Biofarmaci. Contributo ENEA Sviluppo di biofarmaceutici innovativi per terapie anti-metastatiche. Conferenza Stampa. Roma, 22 settembre 2011

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1 Biofarmaci Contributo ENEA Sviluppo di biofarmaceutici innovativi per terapie anti-metastatiche Eugenio Benvenuto Laboratorio Biotecnologie UT BIORAD Conferenza Stampa Roma, 22 settembre 2011

2 UT BIORAD Responsabile : Dr. ssa Carmela MARINO Unità Tecnica Biologia delle Radiazioni e Salute dell'uomo Mission: svolge attività di ricerca e fornisce servizi avanzati nel settore delle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti, a scopi di radioprotezione e nello sviluppo di tecnologie per la salute sviluppa prodotti, processi e metodologie per la comprensione dei meccanismi di azione e degli effetti di agenti fisici e chimici a livello cellulare e molecolare sviluppa prodotti, processi e metodologie per la produzione di biofarmaci offre un contributo alla crescita tecnologica di realtà industriali nazionali ed alla capacità di intervento delle Istituzioni preposte alla protezione della salute della popolazione

3 Unità Tecnica BIOLOGIA delle RADIAZIONI e SALUTE dell UOMO UTBIORAD-RAB Laboratorio Biologia delle Radiazioni e Biomedicina Responsabile: Dr.ssa Anna SARAN UTBIORAD-TOSS Laboratorio Tossicologia Responsabile: Dr.ssa Francesca Pacchierotti UTBIORAD-FARM Laboratorio Biotecnologie Responsabile: Dr. Eugenio Benvenuto Stabulario, serra, biblioteca

4 Sviluppo di biofarmaceutici innovativi per terapie anti-metastatiche

5 Definizione di Prodotto Biofarmaceutico I prodotti biofarmaceutici o biofarmaci sono medicinali realizzati con l'ausilio delle biotecnologie in organismi geneticamente modificati. Diversamente dai classici principi attivi chimici, quelli prodotti mediante le biotecnologie sono grandi complessi macromolecolari, con un peso molecolare compreso tra 5'000 e 145'000 dalton, in alcuni casi addirittura fino a 500'000. Per comprendere meglio questi numeri, si consideri che i medicamenti semplici hanno spesso solo un peso molecolare di al massimo 1000 dalton. Oggi, nella pratica clinica, non è più possibile fare a meno dei biofarmaci, per esempio l'insulina ricombinante, l'interferone e l'eritropoietina. In molti ambiti della medicina, del resto, non esistono alternative terapeutiche ai biofarmaci.

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7 Definizione di Metastasi Le metastasi sono tumori secondari che si formano in organi distanti dalla sede della lesione primaria Rappresentano la principale causa di morte dei pazienti oncologici

8 Il processo di metastatizzazione avviene attraverso fasi sequenziali 1. Invasione 2. Intravasazione 3. Arresto 4. Extravasazione 5. Colonizzazione metastatica G. Raschellà L intero processo avviene anche attraverso il diretto coinvolgimento di molti tipi cellulari non tumorali

9 Come combattere efficacemente il problema delle metastasi E necessario individuare target che siano presenti preferenzialmente nelle cellule con potenziale metastatico Si deve agire sui target metastatici in modo specifico, minimizzando il danno alle cellule sane dell organismo G. Raschellà

10 Attività sperimentali del progetto 1. Sviluppo di farmaci biologici basati su piccoli RNA interferenti per terapie anti metastatiche 2. Sviluppo di farmaci biologici basati su anticorpi ricombinanti prodotti in pianta

11 Meccanismo di silenziamento genico (silencing) mediante piccoli RNA (sirna) RNA precursori Maturazione del sirna Formazione di un complesso sirna/ proteine Riconoscimento del RNA messaggero bersaglio Distruzione del RNA messaggero bersaglio G. Raschellà

12 Silenziamento a scopi terapeutici Questo meccanismo di silenziamento può essere utilizzato a scopi terapeutici I piccoli RNA (sirna) possono essere prodotti per sintesi e veicolati all interno dell organismo utilizzando dei contenitori ad esempio nanotubi di carbonio o liposomi che li trasportano alle cellule tumorali liberandoli al loro interno

13 I liposomi possono essere caricati con piccoli RNA diretti contro uno o più target sirna diretti contro uno specifico target

14 I liposomi carichi possono essere funzionalizzati mediante coniugazione con anticorpi diretti contro un target presente sulle cellule metastatiche

15 Gli immuno liposomi sono in grado di riconoscere le cellule bersaglio tramite l anticorpo e liberare all interno delle cellule molecole di sirna

16 2. Sviluppo di farmaci biologici basati su anticorpi ricombinanti prodotti in pianta Gli Anticorpi sono le molecole chiave del sistema immunitario dei vertebrati, dotati di una struttura a domini funzionali costanti e variabili che è possibile modificare per rendere la molecola più adatta alle diverse esigenze mediante interventi di ingegneria proteica

17 Piante come Biofabbriche per la produzione di anticorpi Batteri (E. coli) Lieviti (S.cerevisiae, P.pastoris) Cellule mammifero (Cos)

18 PLANT VIRUS INFECTION Viral vector Cytoplasm Viral replication Nucleus NUCLEAR TRANSFORMATION MEDIATED BY da A.tumefaciens Chloroplast transformation by shot-gun Chloroplast Plant Cell

19 Produzione di un anticorpo umano ricombinante per terapia e diagnosi di alcuni tipi di cancro Regioni costanti dei geni che codificano per le IgG umane Selezione di regioni variabili con specificità verso un marker tumorale a partire da repertori sintetici IgG Completa umana ricombinante Espressione in pianta

20 Espressione di un anticorpo anti tumorale in pianta Diagnostics Radio-immunoterapy

21 Anticorpi approvati per la terapia del cancro J. M. Reichert & V. E. Valge-Archer - Nature Reviews Drug Discovery 6, (2007) Mercato di oltre 6 miliardi $/anno Costo per Trattamento approx $

22 Molecular farming Produzione in piante di mais: $ per grammo di proteina Altri sistemi biologici: anche 1000 $ o più per grammo. Stima dei costi di produzione in pianta: 2-10% rispetto fermentatori microbici, 0.1% rispetto culture di cellule di mammifero Raskin et al. (2002) Trends in Biotechnology vol. 20, 522 Produttività Stima su coltivazione intensiva di tabacco: 100 tonnellate di foglie/ettaro 50 kg di proteina

23 .Imagine a world in which any protein either naturally occurring or designed by man could be produced safely, inexpensively and in almost unlimited quantities using only simple nutrients, water and sunlight. J. Ma et al. Nature Review Genetics, Oct 2003

24 Serra a contenimento

25 Il contesto del tessuto produttivo del RED BIOTEC nelle aree interessate Nell area di intervento è presente circa 15% delle imprese del territorio nazionale Campania 3.6% Puglia 2.4% Calabria Sardegna 2.4% Abruzzo 1.2% Molise Sicilia 3.6% Lazio (aree definite) 2.4% biotech Basilicata

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27 GATTACA (1997) There is no gene for the human spirit.