Riprogrammare le cellule per combattere il cancro: la rivoluzione della biologia sintetica

Sembra un ossimoro: ma il concetto di “biologia sintetica”, ovvero interpretare le cellule come se fossero dei minuscoli computer dal software (il Dna) riprogrammabile, sta prendendo piede in modo sempre più importante nei laboratori di ricerca, con risultati notevoli soprattutto in campo oncologico. Di uno di questi laboratori, l’Unità Synthetic and Systems Biology for Biomedicine del Centro di Iit di Napoli, è responsabile Velia Siciliano. Che ha appena vinto un Consolidator grant dello European Research Council (Erc) per il suo progetto TeaM, al crocevia tra biologia sintetica, immunologia e intelligenza artificiale. L’obiettivo è dotare i linfociti T e i macrofagi di un sistema di comunicazione capace di percepire l’attività antagonista del tumore e di agire con il rilascio di molecole terapeutiche localizzate. Nelle intenzioni, questa procedura dovrebbe depotenziare il microambiente tumorale, togliendo energia alle cellule cancerogene.

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Da Napoli al MIT e ritorno

La biografia di Siciliano parte da Napoli, così che il ritorno nella sua città natale, dopo diverse esperienze all’estero, è un po’ la chiusura di un ciclo. “Sin da bambina – racconta – mi emozionavo guardando le immagini dei ricercatori che nei laboratori lavoravano con le cellule. Spinta da questo entusiasmo ho cominciato a pensare alla biologia sintetica, un ramo della bioingegneria che guarda alle cellule come a computer estremamente performanti. A questi ‘computer biologici’ possiamo quindi dare istruzioni affinché rispondano meglio in situazioni patologiche”. Ogni singola cellula del nostro corpo, spiega, è in grado di processare migliaia di segnali al minuto e di decidere il proprio destino in base alla sintesi degli input ricevuti. Questa è una caratteristica molto simile a quella dei nostri pc. Ma mentre i computer usano il software, le cellule si basano sul Dna, la molecola che fornisce le istruzioni alla cellula affinché risponda in maniera estremamente efficiente e veloce a tutti i cambiamenti dell'ambiente circostante. I ricercatori che lavorano nel campo della biologia sintetica, dice Siciliano, sono in grado di intervenire sul Dna inserendo nella cellula delle istruzioni specifiche.

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Un percorso di eccellenza

Dopo il dottorato presso il Telethon Institute of Genetics and Medicine di Napoli, Siciliano vola a Boston, dove al Massachusetts Institute of Technology comincia a lavorare su progetti di manipolazione di cellule umane per lo sviluppo di terapie innovative. Nel Regno Unito, all’Imperial College di Londra, le viene offerta una fellowship per la responsabilità di un laboratorio indipendente. Infine anche l’Italia si muove: l’Istituto Italiano di Tecnologia, all’epoca diretto da Roberto Cingolani, apre una posizione proprio per la biologia sintetica, prima a Genova e poi a Napoli, dove ora lavora Siciliano. Qui, l’obiettivo finale è quello di rendere le terapie cellulari più “intelligenti” di quelle oggi disponibili. “Il nostro principio – spiega la ricercatrice - si fonda sulla capacità della cellula di interagire con l'ambiente circostante e di rispondere agli input che ne provengono, o di reagire agli input interni. Noi vogliamo dare alle cellule delle istruzioni tali che la risposta a questi input sia controllata da noi. Questo perché alcuni input, per esempio quelli che vengono rilasciati in un ambiente microtumorale, possono silenziare la risposta delle cellule del sistema immunitario. Riuscire a modificare la risposta di queste cellule ai segnali immunosoppressivi ci consente di ripristinare la normale attività contro i tumori”.

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Oltre Car-T e terapia genica

Il vantaggio di questo approccio rispetto a quelli già sperimentati con la terapia genica o le Car-T, spiega Siciliano, è che noi possiamo modificare le cellule del sistema immunitario rendendole capaci di esplicare la loro azione solo e soltanto in presenza di segnali del tumore, limitando i potenziali effetti collaterali. “L’obiettivo della terapia genica è quello di compensare la mancanza di un gene così che la cellula possa tornare a esprimere quella proteina. Ci sono però altre situazioni in cui noi non vogliamo l’espressione costante di una certa proteina, ma solo che sia espressa all'occorrenza, quando siano presenti alcune condizioni. Questo è quello che fa la biologia sintetica”. Applicare questo approccio all’oncologia significa per esempio modificare i linfociti T dando loro l’istruzione di attivarsi e in più di produrre una molecola terapeutica solo e soltanto in ambiente tumorale, con una concentrazione più alta di efficacia e azzerando gli effetti sistemici. I primi risultati sono promettenti: i modelli animali stanno già dimostrando che possiamo controllare l'attivazione delle cellule T per rilascio di molecole solo nell'ambiente tumorale del melanoma.

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Prossimo obiettivo: i macrofagi

Su questa idea innovativa, Siciliano – l’unica in Italia a occuparsi di biologia sintetica in oncologia – sta costruendo il suo prossimo passo: modificare anche i macrofagi, un'altra classe di cellule del sistema immunitario. “Mi sono chiesta: siamo sicuri che modificare solo le cellule T sia sufficiente a debellare il tumore nel lungo termine? Così abbiamo pensato di intervenire anche sui macrofagi, che hanno un'azione di comunicazione e coordinamento tra i diversi protagonisti della ‘difesa’ dell’organismo dal tumore”.

Un ecosistema da costruire

I risultati di Siciliano dimostrano che in termini di preparazione e di intelligenza scientifica, l'Italia non ha niente da invidiare ad altri paesi. Manca però l’ecosistema: un ambiente fertile dove le singole ricerche non cadano nel vuoto ma siano accolte e replicate da altri gruppi di lavoro. “Mi manca l’approccio anglosassone alla scienza: negli Stati Uniti – conclude la ricercatrice - puoi condividere i concetti più stravaganti e nessuno ti mortifica. Qui le idee non ortodosse rischiano di essere derise e non essere esplorate, mentre è diventato cruciale iniziare a rischiare di più e pensare fuori dalla cosiddetta blackbox. Per fortuna lavoro in una realtà fortemente interdisciplinare, che mi consente di moltiplicare il valore di quello che faccio”.