L integrazione delle neuroscienze e della genetica quale nuova prospettiva in campo riabilititativo

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1 XXV Anniversario IRCCS E. Medea La salute del bambino tra genetica e neuroscienze L integrazione delle neuroscienze e della genetica quale nuova prospettiva in campo riabilititativo Prof Nereo Bresolin Bosisio Parini, 11 Dicembre 2010

2 Chi opera nel campo scientifico e clinico non deve mai dimenticare che lo scienziato e la scienza o sono a servizio dell uomo e della vita o non hanno senso Prof. Giorgio Moretti

3 Alla fine degli anni 70 Zaira Spreafico e Moretti iniziarono a delineare il grande disegno dell Istituto Scientifico. Ancora una volta unirono i loro sforzi per realizzarlo, ciascuno mettendo a disposizione le sue specifiche capacità: Zaira quelle manageriali, Moretti quelle tecniche e scientifiche. Con tenacia e determinazione hanno portato avanti il progetto, superando notevoli difficoltà di ogni tipo, fino al suo compimento nel 1985, quando venne riconosciuto l IRCCS E. Medea.

4 Di Moretti, Zaira era solita dire: «Lui è una delle mie migliori piccole apostole!».

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6 NEUROIMAGING NEUROIMAGING, CLINICA E GENETICA DIAGNOSTICA RIABILITAZIONE NMR FUNZIONALE OUTCOME riabilitativo

7 10 Linee di Ricerca - IRCCS E. MEDEA NEUROPATOLOGIA RIABILITAZIONE NEUROMOTORIA E NEUROPSICOLOGIA FUNZIONALE PSICOPATOLOGIA DELLO SVILUPPO, LINGUAGGIO E DELL APPRENDIMENTO NEUROFISIOPATOLOGIA NEUROBIOLOGIA BIOINGEGNERIA BIOINFORMATICA ORGANIZZAZIONE DEI SERVIZI SANITARI BIOETICA NEUROIMAGING

8 NEUROPATOLOGIA

9 LIVING WITH ONE HEMISPHERE: A LARGE PORENCEPHALIC CYST NEJM, 2009, 361(16):1584

10 LISSENCEFALIA:NMR 1993

11 Malformation of the Cortical Development-MCD Doppia corteccia-nmr

12 NMR ha permesso di evidenziare anche minime malformazioni tipiche di queste forme di MCD migliorando la diagnosi

13 GENETICA E NEUROIMAGING DCX Child Mutation Mother

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15 NMR e GENETICA DIAGNOSI Sono sempre sufficienti?

16 Sindrome di Joubert Segni neurologici tipici: Ipotonia che evolve in atassia Ritardo di sviluppo psicomotorio Segno neuroradiologico tipico: Segno del dente molare (MTS)

17 SEGNO DEL DENTE MOLARE - MTS 1. Ipoplasia verme cerebellare Sezione mediana sagittale 2. Fossa interpeduncolare infossata 3. Peduncoli cerebellari superiore spessi e allungati e orizzontalizzati Normale Sezione assiale MTS

18 Joubert syndrome related disorders Altre anomalie SNC Fibrosi epatica Cervelletto JOUBERT ISOLATA ipotonia, atassia, RPM, aprassia oculomotoria, anomalie del respiro Difetti della linea mediana Cardiopatie Polidattilia NEFRONOFTISI (NPH) JOUBERT CON NEFROPATIA Displasia cistica renale JOUBERT CON INTERESSAMENTO CEREBELLO OCULO RENALE JOUBERT CON RETINOPATIA AMAUROSI CONGENITA DI LEBER (LCA) Retinopatie non specifiche Coloboma corioretinico rene occhio

19 Loci coinvolti nelle JSRD (OMIM settembre 2009): JBTS1 9q34 gene INPP5E JBTS2 11p12-q13? JBTS3 6q23 gene AHI1 JBTS4 2q13 gene NPHP1 JBTS5 12q21.32 gene CEP290 (NPHP6) JBTS6 8q21 gene TMEM67/MKS3 JBTS7 16q12.2 gene RPGLIP1L JBTS8 3p12.3-q12.3 gene ARL13B JBTS9 4p15 gene CC2D2A

20 Ipoplasia ponto cerebellare-pch Ipoplasia emisferi cerebellari e verme Ridotta mielinizzazione cerebellare Ipoplasia del ponte Microcefalia, grave compromissione motoria e cognitiva, discinesia extrapiramidale, epilessia, regressione nello sviluppo psicomotorio

21 PCH e Sindrome di Joubert Diagnosi CLINICA NEURORADIOLOGIA GENETICA Quadri clinici discriminanti tra le varie forme PCH1-6 Quadri neuroradiologici simili tra le varie forme geni diversi associati Progetto di studio NMR: trattografia e spettroscopia in forme geneticamente definite per identificare elementi diagnostici specifici delle varie forme

22 PARAPARESI SPASTICHE EREDITARIE Diagnosi CLINICA Forme pure Forme complicate Eta d esordio NEURORADIOLOGIA GENETICA Volumetria, trattografia, spettroscopia sulle forme molecolarmente definite per identificare elementi distintivi tra le varie forme e facilitare la diagnosi 48 loci distinti 18 geni noti

23 Neurolesioni acquisite Tumori Paralisi Cerebrali Infantili (PCI) Patologie ortopediche infantili Patologie Neuromuscolari Riabilitazione Neuromotoria e Neuropsicologia Funzionale BioIngegneria ed analisi strumentale Stato Vegetativo Robotica Neuroplasticità Gait Analysis Interfaccia cervello-macchina Brain Computer Interface Nuove strategie terapeutiche farmacologiche e cellulo mediate

24 frm e outcome dello stato vegetativo Trauma cranico da incidente stradale l 8 settembre 2008 A gennaio 09 il bambino presenta ancora un quadro clinico di SV, nessuna risposta motoria a stimoli uditivi e tattili. Esegue una frm che evidenzia un attivazione delle aree corticali su stimoli visivi, uditivi, tattili AUDITORY STIMULATION TACTILE STIMULATION RIGHT HAND VISUAL STIMULATION-Emotional response

25 frm e outcome dello stato vegetativo A febbraio 2009 il bambino inizia a migliorare. Il 1 agosto 2009 presenta: - tetraparesi medio grave (cammina con carrello), - anartria - ha un livello cognitivo ai limiti inferiore di norma, con una buona capacità comunicativa attraverso tabella alfabetica AUDITORY STIMULATION TACTILE STIMULATION RIGHT HAND VISUAL STIMULATION: Emotional response

26 e interminati spazi di la da quella, e sovraumani silenzi e profondissima quiete, io nel pensier mi fingo... Giacomo Leopardi

27 fnmr nella diagnosi e nella prognosi?

28 PNAS July 5, 2005 vol. 102 no PNAS 2008, vol. 105 no. 10:

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31 Ataluren (DMD) Olexosime (SMA/ALS) New Drug Approaches Dexpramipexole (ALS) Phosphorothioate Oligonucleotides (ALS, SMA, DMD)

32 Read through premature stop codon PTC124 (Ataluren)

33 Drug for Mitochondrial transition permeability pore: Trophos-olexosime (ALS, SMA); Dexpramipexole (ALS)

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35 DMD: molecular analysis

36 Reading frame Dystrophin Exon-skipping

37 Phosphorodiamidate morpholino oligonucleotides (PMOs) (AVI-4658; AVI-Biopharma) Phosphorothioate oligonucleotides (PRO051 Prosensa)

38 In vitro prescreening First human trial: IM injection of PRO051 in 4 DMD patients

39 PRO051/GSK thus specifically induces exon 51 skipping in the DMD gene A phase III, randomised, double blind, placebo-controlled clinical study in ambulant DMD will start soon Subcutaneous injections 1/weekly

40 Benchaouir R. et al., Cell Stem Cell

41 Isolation of CD133+ stem cells from GRMD dogs muscle tissues

42 Engineering of CD133+ cells isolated from GRMD muscle biopsies

43 GRMD infusion with autologous CD133+ muscle-derived stem cells Succlavia arteries Multi-arterial injection Femoral arteries

44 Muscle biopsies of GRMD treated dogs (12 months post-injection)

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46 Isolate SVZ SVZ Neurospheres Dissociate EGF/FGF-2 MATURE CELLS SELF-RENEWAL Neurons EGF/FGF-2 Astrocytes Oligodendrocytes

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48 Phase I trial (safety trial) of spinal cord derived stem cells for patients with ALS Sponsor: Neuralstem, Inc.; Center: Emory ALS center (Emory University in Atlanta), Prof. J. Glass. FDA approved in September five-to-ten stem cell injections in the lumbar area Study duration: 24 months Trated up to now 5 patients: 3 unilateral (Group 1A), 2 bilateral (Group 2A): severe disease Netx Group B: difficulty walking, but able to walk without the assistance of another person and have good breathing function Eligibility Criteria Group B 1) Confirmed diagnosis of ALS by a neurologist 2) Vital capacity greater than 60% of predicted value seated; greater than 50% measured flat on your back 3) Difficulty walking due to ALS 4) Lack of complicating medical conditions 5) Live in geographic proximity to Emory University Hospital 6) Ability to communicate vocally or with low-tech tools (writing or letter board). Updated 16 August 2010

49 Geron s Phase I Clinical Trial in Spinal Cord Injury - Human stem cell (hesc)-derived oligodendrocyte progenitor cells - To assess the safety and tolerability of GRNOPC1 in patients with thoracic spinal cord injuries - Participants in the study must be newly injured and receive GRNOPC1 within 14 days of the injury

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54 1- Create patient and disease-specific stem cell lines (ALS-SMA) 2- Generate NSC, neurons, motor neurons, and other relevant neuroectodermal cell populations

55 ips ips purified motoneurons were used for transplantation into the spinal cords of 1-day-old SMA mice (10,000 cells/1 ul x two horns -tot: for cervical C4 C5 and -tot: for lumbar L1/L2 spinal cords Treated mouse Motor neurons SMA 7 mouse (SMA)

56 GFP NeuN Merge Corti et al.,2010

57 IRCCS E. Medea Dip. Scienze Neurologiche, Univ. degli studi di Milano