogenasi 2 (ALDH2). Il NO, a sua volta, attiva la produzione e il rilascio di GLP-1, che stimola il pancreas a produrre insulina e contribuisce al controllo della glicemia.
L’ossido nitrico è un gas che si degrada rapidamente, impedendo un’azione prolungata o effetti indesiderati. Inoltre, il GLP-1 non solo regola i livelli di zucchero nel sangue, ma induce anche un senso di sazietà, riducendo l’appetito e migliorando il controllo del peso.
LO STUDIO PRECLINICO
I ricercatori hanno testato il sistema su topi modello per obesità con diabete di tipo 2, impiantando sottopelle cellule umane ingegnerizzate racchiuse in microcapsule. L’applicazione di un cerotto transdermico alla nitroglicerina, sostituito a giorni alterni, ha permesso di attivare il rilascio di GLP-1 per 35 giorni.
I topi trattati hanno mostrato livelli elevati di GLP-1 e un controllo stabile della glicemia, con un miglioramento del peso corporeo e della sensibilità all’insulina. Inoltre, non sono stati rilevati effetti cardiovascolari indesiderati: le cellule modificate hanno metabolizzato la nitroglicerina prima che potesse entrare nella circolazione sistemica.
Questi risultati confermano l’efficacia e la sicurezza del sistema, aprendo la strada allo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per il diabete di tipo 2.
PROSPETTIVE FUTURE
La possibilità di regolare la produzione di ormoni con un semplice cerotto potrebbe rivoluzionare il trattamento di molte malattie metaboliche, attivando il sistema biologico in modo controllato e non invasivo.
Questa tecnologia potrebbe trovare applicazione non solo nel diabete, ma anche in altre condizioni che richiedono un rilascio preciso di ormoni o farmaci, come i disturbi endocrini e alcune malattie autoimmuni. In futuro, interruttori genetici simili potrebbero essere sviluppati per il trattamento del Parkinson, delle malattie infiammatorie croniche o per la somministrazione controllata di antidolorifici.
