Sclerosi Laterale Amiotrofica: dalla ricerca di base all applicazione clinica. Letizia Mazzini Clinica Neurologica Università Amedeo Avogadro Novara

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1 Sclerosi Laterale Amiotrofica: dalla ricerca di base all applicazione clinica Letizia Mazzini Clinica Neurologica Università Amedeo Avogadro Novara

2 PubMed (parola chiave: Amyotrophic Lateral Sclerosis) Aprile 1986: 6 pubblicazioni Aprile 2006: 64 pubblicazioni

3 Epidemiology Uniform world-wide distribution Incidence/100,000/year Overall: 1.5 to 2; Male = 2.1; Female to 74 years: Male = 10.2; Female = 7.4 Increases in 1990's in: Females; Patients > 75 years; Southern Europe Prevalence: 3 to 8 per 100,000 Risk increases with age up to 74 years Mortality Causes 1 in 700 deaths Rate: 1.9/100,000/year Male:Female 1.5:1 More male predominance in younger onset cases Onset age Mean: 56 to 63 years Only rare cases before 20 years Rare disease

4 Difficoltà della Ricerca Scientifica nelle Malattie Rare 4Spesso mancano adeguati modelli animali 4E difficile il reclutamento per la dispersione sul territorio 4Peculiari problemi metodologici (numerosità del campione, variabilità clinica..) 4Scarsa probabilità di ricevere finanziamenti

5 Rare Disease Clinical Research Network (National Institute of Health 27\02\2003) 4Collaborazione nella Ricerca Clinica delle malattie rare (studi clinici, studi longitudinali, studi pilota) 4Studio di nuovi approcci e tecnologie per il trattamento, la classificazione, l analisi dei dati 4Training per i ricercatori coinvolti nella ricerca delle malattie rare 4Facilitare l accesso all informazione dello stato della ricerca negli USA e nel mondo aggiornato per i ricercatori, i clinici, i pazienti

6 Legge malattie rare (decreto 18 maggio 2001 n 279) Realizzazione di una rete nazionale Esenzione dalla partecipazione al costo delle relative prestazioni sanitarie Identificazione presidi

7 Commissione per lo studio delle problematiche concernenti la diagnosi, la cura e l assistenza dei pazienti affetti da Sclerosi Laterale Amiotrofica D.M. 10 aprile 2003

8 Commissione Ministeriale per la Ricerca nella Sclerosi Laterale Amiotrofica D.M. 14 ottobre 2004 Detta Commissione dovrà promuovere la ricerca orientata a: Patogenesi della SLA Definizione dei marcatori biologici della malattia Identificazione di terapie innovative farmacologiche, cellulo-mediate e terapia genica

9 Indirizzi di ricerca Meccanismi eziopatogenetici Trials terapeutici

10 Sclerosi Laterale Amiotrofica Fattori genetici Malattia Multifattoriale Fattori esogeni

11 Sclerosi Laterale Amiotrofica Malattia Multifattoriale Fattori genetici Fattori esogeni Forme familiari Mutazioni SOD Forme giovanili (alsina) Associazioni con altre malattie ereditarie

12 Sclerosi Laterale Amiotrofica Fattori genetici Malattia Multifattoriale Fattori esogeni Agenti infettivi Metalli pesanti Agenti chimici Shock elettrici Traumi Attività fisica intensa

13 Sclerosi Laterale Amiotrofica (Forma di Guam) Malattia Multifattoriale Fattori genetici Fattori esogeni Maggiore Incidenza (7,5\ ) Cycas Circinalis Neurotossine

14 Sclerosi Laterale Amiotrofica (malattia degli sportivi?) Fattori genetici Soggetti magri e atletici Malattia Multifattoriale Fattori esogeni Maggiore esposizione ai tossici esogeni Facilitazione trasporto attraverso BEE Maggiore assorbimento dai MNs dei tossici Maggiore suscettibilità dei MNs che afferiscono alle fibre fast Meccanismi eccitatori sui MNs

15 Transgenic SOD 1 mouse model

16 Motor Neurons produced in the laboratory from embryonic stem cells. (Wichterle H et al Cell : )

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18 ALS pathogenesis: excitotoxic hypothesis SOD1 gene mutations Elevated glutamate levels in plasma Elevated glutamate and aspartate levels in cerebrospinal fluid Reduced tissue levels of excitatory amino acids Glutamate transporter abnormalities Formation of reactive oxygen species Riluzolo

19 Astrogliosi

20 Trigger? Neurotoxicity Inflammatory cascades Activated Microglia Neurodegeneration

21 Come funziona la sperimentazione clinica Protocollo sperimentale: documento che descrive l obbiettivo, la metodologia, le considerazioni statistiche e l organizzazione di uno studio. La sperimentazione clinica è posta sotto il controllo delle autorità sanitarie pubbliche (Istituto Superiore di Sanità, Ministero della Sanità, Comitati Etici Regionali, Comitati Etici locali)

22 Come funziona la sperimentazione clinica Fase I: studio preliminare sulla sicurezza e sulla modalità di azione Fase II: studio terapeutico pilota Fase III: studio terapeutico su più larga scala Fase IV: Dopo la commercializzazione

23 Come funziona la sperimentazione clinica Studi clinici controllati: un gruppo di pazienti riceve il trattamento sperimentale mentre il gruppo di controllo riceve la terapia standard o il placebo (preparazione apparentemente identica a quella che si vuole testare ma che non contiene alcun principio attivo) Studi clinici controllati randomizzati: i pazienti sono assegnati a caso al gruppo sperimentale o a quello di controllo Studi in cieco: quando i pazienti non sanno a quale gruppo sono stati assegnati Studi in doppio cieco: né i pazienti, né i medici sanno chi sta assumendo la cura sperimentale e chi il placebo

24 Can Selection of Rapidly Progressing Patients Shorten Clinical Trials in Amyotrophic Lateral Sclerosis? Mamede de Carvalho, MD; Michael Swash, MD Arch Neurol. 2006;63:

25 Come funziona la sperimentazione clinica E importante ricordare che i trials non sono terapie ma esperimenti scientifici che possono, o non possono risultare efficaci

26 Indirizzi di ricerca terapeutica Neuroprotezione (agenti antiossidanti, agenti antieccitotossici, agenti antiinfiammatori) Neurorigenerazione (fattori di crescita cellule staminali) Terapia genica

27 Agenti antiossidanti Pentossifillina Fase II-III, Randomizzato, doppio cieco; Sede: Multicentrico Europa; Inizio: autunno 2002; Durata: 24 mesi; N : 400 pz Concluso. Nessun effetto clinico CoQ10 (particolarmente attivo sui mitocondri): Fase III; Multicentrico, Inizio: ottobre 2004; Durata non determinata; N? Pz AEOL Fase II, Randomizzato, 80% farmaco 20% placebo; Sede: Multicentrico USA; Inizio: autunno 2005; N?pz

28 Agenti antieccitotossici Inibitori caspasi Celecoxib: Fase III, Randomizzato-Doppio cieco, Northeast ALS Consortium, Inizio:dicembre 2001; Durata: non determinata; N : 300 pz Risultati preliminari: nessun effetto clinico Minocycline: Fase II, aperto, California Pacific Medical Center buona tollerabilità Fase III, Randomizzato- cieco, Northeast ALS Consortium, Inizio: estate 2003, Durata: 2 anni; N : 400 pz Tamoxifen Fase II, Randomizzato-cieco, Università del Wisconsin, Inizio: gennaio 2002; Durata: non determinata; N : 100 pz

29 Modulatore degli astrociti ONO-2506PO Fase II-III, Randomizzato, doppio cieco; Sede: Multicentrico Europa; Inizio: primavera 2003; Durata: 18 mesi; Concluso. Nessun effetto clinico TCH-346 Fase II, Randomizzato, doppio cieco. Multicentico. Sospeso

30 Beta-Lactam antibiotics are multipotent agents to combat neurological diseases. (Ji HF et al Biochem Biophys Res Commun May 19) Modificano i livelli delle proteine che regolano il glutammato Sono noti da tempo come chelanti dei metalli Ceftriaxone Fase III; Multicentrico Inizio: primavera 2005; Durata non determinata; N 600 pz

31 Antivirali Ritonavir + hydroxyurea Fase II- Randomizzato, doppio cieco; Sede: Multicentrico USA; Inizio: autunno 2004

32 Fattori Neurotrofici Fattori Neurotrofici (prevenzione morte neuronale, stimolazione della rigenerazione neuronale) Myotrophin (IGF1): Fase III, Randomizzato-Doppio cieco, 16 Centri in USA, Inizio: giugno 2003, Durata: 2 anni; N : 330 pz BDNF: Sospesi Xaliproden: Nessun effetto clinico Ossigenoterapia iperbarica: Fase I. In 4\5 pz miglioramento della forza muscolare. L-acetyl-L-carnitine: Fase II, RAndomizzato-Doppio cieco, 19 Centri italiani, Inizio: luglio 2006, Durata 1 anno; N 80

33 ALS care and management

34 Ventilazione

35 Terapia genica Tecniche ex vivo (espianto chirurgico di tessuti malati in cui viene iniettato il nuovo DNA. Le cellule, fatte replicare in coltura, vengono reimpiantate nel tessuto malato del paziente) Tecniche in vivo (Il DNA terapeutico viene veicolato da un virus all interno delle cellule. Questo DNA è in grado di condizionare solo le cellule nuove, non quelle già malate)

36 Terapia genica nella SLA In topi mutati per il gene della SOD1 in cui era stato inoculato attraverso un adenovirus il gene che codifica il Glial-derived neurotrophic factor (GDNF) hanno mostrato un rallentamento della progressione dei sintomi ed un prolungamento della sopravvivenza. ( C. Acsadi et al Increased survival and function of SOD1 mice after GDNF Gene therapy Human Gene Therapy Vol 13 Issue 9 June )

37 Terapia genica nella SLA Cellule staminali neuronali umane espanse in coltura e geneticamente modificate,utilizzando un lentivirus, per secernere GDNF possono sopravvivere, integrarsi e produrre GDNF nel midollo spinale dei topi SOD1. (Klein SM et al GDNF Delivery Using Human Neural Progenitor Cells in a Rat Model of ALS. Hum Gene Ther Apr;16(4): )

38 Cellule staminali Possono replicarsi indefinitivamente Non differenziate Possono dare origine a tessuti diversi da quelli di provenienza

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40 Cellule staminali adulte

41 Cellule staminali e SLA (Possibili applicazioni) Meccanismi che sottendono alla specificità cellulare, all embriogenesi e alla morte cellulare Creazione di un modello di patologia in vitro Sostituzione di tessuti danneggiati o non funzionanti. Veicoli per farmaci o fattori di crescita

42 Problematiche connesse al sistema nervoso Possibilità di differenziare nel senso cellulare voluto Come farle giungere nelle sedi opportune Come controllarne le connessioni

43 Problematiche connesse alla Sclerosi Laterale Amiotrofica La SLA è una malattia degenerativa ad eziologia ignota I dati disponibili nei modelli sperimentali sono incompleti La SLA è caratterizzata da una perdita generalizzata dei motoneuroni

44 Human neural stem cells (red) cluster around a motor neuron (green) in the spinal cord of an ALS-afflicted rat. Researchers Clive Svendsen and Sandra Klein, of the Stem Cell Research Program at the Waisman Center, (Photo: courtesy Sandra Klein)

45 ORIGINAL ARTICLE: Liying Chi, Yan Ke, Chun Luo, Baolin Li, David Gozal, Balaraman Kalyanaraman, Rugao Liu Motor Neuron Degeneration Promotes Neural Progenitor Cell Proliferation, Migration and Neurogenesis in the Spinal Cords of ALS Mice Stem Cells First published online August 11, 2005

46 Wild-Type Nonneuronal Cells Extend Survival of SOD1 Mutant Motor Neurons in ALS Mice A. M. Clement, M. D. Nguyen, E. A. Roberts, M. L. Garcia, S. Boillée, M. Rule, A. P. McMahon, W. Doucette, D. Siwek, R. J. Ferrante, R. H. Brown Jr., J.- P. Julien, L. S. B. Goldstein, and D. W. Cleveland Science Oct : Wild-type bone marrow cells ameliorate the phenotype of SOD1-G93A ALS mice and contribute to CNS, heart and skeletal muscle tissues Stefania Corti, Federica Locatelli, Chiara Donadoni, Michela Guglieri, Dimitra Papadimitriou, Sandra Strazzer, Roberto Del Bo and Giacomo P. Comi Brain,2004; 127:

47 GDNF Delivery Using Human Neural Progenitor Cells in a Rat Model of ALS Sandra M. Klein, Soshana Behrstock, Jacalyn McHugh, Kristin Hoffmann, Kyle Wallace, Masatoshi Suzuki, Patrick Aebischer, Dr. Clive N. Svendsen Human Gene Therapy. Apr 2005, Vol. 16, No. 4:

48 COMMENTARY Nature Medicine 10, (2004) Stem cells for Parkinson disease and ALS: replacement or protection? Clive N Svendsen 1 & J William Langston 2 1 Clive N. Svendsen is at The Waisman Center, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53705, USA. 2 J. William Langston is at the Parkinson's Institute, Sunnyvale, California 94089, USA.

49 Razionale per un possibile effetto terapeutico delle cellule staminali nelle malattie neurodegenerative TRANSDIFFERENZIAZIONE CARRIERS SOSTITUZIONE CELLULARE TRASMETTITORI Meccanismi d azione RIGENERAZIONE ATTIVAZIONE CELLULE STAMINALI ENDOGENE PRODUZIONE FATTORI NEUROTROFICI

50 Impianto cellule staminali mesenchimali autologhe in pazienti affetti da Sclerosi Laterale Amiotrofica STUDIO IN FASE I (Approvazione Comitato Etico Regionale 22\10\2001) OBIETTIVO PRIMARIO: Fattibilità e sicurezza 1. Prelievo di midollo osseo, isolamento ed espansione cellulare 2. Impianto delle cellule espanse nel midollo spinale con tecnica microchirurgica 3. Analisi degli eventi avversi

51 Impianto delle cellule espanse nel midollo spinale Laminectomia Mielotomia Iniezioni multiple

52 CONCLUSIONI L iniezione diretta delle cellule staminali mesenchimali autologhe nel midollo spinale sembra sufficientemente sicura Non si sono verificati segni di tossicità sia acuta che a lungo termine (>3 anni) (Amyotroph Lateral Scler Other Motor Neuron Disord, 2003; 4: ; The Lancet 27 November 2004, vol 364, Number 9449; Neurological Research in press).

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54 16 gennaio 2005 Paraplegia: miracolo cinese? Infuria la polemica sul chirurgo di Pechino che inietta cellule fetali per "restituire il movimento". Manca la documentazione scientifica

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56 L attuale trattamento della SLA deve prevedere misure mediche e assistenziali multidisciplinari per contrastare i deficit che la malattia determina lungo il suo decorso garantendo al paziente la migliore qualità di vita, nel rispetto delle sue volontà