Dal Giugno 2012 a oggi, coordino il gruppo di Ricerca Biomedica nell’ambito del Progetto Europeo, 7FP, Ideas, ERC Advanced Grant ”Molecular Nanotechnology For Life Science Application: QUantitative Interactomics for Diagnostics, Proteomics and QUantitative Oncology, (Quidroquo-QPQ-) proposal n. 269025. P.I. Prof. G. Scoles (http://monalisa.uniud.it/?q=daniela-cesselli). L’attività è condotta in stretta collaborazione col dott. A.P. Beltrami.
Descrizione del progetto
Il progetto ha l'obiettivo generale di sviluppare e applicare le tecnologie più innovative per la comprensione di malattie molto debilitanti e mortali, quali il cancro, le malattie cardiache e le malattie neurodegenerative. Poiché le nanotecnologie sono particolarmente adatte per studiare analiti presenti in piccoli volumi (ad esempio le cellule staminali e le cellule tumorali circolanti), o di piccole dimensioni (ad esempio gli esosomi) o estremamente diluiti (ad esempio microRNA circolanti), stiamo affrontando i nostri problemi clinici utilizzando nano-dispositivi che ci consentono di studiare le cellule staminali del paziente, esosomi e miRNA. L'obiettivo finale è quindi quello di influenzare profondamente la vita dei pazienti migliorando la diagnostica, fornendo nuovi sistemi prognostici e affinando i criteri per la scelta della strategia terapeutica, perseguendo, per quanto possibile, un approccio personalizzato basato sul paziente.
In questi tre anni la nostra unità è stata, quindi, coinvolta in:
−Supportare lo sviluppo di un biosensore basato su un nanoarray di DNA per la rilevazione di proteine nelle cellule staminali di glioma, mediante: 1. selezione della strategia di funzionalizzazione, 2. calibrazione del dispositivo e 3. validazione analitica del dispositivo (affidabilità e consistenza della performance bioanalitica), compreso il confronto con il metodo gold-standard (Ganau et al., 2015)
−Glioma: 1. Abbiamo dimostrato che il microambiente dei gliomi ospita cellule staminali non tumorali (definite Glioma-Associated Stem Cells -GASC-) che sono in grado di aumentare l'aggressività biologica di cellule tumorali attraverso il rilascio di nanovescicole definite esosomi. Nel gliomi a basso grado, uno score, basato sull’espressione di 9 proteine di superficie delle GASC, è risultato essere il più forte predittore prognostico indipendente di sopravvivenza globale e di rischio di trasformazione maligna (Bourkoula et al., 2014). 2. Abbiamo studiato la deformabilità delle cellule e le interazioni tra le cellule staminali inizianti i gliomi e le cellule staminali di supporto ai gliomi mediante microscopia a forza atomica e spettroscopia di singola forza evidenziando che il grado dei gliomi svolge un ruolo importante nel modulare l'adesione delle cellule tumorali, potendo influire su migrazione ed invasività delle cellule di glioma, e quindi sull’aggressività tumorale (Andolfi et al, 2014). 3. Abbiamo identificato tramite proteomica inversa basata su anticorpi di lama di cellule staminali inizianti il glioma umano nuovi possibili biomarcatori di glioblastoma (Jovcevska I et al., 2014).
−Malattie neurodegenerative: sfruttando la plasticità delle cellule staminali adulte isolate dal tessuto adiposo (una fonte facilmente accessibile), è stato ottenuto un modello in vitro basato sul paziente di una malattia neurodegenerativa, la malattia di Niemann-Pick C (Bergamin N et al., 2013). Inoltre, abbiamo studiato il ruolo di APE-Ref1 nel differenziamento neurale delle cellule staminali dimostrando come la modulazione della funzione Redox di questa proteina attraverso una piccola molecola può migliorare la differenziazione neuronale e orientarla verso specifici sottotipi (Domenis et al, 2014).
−Insufficienza cardiaca: Abbiamo precedentemente dimostrato che le cellule staminali cardiache (CSC) ottenute da cuori espiantati per grave scompenso cardiaco (E-CSC) sono, rispetto a quelle ottenuti da cuori di donatori sani (D-CSC), senescenti e funzionalmente alterate (Cesselli et al ., 2013). Più di recente, abbiamo dimostrato che la senescenza delle CSC è legata ad un meccanismo molecolare che coinvolge la riduzione dell’attivazione di AMPK seguito da un arresto del flusso autofagico, l'attivazione dell’inflammasoma, l'aumento del rilascio di IL1ß e una ridotta attivazione di Akt e CREB. Un trattamento farmacologico in grado di ripristinare il flusso autofagico può revertire queste alterazioni e risultare in una diminuzione della senescenza delle cellule staminali cardiache, migliorando così il loro potenziale rigenerativo in vivo (E. Avolio et al., 2014). Inoltre, risultati preliminari hanno identificato uno spettro di miRNA circolanti che possono essere utilizzati come biomarcatori per stratificare i pazienti con insufficienza cardiaca (dati non pubblicati).
−Cellule tumorali circolanti (CTC): Abbiamo sviluppato una strategia per arricchire in CTC campioni di sangue, prelevati da pazienti con carcinoma mammario metastatico, che non si basano sull'uso di marcatori epiteliali. Sfruttando il sistema DEPArray®, abbiamo identificato e sortato, sulla base di un'analisi di fluorescenza multiparametrica, singole CTC vitali, sia epiteliali che in transizione epitelio-mesenchimale. La purezza e la vitalità delle cellule raccolte ha permesso analisi a valle sia di DNA che di mRNA. Stiamo valutando, in collaborazione sia con lo IOV di Padova (Dr. R. Zamarchi) e l'Università di Udine (Dr. F. Puglisi) il valore clinico di tale determinazione in una coorte di pazienti con tumore metastatico della mammella reclutati presso l’oncologia dell’Azienda Ospedaliero Universitaria di Udine (Bulfoni et al., 2016).