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Sfida all’epilessia infantile

Ricercatori del Progetto "DESIRE", Firenze, settembre 2018

Il folto gruppo di ricercatori protagonisti del progetto internazionale “DESIRE”, riuniti a Firenze per produrne i risultati

Ha dato impulso alle conoscenze sull’epilessia infantile a livello europeo, arrivando a una serie di risultati che, sebbene in parte ancora iniziali, sono già rilevanti: tra questi, ad esempio, l’identificazione di almeno cinque nuove entità cliniche (alcune vere e proprie malattie precedentemente sconosciute; altre condizioni cliniche per le quali è stata identificata la causa genetica), la realizzazione del registro italiano di malattia per la sindrome di Dravet, grave encefalopatia epilettica dell’infanzia, e addirittura lo sviluppo e il brevetto di una strumentazione in grado di raccogliere e filtrare alcune particolari attività elettriche ad altissima frequenza generate dalla corteccia cerebrale, come biomarcatori delle zone epilettogene del cervello.
Sono questi alcuni dei risultati raggiunti da DESIRE, acronimo di Development and Epilepsy – Strategies for Innovative Research to improve diagnosis, prevention and treatment in children with difficult to treat Epilepsy (“Sviluppo ed epilessia – Strategie per ricerche innovative volte a migliorare la diagnosi, la prevenzione e il trattamento nei bambini e ragazzi dall’epilessia difficilmente trattabile”), il più grande progetto che – per vastità di aree di interesse, molteplicità dei centri coinvolti e corposità dei finanziamenti -, l’Unione Europea ha dedicato all’epilessia nel bambino, con l’obiettivo di aprire nuovi scenari terapeutici e diagnostici.
Cinque anni è stata la durata di DESIRE, con il coinvolgimento di 22 partner di 11 Paesi, 8 piccole e medie imprese e oltre 250 ricercatori in 19 centri interessati dalla sperimentazione clinica.

Questa grande iniziativa di ricerca, coordinata da Renzo Guerrini, direttore del Centro di Eccellenza di Neuroscienze dell’Ospedale Pediatrico Meyer di Firenze, nonché ordinario di Neuropsichiatria Infantile all’Università di Firenze, è stato al centro di un meeting nelle scorse settimane al Meyer, che ha richiamato più di cento specialisti coinvolti nel progetto, finanziato all’interno del 7° Programma Quadro dell’Unione Europea per la Ricerca e lo Sviluppo Tecnologico.
Nella due giorni di Firenze, i ricercatori partecipanti a ogni linea di lavoro di DESIRE hanno esposto i risultati dei propri studi.
Era presente per l’occasione anche il Comitato Scientifico del progetto, composto da esperti di assoluto rilievo internazionale, come Jeffrey L. Noebels del Baylor College of Medicine di Houston nel Texas (Stati Uniti), Solomon L. Moshe dell’Albert Einstein College of Medicine di New York (Stati Uniti) ed Emilio Merlo Pich, vicepresidente di Takeda Pharmaceuticals di Ginevra (Svizzera), che hanno supervisionato i prodotti scientifici di DESIRE, commentando molto positivamente i risultati ottenuti e presentando a loro volta gli esiti delle proprie ricerche.

In sostanza DESIRE è stato dedicato ai disturbi di natura epilettica con esordio precoce e di elevata gravità. Vi sono infatti epilessie così pericolose da ridurre le potenzialità di sviluppo delle funzioni più complesse del cervello del bambino, causando encefalopatie, con conseguenti alterazioni delle funzioni mentali e del comportamento. Disturbi di cui la scienza sa ancora poco, resistenti ai farmaci e causa di disabilità spesso grave e di ridotta qualità della vita.
Obiettivo del progetto è stato quello di migliorare le conoscenze dei meccanismi alla base di questi gravissimi disturbi. Un bersaglio sicuramente centrato, come ha spiegato Renzo Guerrini, anche in connessione con gli avanzamenti globali, soprattutto nell’àmbito della genetica molecolare, nella sperimentazione di laboratorio su tessuti eterologhi e su cellule staminali differenziate, oltreché nello studio delle caratteristiche del tessuto cerebrale malformato ed epilettogeno.
«Va detto – ha precisato Guerrini – che molto di quello che è stato costruito all’interno del progetto è ancora in elaborazione e i prodotti continueranno ad essere rilasciati nei prossimi anni. Il valore aggiunto di DESIRE è stato nelle collaborazioni internazionali. Ed è questo lo spirito della comunità europea, che spinge i ricercatori a interagire in maniera sistematica, superando le barriere locali e anche i limiti culturali delle singole discipline. Non tutti riescono a cogliere come ciò che si ottiene con questo approccio è molto più della somma delle singole componenti nazionali e fornisce la forza per abbattere i “provincialismi della ricerca”, altrimenti a rischio di restare confinata a interessi e obiettivi molto circoscritti. Non a caso è già alla base di nuove progettualità europee che i ricercatori del Meyer insieme ad altri partner di DESIRE stanno elaborando».

Ma entriamo maggiormente nel dettaglio di alcuni tra i più significativi risultati ottenuti dai diversi gruppi di lavoro nelle rispettive linee di ricerca (WorkPackages o WP).
Nell’àmbito dell’individuazione delle cause genetiche dei meccanismi che sottendono ad alcune forme di epilessie gravi che insorgono nel periodo dello sviluppo cerebrale, sono state identificate almeno cinque nuove malattie/entità, che possono quindi ora essere diagnosticate sul piano genetico-molecolare ed essere oggetto di prevenzione (tramite consulenza genetica). Inoltre, sono stati identificati nuovi meccanismi alla base di malformazioni cerebrali causate da mutazioni genetiche confinate alle cellule nervose (mosaicismi somatici). E ancora, per alcune delle patologie descritte sono stati anche delucidati i meccanismi fisiopatologici che le determinano e che possono diventare il bersaglio per lo sviluppo di terapie personalizzate.

Come accennato inizialmente, un importante risultato raggiunto da DESIRE è stato anche quello di avere generato un registro nazionale di malattia, ora nella fase di ampliamento al registro europeo per la sindrome di Dravet, grave encefalopatia epilettica dell’infanzia.
Si tratta di un modello di registro che è stato molto apprezzato dagli specialisti e dalle Associazioni di malati e quindi esteso ad altre sindromi. È un passo importantissimo perché consente la raccolta di dati epidemiologici e di evoluzione della malattia e l’accesso a coorti di pazienti sufficientemente ampie da potere risultare attrattive per trial terapeutici più specifici.
Il Centro dove risiede il server del registro e il team che governa il database è la Fondazione Monasterio CNR di Pisa, partner di DESIRE che ha messo a disposizione la propria competenza sui registri per le malattie rare.
In questa linea di ricerca, inoltre, sono stati sviluppati modelli animali che esprimono le mutazioni che causano alcune delle encefalopatie epilettiche studiate, testando così la sensibilità delle manifestazioni cliniche a vari agenti e fattori ambientali.

Un’ulteriore linea di ricerca ha consentito la validazione dello studio di alcune particolari attività elettriche ad altissima frequenza generata dalla corteccia cerebrale come biomarcatore delle zone epilettogene. Questo studio si è avvalso di una strumentazione in grado di raccogliere e filtrare queste attività cerebrali mediante uno strumento brevettato all’interno di DESIRE da parte di un’azienda italiana, la MICROMED, che ha partecipato allo studio.
La mappatura di queste attività corticali è stata correlata con le immagini di risonanza magnetica ad altissima risoluzione prodotte dal magnete a 7 Tesla del Consorzio Imago 7, di cui l’Ospedale Pediatrico Meyer di Firenze è parte.
Sempre su questo versante, un’altra linea di ricerca ha identificato biomarcatori tessutali cerebrali che consentono di distinguere –  sulla base dello stato di metilazione del DNA – diversi sottotipi di displasia della corteccia cerebrale. Questi aspetti rappresentano un’area settoriale di uno studio collaborativo molto più ampio, definito European Epilepsy Brain Bank (“Banca dei tessuti cerebrali europea”) e coordinato da partner tedeschi, che ha definito lo spettro delle anomalie strutturali cerebrali in oltre 9.500 campioni derivati da interventi di neurochirurgia per l’epilessia.

Tra le aree di studio scientifico va ricordato poi che vi era una linea esclusivamente sperimentale, che ha prodotto rilevanti risultati, sia direttamente, sia in collaborazione con altri gruppi di lavoro in modo traversale a DESIRE. In particolare ha permesso di ottenere importanti conoscenze anche nell’ambito della riprogrammazione delle cellule neuronali, a partire da cellule staminali dei pazienti e nell’àmbito di approcci terapeutici sperimentali in grado di aggredire selettivamente le cellule epilettogene nel tessuto cerebrale, sia con tecniche optogenetiche che di trasfezione.

Come si può ben comprendere, attraverso il team diretto da Renzo Guerrini, Firenze e l’Italia hanno avuto un ruolo centrale in questo imponente progetto. Nel capoluogo toscano, infatti, vi è stato il coordinamento complessivo e l’équipe del Meyer ha condotto in particolare le ricerche che hanno portato alla scoperta di nuove sindromi con epilessia e di geni alla base di disturbi di questa natura, oltre ad occuparsi dello studio genetico dei disturbi dello sviluppo cerebrale legati a epilessia e del trattamento chirurgico di alcuni di essi.
Per fare questo, il gruppo di lavoro si è avvalso di strumenti a elevato contenuto tecnologico. In particolare sono state utilizzate apparecchiature di sequenziamento genetico massivo parallelo capaci di produrre enormi quantità di dati, oltre a impiegare la già citata risonanza magnetica 7 Tesla a campo ultra alto, unica in Italia, capace di acquisire dati e nuove tipologie di immagini del cervello in modo non invasivo, con un livello di risoluzione spaziale e una specificità senza precedenti. La collaborazione, inoltre, con partner in grado di sviluppare modelli sperimentali a partire dai dati che la clinica e la genetica molecolare hanno generato è stata fondamentale per definire i processi patologici studiati nella loro dimensione complessiva.

L’epilessia
È un disturbo estremamente eterogeneo con cause molteplici, caratterizzato dal ripetersi di sintomi o manifestazioni mentali o comportamentali involontarie, dovute all’attivazione impropria di circuiti cerebrali. La sua incidenza è di poco meno dell’1% della popolazione. Più del 50% delle epilessie insorgono in età pediatrica e talvolta “ipotecano” seriamente lo sviluppo cerebrale del bambino nella sua crescita. Le crisi epilettiche sono favorite da fattori che aumentano l’eccitabilità delle cellule nervose e ne abbassano la soglia di scarica spontanea. Esse possono verificarsi come conseguenza di una pura disfunzione di popolazioni neuronali, in assenza di ogni alterazione morfologica. Tuttavia, in un ampio numero di casi, le crisi sono la conseguenza di un danno cerebrale recente o preesistente, accertato o presunto.
Gli esami diagnostici fondamentali per i pazienti con epilessia includono l’elettroencefalogramma (EEG), le neuro immagini (soprattutto la risonanza magnetica) e la valutazione neuropsicologica.
La ricerca genetica nell’ambito dell’epilessia rappresenta al momento un’area di grande interesse, sia per la diagnostica clinica sia per la comprensione dei meccanismi che la determinano. L’identificazione dei geni implicati nell’epilessia permette infatti di conoscere meglio i meccanismi fisiopatologici, di elaborare modelli sperimentali e di orientare nuove strategie terapeutiche.

Le linee di ricerca del Progetto DESIRE
Il Progetto DESIRE si è articolato su varie linee di ricerca (coordinate da R. Guerrini, G. Avanzini, M. Mantegazza, R. Spreafico, I. Blümcke, A. Represa, F. Benfenati, J. Chelly, H. Cross e C. Barba):
° WP1: Identificazione delle cause genetiche e dei meccanismi fisiopatologici delle malformazioni cerebrali epilettogene.
° WP2: Identificazione delle cause genetiche e dei meccanismi fisiopatologici delle enefalopatie epilettiche.
° WP3: Validazione delle oscillazioni ad alta frequenza (HFO) come biomarcatore della zona di origine delle crisi epilettiche.
° WP4: Miglioramento degli strumenti diagnostici e dei protocolli nella displasia corticale.
° WP5: Miglioramento del trattamento dell’epilessia nei bambini con displasie corticali (FCD) di tipo II, come classificati dall’ILAE (International League Against Epilepsy).
° WP6: Strategie innovative per il trattamento e la prevenzione dei disturbi generalizzati cerebrali correlati ad epilessia e delle loro conseguenze

I Centri coinvolti
Sono circa una ventina i centri di eccellenza coinvolti in Europa dal Progetto DESIRE, e tra questi vi sono anche piccole e medie imprese dedicate a produzioni innovative in campo biomedico e molecolare:
° Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta (INNCB) di Milano – Italia
° Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM) di Marsiglia – Francia
° King’s College London (KCL) – Regno Unito
° Universitätsklinikum Erlangen (UKER) – Germania
° Università degli Studi di Verona (UNIVR) – Italia
° Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) – Francia
° Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) – Italia
° Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) – Spagna
° Charité Universitatsmedizin Berlin (Charité) – Germania
° Klinikum Der Universitaet Zu Köln (UKK) – Germania
° University College of London (UCL) – Regno Unito
° University of Liverpool (LIV) – Regno Unito
° Université Libre de Bruxelles (ULB) – Belgio
° Christian-Albrechts-Universitaet Zu Kiel (CAU) – Germania
° Baker Idi Heart And Diabetes Institute Holdings Limited (Baker-IDI) – Australia
° Universita Ta Malta (UOM) – Malta
° DI.V.A.L. TOSCANA srl (DIVAL) – Italia
° MICROMED spa (MMED) – Italia
° Varionostic GmbH (Varionostic) – Germania
° CeGaT GmbH (CEGAT) – Germania
° Amarna Therapeutics B.V.- Paesi Bassi
° Fondazione Gabriele Monasterio di Pisa – Italia