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Recensione di pubblicazione da progetto FFC

2 Maggio 2019

Zebrafish come nuovo modello FC per validare la terapia fagica

Flaminia Malvezzi

I batteriofagi (fagi) sono i naturali nemici dei batteri: sono infatti dei virus che attaccano in modo specifico le cellule batteriche, non quelle umane, riproducendosi al loro interno e provocandone la morte. In confronto agli antibiotici tradizionali, i fagi presentano alcuni vantaggi, come quello di essere estremamente selettivi nella scelta del batterio da infettare, e di replicarsi a seconda della necessità, valutando la quantità di batterio da debellare; la loro selettività li rende però anche difficili da usare nella pratica comune, dal momento che bisogna essere sicuri di quali batteri si desidera colpire. L’idea di utilizzare i fagi nel combattere le infezioni batteriche risale a oltre un secolo fa, ma la mancanza di esiti certi e l’avvento degli antibiotici ne ha limitato lo sviluppo, fatta eccezione per i paesi dell’Est Europa che li utilizzano correntemente. La casistica da loro riportata include un gran numero di malattie infettive diverse che vanno dalle infezioni intestinali (dissenteria, enterocoliti) alle otiti, alle infezioni della pelle e dell’apparato urinario per estendersi trattamento di osteomieliti e di infezioni polmonari. Si tratta tuttavia di studi la cui documentazione scientifica non soddisfa pienamente quanto richiesto dalla nostra legislazione e comunque dai criteri universalmente riconosciuti di evidenza scientifica (1).

Per andare incontro alla necessità di risultati scientifici rilevanti in questo ambito, la Fondazione Ricerca Fibrosi Cistica (FFC) ha finanziato, negli ultimi anni, tre progetti volti a verificare l’efficacia della terapia fagica nella cura delle infezioni da Pseudomonas aeruginosa (Pa). I primi due (FFC#17/2015 e FFC#16/2016) hanno portato a isolare e caratterizzare un cocktail di fagi in grado di curare l’infezione acuta da Pa nei topi e in larve di Galleria mellonella; il terzo (FFC#22/2017) si proponeva di validare la terapia fagica in un nuovo modello animale: lo Zebrafish (pesce zebra), di cui è possibile ottenere un mutante con caratteristiche molto simili a quelle presenti in pazienti affetti da FC. Daniela Ghisotti e Anna Pistocchi sono le due Principal Investigator FFC, afferenti all’Università degli studi di Milano, responsabili dei tre progetti citati e anche di un recente resoconto sullo stato dell’arte della terapia con i fagi per il nostro sito (1).

Qui diamo conto dell’ultimo progetto finanziato e concluso da poco, FFC#22/2017, che ha portato alla recente pubblicazione di un lavoro (2) in cui vengono resi noti i risultati delle ricerche effettuate su modello animale Zebrafish. Attraverso manipolazione genetica è stato possibile ottenere embrioni di Zebrafish mutati, con gene CFTR non funzionante, che mostrano i sintomi della malattia FC umana. I pesci non hanno polmoni, ma hanno strutture organiche fornite di mucine (componenti fondamentali del muco), che sono le proteine espresse anche nei polmoni dell’uomo e in modo esagerato e con caratteristiche anomale nei polmoni dei pazienti FC; inoltre il pesce zebra sviluppa, in presenza del batterio Pseudomonas aeruginosa, un precursore del biofilm, ossia la pellicola protettiva delle colonie di batteri. Evidenze che, insieme alla presenza di disfunzione pancreatica in assenza della CFTR, rendono interessante il modello Zebrafish per testare potenziali farmaci in fibrosi cistica. Nell’ambito del lavoro (2), embrioni di Zebrafish, con e senza gene CFTR funzionante, sono stati infettati con P. aeruginosa e, successivamente, messi a contatto con alcuni fagi. L’efficacia terapeutica dei fagi è stata quindi misurata in base alla mortalità e alla carica batterica degli embrioni di Zebrafish, arrivando a identificare un cocktail di fagi effettivamente efficace contro l’infezione Pa nel modello FC di pesce zebra.

Il lavoro, quindi, da una parte conferma la validità del modello animale usato, dall’altra permette di valutare l’efficacia della terapia fagica. In particolare, i ricercatori hanno osservato un’interazione positiva tra la terapia con i fagi e la somministrazione antibiotica con ciprofloxacina; poiché anche studi precedenti avevano evidenziato, su altri batteri, l’effetto sinergico fagi-antibiotici, l’approccio appare interessante, utile a diminuire le dosi e la durata della terapia antibiotica.

Per quel che sappiamo, è la prima volta che la terapia con i fagi è utilizzata per studiare e trattare l’infezione da P. aeruginosa su modello animale FC. Ripetiamo spesso che i tempi della ricerca sono lenti e forse sapere che in Europa dell’est questa terapia è già utilizzata può confondere. Questa Fondazione ha sempre perseguito la strada dell’affidabilità delle ricerche e scoraggiato le facili scorciatoie; in tal senso il progetto rappresenta un avanzamento, rispetto alle precedenti conoscenze, e il presupposto per ulteriori sviluppi.

Sottolineiamo infine l’attivazione nel 2018 di uno studio clinico (NCT03395743, ad opera di AmpliPhi Biosciences Corporation) finalizzato a fornire una terapia sperimentale con batteriofago, in uso compassionevole, per pazienti con infezioni da Pseudomonas aeruginosa gravi, per le quali non sono attualmente disponibili trattamenti alternativi e che soddisfano i criteri della FDA (Food and Drug Administration statunitense). Non abbiamo informazioni aggiornate su questo studio, ma è un’ulteriore prova dell’interesse verso il tema dei fagi.

Progetto FFC#22/2017 finanziato con il supporto adottivo di Associazione “Gli amici della Ritty”, Casnigo.

In previous works (1), researchers funded thanks to FFC#22/2017 grant agreement have analysed the potentialities of phage therapy to actively counteract acute P. aeruginosa infections in mice and Galleria mellonella larvae. In this work (2) they apply phage therapy to the treatment of P. aeruginosa PAO1 infections in a CF zebrafish model. The structure of the CFTR channel is evolutionarily conserved between fish and mammals and CFTR-loss-of-function zebrafish embryos show a phenotype that recapitulates the human disease, in particular with the destruction of the pancreas. The authors show that phage therapy is able to decrease lethality, bacterial burden, and the pro-inflammatory response caused by PAO1 infection. In addition, phage administration relieves the constitutive inflammatory state of CF embryos. To our knowledge, this is the first time that phage therapy is used to cure P. aeruginosa infections in a CF animal model. Moreover, the curative effect against PAO1 infections is improved by combining phages and antibiotic treatments, opening a useful therapeutic approach that could reduce antibiotic doses and time of administration.

1) Chiariamoci le idee sulla terapia antibatterica con i fagi, Commenti degli esperti, 27/02/2018
2) M Cafora, G Deflorian, F Forti, L Ferrari, G Binelli, F Briani, D Ghisotti e A Pistocchi. Phage therapy against Pseudomonas aeruginosa infections in a cystic fibrosis zebrafish model. Sci Rep. 2019; 9: 1527. Published online 2019 Feb 6. doi: 10.1038/s41598-018-37636-x