I peptidi antimicrobici costituiscono una delle linee di ricerca più promettenti per la scoperta di nuovi agenti antinfettivi e, in questo caso, anche antinfiammatori. Si tratta di cortissime catene polipeptidiche, in pratica dei frammenti proteici, alcuni dei quali sono studiati da vari anni dalla ricerca FFC e internazionale, in continua scalata nella piramide della ricerca, essendo ora arrivati in avanzato stadio preclinico. I peptidi antimicrobici hanno la caratteristica di combinare una buona azione antimicrobica con l’azione di modulatori del sistema immunitario – servono proprio come agenti dell’immunità innata – e di antinfiammatori, tre aspetti insieme che gli antibiotici attualmente disponibili non possiedono. Dal lato negativo, purtroppo, mostrano generalmente qualche aspetto di tossicità e sono difficilmente somministrabili per bocca, perché nell’intestino vengono degradati (come avviene per qualsiasi struttura proteica o simil-proteica). Richiedono pertanto studi atti a trovare una opportuna formulazione per essere somministrati tramite aerosol. Sono centinaia i peptidi antimicrobici descritti come potenziali farmaci, molti dei quali vicini alla sperimentazione clinica. Tra essi, SET-M33 è il nome di un peptide antimicrobico che è stato molto studiato negli ultimi anni, attraverso progetti FFC (#17/2016, #12/2013, #24/2011). È un peptide artificiale, a carica elettrica positiva, che ha una struttura tridimensionale costituita da quattro rami. È una struttura complessa che rende la molecola più solida e meno degradabile all’interno dei fluidi biologici corporei. Negli studi eseguiti, questo peptide ha mostrato efficacia verso alcuni batteri patogeni in fibrosi cistica, tra cui Pseudomonas aeruginosa. Il suo meccanismo d’azione consiste nel distruggere le membrane dei batteri, e il suo sviluppo è arrivato in avanzata fase preclinica.

Ottenere un farmaco pronto sul banco della farmacia è un processo complesso, che include l’identificazione di una molecola leader, la sua ottimizzazione, la caratterizzazione preclinica in modelli animali, quindi una sintesi di quantità maggiori del composto per le singole fasi di sperimentazione in vivo, nonchè tutta una serie di procedure necessarie alla sua commercializzazione. La ricerca clinica prevede sempre di avere anche dei composti chiamati di back-up, ossia di riserva, da poter eventualmente implementare negli studi preclinici e clinici, nel caso che il composto leader non abbia dato adeguati risultati.

I ricercatori del team finanziato da FFC, grazie al progetto FFC#17/2016, guidati da Alessandro Pini (Dipartimento di Biotecnologia Medica, Università di Siena), hanno recentemente pubblicato un lavoro (1) in cui riportano lo studio del peptide SET-M33DIM, un peptide avente stessa sequenza di aminoacidi di SET-M33, il composto originale, ma, rispetto a questo, costituito da due rami, ossia dimerico. I ricercatori hanno brevettato le molecole descritte, attraverso la compagnia biotecnologica SetLance, fondata nel 2009 dai ricercatori stessi. Nella recente pubblicazione gli autori riportano i risultati dell’analisi dell’efficacia e tossicità del SET-M33DIM in cellule, tessuti e modelli animali di infezione, avendo testato il composto per attività antimicrobica e antinfiammatoria, con attenzione alla sepsi e all’infezione polmonare.

I risultati del lavoro mostrano che la forma dimerica del peptide possiede una attività antibatterica leggermente inferiore a quella tetramerica originale, che però è ampiamente compensata da una tossicità notevolmente inferiore sia in vitro che in vivo, su modelli murini di infezione dai batteri considerati (Klebisella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa). Gli studi fatti mostrano che il profilo di tossicità può essere paragonabile a quello della ciprofloxacina, antibiotico correntemente usato nella pratica clinica FC. A seguito del trattamento, i segni di sepsi (infezione generalizzata) negli animali sono significativamente ridotti e in modelli animali di infezione polmonare il peptide ha mostrato una notevole capacità nel favorire la fluidità dei liquidi bronchiali, somministrato tramite aerosol. Inoltre è stata testata l’attività antinfiammatoria, in studi in vitro, su cellule epiteliali da malati di fibrosi cistica aventi genotipo F508del/W1282X.

Ricordiamo che l’infiammazione accompagna sempre in maniera importante le infezioni batteriche del polmone FC, rendendo questa doppia azione del nuovo composto, antibatterica e antinfiammatoria, particolarmente interessante per il trattamento della fibrosi cistica. Gli autori concludono che SET-M33DIM potrebbe essere il candidato leader per la sperimentazione clinica.
Progetto FFC#17/2016 finanziato grazie alle adozioni di Delegazione FFC di Siena, Delegazione FFC di Sassari Castelsardo, Gruppo di Sostegno FFC di Siniscola Nuoro.

The peptide sequence KKIRVRLSA was synthesized in a dimeric structure (SET-M33DIM) and evaluated as a candidate drug for infections due to multidrug-resistant (MDR) Gram-negative pathogens. SET-M33DIM showed significant antibacterial activity against MDR strains of Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, and Escherichia coli (Minimal Inhibitory Concentration [MICs], 1.5-11 µM), and less activity against Pseudomonas aeruginosa (MICs, 11-22 µM). It showed very low toxicity in vitro, ex vivo, and in vivo; in cytotoxicity tests, its EC50 was as much as 22 times better than that of SET-M33, a peptide with the same amino-acid sequence, but synthesized in tetra-branched form (638 vs 28 µM). In in vivo and ex vivo experiments, SET-M33DIM cleared P. aeruginosa infection, significantly reducing signs of sepsis in animals, and restoring cell viability in lung tissue after bacterial challenge. It also quelled inflammation triggered by LPS and live bacterial cells, inhibiting expression of inflammatory mediators in lung tissue, cultured macrophages, and bronchial cells from a cystic fibrosis patient.

1) Quercini L, Brunetti J, Riolo G, Bindi S, Scali S, Lampronti I, D’Aversa E, Wronski S, Pollini S, Gentile M, Lupetti P, Rossolini GM, Falciani C, Bracci L, Pini A. An antimicrobial molecule mitigates signs of sepsis in vivo and eradicates infections from lung tissue. FASEB J. 2020 Jan;34(1):192-207. doi: 10.1096/fj.201901896RR. Epub 2019 Nov 20.