La sindrome di Pearson (PMPS) è una rara malattia mitocondriale, dovuta all’espansione clonale di molecole di DNA mitocondriale mutato (mtDNA) recanti delezioni che causano la perdita di importanti informazioni genetiche. I segni clinici caratterizzanti la patologia sono: anemia sideroblastica, neutropenia e trombocitopenia. Anche il pancreas risulta essere affetto, causando frequentemente diarrea, dolori allo stomaco, difficoltà ad aumentare di peso e diabete. Altri organi quali fegato, reni, cuore, cervello, possono essere interessati dalla patologia. Ad oggi, le uniche opzioni terapeutiche disponibili utilizzate solo per la fase acuta della malattia risultano essere frequenti trasfusioni e il trapianto di cellule staminali ematopoietiche (HSCT). I bambini sopravvissuti all’anemia acuta in fase iniziale di solito si riprendono, ma successivamente sviluppano la sindrome di Kearns-Sayre causata dell’accumulo di mtDNA deleto nei tessuti stabili (cuore, muscolo, cervello). Come per quasi tutte le malattie mitocondriali, non c’è al momento una cura risolutiva e gli unici trattamenti disponibili sono mirati ad alleviare i sintomi. L’intervento terapeutico ideale mira alla riduzione della quantità di mtDNA mutato presente nei tessuti affetti, a favore dell’espansione di quello sano (wild type).
Il progetto MitoFight, iniziato nel 2017, ha come obiettivo lo sviluppo di modelli cellulari indispensabili per meglio comprendere i meccanismi patogenetici della sindrome di Pearson e per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici, sia farmacologici che di terapia genica, che possano modificare in modo significativo il decorso della malattia.
Il punto di forza del progetto è rappresentato dall’utilizzo di cellule di pazienti con PMPS per la generazione di cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), le quali possono essere differenziate in diversi tipi cellulari in modo da poter studiare l’evolversi della malattia nei vari tessuti, rappresentando un modello più fedele di malattia rispetto alle tradizionali colture di fibroblasti.
Nonostante alcune difficoltà iniziali impreviste, abbiamo generato due linee cellulari iPSC partendo dai fibroblasti di due pazienti. Tali linee sono state caratterizzate e differenziate in neuroni e cardiomiociti, che rappresentano alcune delle cellule colpite dalla patologia. Inoltre, molti pazienti che superano le fasi acute iniziali sviluppano cardiomiopatie (Figura 1: pannello di sinistra neuroni; pannello di destra cardiomiociti. Sono indicati i marcatori specifici del tipo cellulare).
Al fine di ricreare un modello in vitro di complessità crescente rispetto ai neuroni, sono stati prodotti organoidi cerebrali, che mimano l’architettura e le connessioni dell’encefalo
In futuro saranno eseguiti esperimenti volti allo studio della funzionalità e dinamica mitocondriale e di elettrofisiologia su neuroni e cardiomiociti per meglio comprendere la patogenesi della sindrome di Pearson.
Inoltre, tramite tecniche innovative quali NGS (Next Generation Sequencing) e Digital Droplet PCR, abbiamo determinato la percentuale di mtDNA mutato presente nei fibroblasti dei pazienti e nelle rispettive iPSC da essi generate. Lo scopo di questi esperimenti punta alla misurazione della quantità di mtDNA deleto presente nei modelli cellulari la quale può essere soggetta a variazioni nel corso del differenziamento. A titolo di esempio si riporta in Figura 3 il risultato di una analisi NGS di una linea iPSC. Tale dato risulta essere
importante sia per una maggior comprensione dei danni causati dalla delezione dell’mtDNA presente in diverse quantità nei vari tipi cellulari ottenuti dal differenziamento, sia per la risposta a futuri approcci terapeutici.
Abbiamo inoltre trattato linee di fibroblasti controllo e Pearson con una miscela di aminoacidi e intermedi del ciclo di Krebs, sviluppata da Professional Dietetics, e messa a disposizione del nostro laboratorio dal Dr. Dario Brunetti.
In studi preclinici in ambiti diversi, è stato dimostrato che tale miscela è in grado di potenziare la fosforilazione ossidativa e di stimolare la biogenesi mitocondriale.
I primi esperimenti mostrano un aumento dell’efficienza di respirazione mitocondriale sia nelle linee controllo che Pearson a seguito del trattamento.
Stiamo inoltre sviluppando nuovi trattamenti volti a stimolare la mitofagia (l’eliminazione selettiva dei mitocondri danneggiati) e a ripristinare il “Mitochondrial Quality Control” che potrebbero essere funzionali anche per la sindrome di Pearson.