Titolo del progetto

PROGETTO 2. Metastasi ossee: studio delle basi biologiche e sviluppo di nuove strategie terapeutiche – Attività nel 2019

Il progetto è sviluppato presso l’Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri IRCCS, nelle sedi di Milano e Bergamo.

Stato dell’arte e razionale dello studio. L’osso è un sito molto comune per lo sviluppo di metastasi a partire da diversi tipi di tumore, quali i carcinomi di mammella, prostata e polmoni. Le metastasi ossee derivanti da tumore alla mammella spesso sviluppano lesioni osteolitiche, in cui le cellule tumorali inducono la degradazione della matrice ossea da parte di cellule residenti nell’osso (osteoclasti). L’interazione fra il tumore e il microambiente dell’osso gioca un ruolo chiave nello sviluppo delle metastasi osteolitiche. Pertanto, chiarire i meccanismi molecolari con cui le cellule tumorali e le cellule dell’osso interagiscono è importante al fine di sviluppare nuove terapie che possano migliorare l’attuale scenario terapeutico per pazienti affetti da tumori che metastatizzano alle ossa.

Ipotesi dello studio. La proteina trombospondina 1 (TSP-1) gioca un ruolo chiave nello sviluppo del microambiente tumorale, grazie alla sua capacità di legare, attraverso diversi domini della sua struttura, molecole coinvolte nell’interazione delle cellule tumorali con l’ambiente che le circonda. Fra queste molecole, TSP-1 modula alcuni fattori che sono coinvolti nel rimodellamento dell’osso. Sulla base di questa evidenza e del ruolo che la TSP-1 svolge nello sviluppo di metastasi, si è ipotizzato che questa proteina possa avere un ruolo nel regolare lo sviluppo di metastasi ossee osteolitiche. I bifosfonati attualmente impiegati come farmaci per il trattamento delle metastasi ossee e di altre patologie dell’osso, sono molecole caratterizzate da uno specifico tropismo per l’osso. Si è quindi ipotizzato di poter sfruttare questa loro proprietà per sviluppare nanovettori per veicolare in modo specifico i farmaci all’osso.

Obiettivi generali e risultati attesi. Questo progetto di ricerca si propone di investigare le basi biologiche dello sviluppo di metastasi ossee osteolitiche, e di sviluppare nuovi approcci terapeutici specifici per le metastasi ossee, come segue:

  1. Studiare il ruolo della TSP-1 nella regolazione dello sviluppo di metastasi ossee osteolitiche, analizzando la sua azione su cellule tumorali, rimodellamento dell’osso, e immunità. Il fine ultimo è quello di individuare specifici domini della proteina con potenziale attività anti-metastatica.

  2. Sviluppare nanoparticelle basate sui bisfosfonati come nuove strategie terapeutiche per veicolare farmaci all’osso.

Obiettivi specifici al primo anno (Dicembre 2019). Gli obiettivi del primo anno sono stati principalmente focalizzati sullo studio della TSP-1 nello sviluppo di metastasi ossee osteolitiche:

  1. Studi in vitro del ruolo di uno specifico dominio della TSP-1, in termini di interazione con fattori chiave per il rimodellamento osseo e di regolazione di proprietà pro-metastatiche delle cellule tumorali 4T1.2 (modello murino di carcinoma alla mammella, che sviluppa in modo specifico metastasi ossee osteolitiche). Fra questi fattori, il primo analizzato è stato RANK , uno dei principali regolatori della formazione e attività degli osteoclasti, ma anche coinvolto nella migrazione delle cellule tumorali e nella formazione di nuovi vasi sanguigni.

  2. Studi in vivo dello sviluppo di metastasi osteolitiche da parte di cellule 4T1.2 ingegnerizzate per produrre un dominio attivo di TSP-1, sviluppando un metodo per l’analisi quantitativa della degradazione della matrice ossea, attraverso micro-CT.

Metodologia applicata. Le attività sono state svolte applicando una strategia sperimentale interdisciplinare che combina tecniche e metodologie della biologia molecolare e cellulare, della biochimica, e della sperimentazione in vivo.

Conclusioni al termine del primo anno. I risultati ottenuti in questa prima fase dello studio indicano che lo specifico dominio di TSP-1 studiato lega RANK, recettore che, attraverso il legame a RANK-L, promuove diverse proprietà pro-metastatiche, quali differenziamento degli osteoclasti e degradazione della matrice ossea, migrazione delle cellule tumorali, e formazione di nuovi vasi sanguigni. In vitro, la produzione del dominio inibisce la migrazione di cellule 4T1.2.

Molto significativo è il risultato ottenuto nel modello in vivo. La presenza del dominio di TSP-1 rallentava lo sviluppo di metastasi ossee. La degradazione di matrice ossea (osteolisi) era significativamente inferiore negli animali in cui erano state inoculate cellule tumorali esprimenti il dominio di TSP-1, rispetto al gruppo controllo, indicando quindi una potenziale attività della proteina nell’inibire lo sviluppo di lesioni osteolitiche.

Partecipazione a Congressi. Nel corso di questo anno si è partecipato al 61st Annual Meeting of the Italian Cancer Society, Napoli, 6-8 Novembre 2019, dal titolo “Precision Oncology: from myth to reality”. Poster “Modeling bone microenvironment changes in breast cancer bone metastasis”, presentato da Carminati Laura.