Botulismo, tossina addomesticata cura la paralisi

Condividi l'articolo di Microbiologia Italia:

La tossina del botulino diventa un cavallo di Troia molecolare per contrastare la paralisi respiratoria, la più grave conseguenza del botulismo. Un gruppo ricerca del Boston Children’s Hospital ha trasformato il più potente veleno conosciuto in un’innocua navetta per il trasporto di mini-anticorpi contro la tossina botulinica attraverso la membrana dei neuroni – una barriera all’ingresso della maggior parte degli altri farmaci. L’innovativa piattaforma permette di neutralizzare la tossina all’interno del neurone, al contrario delle terapie attuali che agiscono solo nella fase iniziale della malattia, quando è anche più difficile da diagnosticare. I ricercatori prevedono di riprogrammare la tossina del botulino per trasportare nel cervello mini-anticorpi contro una varietà di bersagli, come potenziale terapia per moltissime altre patologie che colpiscono il sistema nervoso. Lo studio è pubblicato sulla rivista Science of Translational Medicine.

Botulismo, sintomi e diagnosi

Il botulismo è una grave intossicazione alimentare causata da una neurotossina prodotta dal batterio Clostridium botulinum – la proteina più tossica finora conosciuta. La tossina botulinica penetra nei terminali nervosi dei motoneuroni – che mandano i segnali di movimento ai muscoli – e blocca il rilascio del neurotrasmettitore acetilcolina. Nella fase iniziale, i sintomi sono simili a quelli di una comune gastroenterite, ma se non diagnosticata e curata in tempo l’infezione può essere letale, poiché la tossina porta alla paralisi dei muscoli respiratori. Nei casi più gravi, infatti, i pazienti perdono la capacità di respirare da soli e possono morire per asfissia. Spesso è necessaria la ventilazione meccanica, anche per settimane o mesi.

botulismo tossina struttura proteica
Figura 1 – Struttura cristallografica della tossina del botulino tipo A [Fonte: Wikipedia]

La cura migliore contro il botulismo è un’antitossina (o siero botulinico) che contiene gli anticorpi contro la tossina del botulino. Gli anticorpi, però, non penetrano nella membrana cellulare dei neuroni: l’antidoto, quindi, neutralizza la tossina solo quando è ancora nel circolo sanguigno, ossia nelle fasi iniziali della malattia. La diagnosi precoce è allora fondamentale, ma i primi sintomi sono generici, comuni a decine di disturbi meno gravi. Di conseguenza, spesso, la malattia viene diagnosticata in ritardo, quando la tossina è già all’interno dei neuroni. La comparsa della paralisi è il punto di non ritorno: l’unica possibilità è aspettare – e sperare – che il corpo smaltisca la tossina.

La tossina del botulino come cavallo di Troia

I ricercatori del Boston Children’s Hospital hanno sperimentato – per il momento solo sui topi –  un metodo che permetterebbe invece di neutralizzare la tossina all’interno dei motoneuroni, agendo direttamente sulla paralisi muscolare. Il successo di questo approccio innovativo dipendeva però dal superamento di almeno due ostacoli tecnici.

  1. Gli scienziati avevano bisogno di un sistema in grado di attraversare la membrana cellulare dei neuroni – che funziona come una barriera all’ingresso della maggior parte dei farmaci.
  2. La terapia, inoltre, doveva essere specifica per i motoneuroni e per i terminali nervosi.

La soluzione ad entrambi i problemi era proprio sotto i loro occhi. La tossina del botulino stessa, infatti, penetra nella membrana e colpisce specificamente i neuroni: è stata quindi riprogrammata in laboratorio per agire come un cavallo di Troia, che trasporta il farmaco solo nelle cellule bersaglio. Ma si tratta pur sempre di un veleno potentissimo: i ricercatori, infatti, hanno dovuto realizzare una sua versione “detossificata”, innocua per l’organismo. Ma non è stato facile.

La scoperta della neurotossina X

Fino al 2017, i tipi di tossine del botulismo conosciuti erano 7, indicati con le lettere dell’alfabeto, dalla A alla F. Nel 2017, lo stesso gruppo di ricerca del Boston Children’s Hospital, pubblicava su Nature Communications la scoperta di una nuova tossina del botulino rinominata X, con caratteristiche uniche. La neurotossina X, infatti, non viene riconosciuta dagli stessi anticorpi delle altre tossine, e anche il suo meccanismo di azione è diverso.

La neurotossina X è risultata la migliore candidata per la sperimentazione. I ricercatori sono riusciti ad azzerare la sua tossicità e a renderla un veicolo sicuro introducendo mutazioni nella sua sequenza – lo stesso metodo non aveva invece funzionato con gli altri tipi di tossine.

Mini-anticorpi per il botulismo

La tossina botulinica modificata è solo un veicolo: la sua funzione è quella di trasportare nelle cellule malate un farmaco che neutralizzi la tossina del botulino. I ricercatori hanno caricato i loro cavalli di Troia con dei mini-anticorpi specifici per le tossine di tipo A e B, le più pericolose. I mini-anticorpi, prodotti naturalmente dai camelidi (cammelli, dromedari, lama), sono più piccoli del normale. Mentre gli anticorpi tradizionali sono composti da due catene proteiche, pesante e leggera, e hanno la forma di una Y, la versione mini possiede una catena sola, quella pesante. I ricercatori li hanno modificati ancora in laboratorio mantenendo solo la parte che si lega al bersaglio, ossia l’estremità del braccio corto della Y. I mini-anticorpi sono più agili e possono raggiungere posti normalmente preclusi ai farmaci più grandi.

botulismo Struttura mini anticorpi
Figura 2 – Struttura dei mini anticorpi [Fonte: Weiss and Verrips, Vaccine, 2019]

I risultati sui topi da laboratorio sono stati promettenti. Il farmaco ha raggiunto i neuroni e bloccato gli effetti della paralisi muscolare nell’arco di poche ore. I topi che hanno ricevuto il trattamento sono rimasti vivi, nonostante l’iniezione di una dose letale di tossina del botulino.

Applicazioni cliniche

Se questi risultati venissero confermati nell’uomo, le applicazioni terapeutiche potrebbero essere di vario tipo. Oltre a curare l’intossicazione da botulino, infatti, il sistema permetterebbe di alleviare alcuni effetti collaterali delle iniezioni di botox, un farmaco miorilassante a base di tossina botulinica di tipo A. Il botox, usato per trattare le rughe e altri condizioni mediche, può causare infatti paralisi muscolari indesiderate che spesso permangono anche mesi dopo il trattamento.

Guardando ancora oltre, la piattaforma potrebbe essere utilizzata come sistema per veicolare farmaci al cervello e curare moltissime altre condizioni patologiche. La maggior parte dei farmaci in uso oggi, infatti, non riesce ad attraversare la membrana cellulare dei neuroni. La tossina botulinica detossificata potrebbe essere caricata con mini-anticorpi specifici per una varietà di bersagli intracellulari, anche più di uno alla volta. Questo sistema, in altre parole, permetterebbe di modulare i processi biologici e l’attività delle proteine che si trovano all’interno dei neuroni.

Erika Salvatori

Fonte:

Condividi l'articolo di Microbiologia Italia:

Lascia un commento