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Progetto Amanda: Ricerca

 

Le patologie neurodegenerative e i connessi costi sociosanitari sono in crescita esponenziale sia per l'invecchiamento della popolazione che per gli effetti moltiplicativi di stili di vita disfunzionali quali sedentarietà, sovrappeso, iperglicemia. E' pertanto urgente mettere a punto delle strategie per identificare i soggetti a rischio di sviluppare tali patologie e capire se l'effetto di stimoli infiammatori aggiuntivi e cambiamenti di stile di vita possano modificare in modo negativo o positivo il rischio di sviluppare disturbi neurodegenerativi. 

 

La salute delle persone anziane è frutto di una complessa interazione di concause, che oltre a fattori biologici vede anche cause ambientali e comportamentali. La neurodegenerazione indotta da alterazioni metaboliche, in particolare, è una condizione altamente prevalente nella popolazione anziana ed è modificabile grazie a interventi preventivi centrati sullo stile di vita. In questo progetto applicheremo approcci integrati di biologia molecolare, omica, imaging e studi funzionali per a) analizzare la correlazione fra potenziali indicatori clinici e biochimici di neurodegenerazione in pazienti con obesità di I e II grado quale modello umano di insulino resistenza (IR); b) investigare i meccanismi di neurodegenerazione in modelli animali di IR indotta dalla dieta. Lo scopo è identificare nuovi marcatori per una diagnosi precoce e sviluppare approcci terapeutici innovativi. Su un gruppo di 60 soggetti, giovani e anziani fra i 55-70 anni, selezionati per la presenza di obesità e diversi livelli di Insulino-Resistenza (IR), si analizzeranno una serie di biomarcatori circolanti, già identificati dai gruppi partecipanti, allo scopo di stabilire una correlazione tra la gravità delle alterazioni metaboliche e la presenza di indicatori precoci di neurodegenerazione, quali disturbi del sonno e disfunzione olfattiva. Tale analisi sarà associata alla quantificazione dei livelli plasmatici di citochine infiammatorie, adipochine e miochine. I campioni biologici dei pazienti (leucociti ed eventualmente microvescicole isolate da plasma) verranno analizzati tramite approccio proteomico al fine di identificare profili di espressione correlabili alle condizioni fisio-patologiche considerate. Alcuni dei biomarcatori circolanti di infiammazione e stress ossidativo identificati nel paziente saranno quindi analizzati nel modello murino di IR, allo scopo di associare la loro comparsa a caratteristiche funzionali e molecolari più difficilmente analizzabili nel paziente e poterne seguire le variazioni durante lo sviluppo della condizione patologica. Tra queste: a) comparsa di deficit cognitivi tramite analisi comportamentale, b) difetti della funzionalità sinaptica c) difetti di vascolarizzazione, d) alterazione della mielinizzazione a livello cerebrale. In parallelo, utilizzando metodiche di “imaging” caratterizzeremo gli aspetti metabolici (PET), strutturali (MRI), funzionali (Imaging ottico) e metabolica (Maldi Imaging) del cervello dei topi IR rispetto ai topi controllo alimentati con dieta normale. Dal punto di vista dei meccanismi cellulari e molecolari alla base della disfunzione cerebrale indotta da IR studieremo meccanismi noti per indurre senescenza cellulare, come disfunzione mitocondriale, accumulo di danno al DNA, stress ossidativo e stress del Reticolo Endoplasmico (ER). Nuovi eventuali marcatori di IR identificati mediante gli studi sul modello murino saranno verificati su campioni biologici dei pazienti arruolati (proof of concept). Infine, la componente tecnologica del progetto svilupperà metodi innovativi, miniaturizzati ed altamente automatizzati per lo studio parallelo tramite micro-array di biomarcatori allo scopo di facilitarne la validazione e l'utilizzo in campo clinico. L'obiettivo finale del progetto è di migliorare la valutazione del rischio dell’anziano di sviluppare patologie neurodegenerative associate a IR. Ci aspettiamo inoltre di identificare dei nuovi bersagli per terapie farmacologiche o meccanismi modificabili con cambiamenti nello stile di vita.     

 

Gli Istituti coinvolti hanno specifiche competenze ben integrate nel disegno di uno studio traslazionale che esplora i meccanismi patogenetici prima descritti partendo dal modello preclinico cellulare e animale fino alla popolazione anziana a maggior rischio.  

 

Il progetto è iscritto nella valutazione di prodotti fruibili nell'industria della salute applicata all'invecchiamento per l'identificazione e la validazione di biomarcatori di rischio del deterioramento cognitivo. Inoltre, il progetto ha ricevuto l’interesse del Cluster Lombardo di Scienze della Vita e del progetto Invecchiamento del CNR. Il progetto prevede ampie interazioni tra gli istituti coinvolti il che costituisce un importante valore aggiunto.

 

Gli obiettivi principali di ogni unità sono qui riassunti: IFC selezionerà e caratterizzerà un gruppo di pazienti nella fascia d'età a maggior rischio di sviluppare un quadro patologico in presenza di stati di disfunzione metabolica di diverso grado. Verranno valutati la presenza e severità di stati di IR e marcatori funzionali quali deficit cognitivi, disturbi del sonno, disfunzione olfattiva, disautonomia. Grazie ai microarray sviluppati da ICRM, sarà possibile analizzare marcatori biochimici di infiammazione mentre il profilo proteomico umorale sarà studiato con ITB. L’obiettivo è di evidenziare correlazioni dei parametri biochimici e funzionali con il profilo di IR. IN e IBFM si occuperanno di sviluppare e caratterizzare un modello murino di IR e T2D. Topi C57BL/6 verranno alimentati con High Fat Diet (HFD) per indurre IR e confrontati con topi alimentati con Normal Fat Diet (NFD). Questo modello verrà utilizzato da IN per ottenere un quadro completo dell’effetto di HFD sulla funzione (analisi deficit cognitivi e di memoria) e struttura (analisi dell’angio-architettura cerebrale, sinapsi eccitatorie e inibitorie e processi di mielinizzazione) cerebrale. Il modello murino verrà usato da IBFM per caratterizzare l’effetto della dieta sulla neurodegenerazione attraverso metodi sofisticati di imaging. Infine lo stesso modello verrà utilizzato da IGM e IRGB per studiare l’effetto di HFD su pancreas ed fegato, due organi bersaglio di IR. L’ipotesi è che la dieta induca accumulo di danno sul DNA in questi organi e conseguentemente senescenza cellulare correlabile a difetti di funzione che precedono gli eventi neurodegenerativi. IN si occuperà anche di sviluppare un modello di colture cellulari primarie murine per mimare IR indotto da HFD, che verrà messo a disposizione di altri istituti del consorzio per studi molecolari. IN utilizzerà questo sistema per studiare l’effetto sulle alterazioni sinaptiche. IGM e IRGB lo applicheranno per analizzare gli aspetti molecolari alla base della senescenza cellulare da parte di vari tipi di stress, focalizzandosi sul danno sul DNA e la disfunzione mitocondriale. Particolare attenzione verrà data a piccoli RNA non codificanti che si generano in cellule con danno al DNA, che verranno studiati in relazione alla senescenza cellulare. IGM e ICRM svilupperanno un micro-array per misurare in modo veloce, quantitativo e riproducibile il livello di queste piccoli RNA indotti dal danno e per monitorarli in campioni di tessuto e in liquidi corporei. Infine si studierà la possibilità di influenzare l’insorgenza di danno sul DNA o la sua riparazione, e conseguentemente la senescenza cellulare, con specifici composti nella prospettiva di possibili approcci terapeutici innovativi.

 

Oltre ad accrescere la comprensione dei processi neurodegenerativi indotti da difetti metabolici, il progetto genererà protocolli, modelli sperimentali, marcatori, sistemi innovativi di diagnosi che verranno resi disponibili alla comunità scientifica. Il consorzio si propone come obiettivo quello di attivare più strette collaborazioni con il sistema universitario, della salute e quello produttivo). Le strumentazioni che saranno acquistate con questo finanziamento, unitamente a quelle già presenti nei singoli istituti, verranno a costituire una piattaforma tecnologica unica nel suo genere, aperta all’esterno e accessibile tramite il portale Web del progetto stesso. L’obiettivo è che questo progetto sia l’inizio di un consorzio stabile tra i 7 Istituti CNR che diventi un interlocutore per il mondo imprenditoriale Lombardo.    

 

Il progetto è organizzato in 6 attività: 

 

1) GESTIONE DEL PROGETTO (Coordinato da Dott. Giuseppe Biamonti - IGM) 

 

2) SVILUPPO E CARATTERIZZAZIONE DI UN MODELLO ANIMALE DI IR (Coordinato da Prof.ssa Rosa Maria Moresco - IBFM) 

 

3) STUDI D’ORGANO SUL MODELLO PRECLINICO (Coordinato da Prof.ssa Michela Matteoli - IN) 

 

4) ANALISI DEI MECCANISMI MOLECOLARI: STUDIO IN VITRO E IN VIVO (Coordinato dal Dott. Fabrizio d’Adda di Fagagna - IGM) 

 

5) STUDI CLINICI  (Coordinato dalla Dott.ssa Jonica Campolo - IFC) 

 

6) SVILUPPO DI METODICHE ANALITICHE HIGH-THROUGHPUT PER LA VALIDAZIONE E L’UTILIZZO IN DIAGNOSTICA DI POTENZIALI BIOMARCATORI  (Coordinato dalla Dott.ssa Marcella Chiari - ICRM)