Università degli Studi di Perugia

Biomateriale comprendente un polimero biocompatibile e l’enzima Beta-D-N-acetilesosaminidasi A

La presente invenzione riguarda un polimero biocompatibile in forma di film e nanoparticelle su cui è stato immobilizzato l’enzima β-D-N-acetilesosaminidasi A. L’immobilizzazione è in grado di aumentare la stabilità dell’enzima, che può essere così vantaggiosamente impiegato a scopo terapeutico, per lo sviluppo di una terapia enzimatica sostitutiva per la cura delle malattie di Tay-Sachs e Sandhoff, che si caratterizzano per la carenza di tale enzima.

Stato del brevetto

DEPOSITATO

Numero di priorità

102020000003344

Data di priorità

19/02/2020

Licenza

ITALIA

Problema

La β-D-N-acetil esosaminidasi A (HexA) è un’idrolasi acida lisosomiale la cui funzione principale è quella di catalizzare la scissione di legami specifici in oligosaccaridi e glicoconiugati, come glicoproteine, glicolipidi e glicosaminoglicani (GAG). Il suo ruolo è particolarmente importante nel Sistema Nervoso Centrale dove è coinvolta nel metabolismo dei gangliosidi. La carenza o totale assenza di HexA provoca gravi malattie genetiche, in particolare le malattie di Tay-Sachs e Sandhoff, che causano l’accumulo metabolico di substrati naturali. Ad oggi, non esiste una cura efficace per questi disturbi da accumulo lisosomiale (LSD).

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

Negli ultimi anni sono stati testati alcuni approcci terapeutici utilizzati nel campo degli LSD, ma non sempre hanno dato risultati soddisfacenti nel caso delle malattie di Tay-Sachs e Sandhoff. Queste nuove strategie terapeutiche includono la terapia di riduzione del substrato (SRT), il trapianto di midollo osseo e di cellule staminali ematopoietiche o di cellule staminali neurali, la somministrazione di enzimi purificati, la terapia genica (GT) e la terapia enzimatica sostitutiva (ERT). La ERT è il trattamento prediletto nella maggior parte degli LSD, ma essa ha numerosi limiti. Ad esempio, un sistema mediato da recettori elimina rapidamente gli enzimi lisosomiali somministrati per via endovenosa dal flusso sanguigno. Inoltre, il trasporto dell’enzima dal sistema circolatorio al cervello è ulteriormente limitato a causa della presenza della barriera emato-encefalica.

Killer Application

L’applicazione su cui puntiamo prevede la preparazione di nanoparticelle polimeriche biocompatibili e biodegradabili con enzimi immobilizzati da utilizzare come sistema di drug-delivery per veicolare l’enzima negli organi colpiti dalle patologie.

Intendiamo quindi sviluppare un business legato alla produzione massiva di nanoparticelle su cui immobilizzare efficacemente tramite la tecnologia da noi brevettata enzimi terapeutici opportunamente purificati.

Tecnologia e nostra soluzione

La nostra idea consiste nello sviluppo di un sistema costituito da un polimero biocompatibile e biodegradabile (acido polilattico, PLA) sotto forma di film e nanoparticelle su cui è stato covalentemente immobilizzato l’enzima HexA. L’immobilizzazione è in grado di aumentare la stabilità dell’enzima, che può così essere vantaggiosamente utilizzato a fini terapeutici, ovvero per lo sviluppo di una terapia enzimatica sostitutiva per la cura delle malattie di Tay-Sachs e Sandhoff.

Vantaggi

La potenzialità del nostro prodotto consiste nella messa a punto di un’efficiente terapia enzimatico sostitutiva (ERT). In questo modo non si avrebbe la necessità di continue infusioni della proteina ricombinante deficitaria, limitandone al minimo le dosi e quindi riducendo anche i costi di produzione. Infatti, la terapia enzimatica sostitutiva prevede l’infusione endovenosa dell’enzima che il corpo non produce, il malato deve quindi recarsi frequentemente in ospedale per l’infusione.

Roadmap

Ad oggi sono già stati condotti test in vitro per verificare l’internalizzazione delle nanoparticelle e il ripristino dell’attività enzimatica in modelli cellulari delle due patologie.

Il prossimo passo sarà quello di cercare partner con i quali sviluppare un programma di test in vivo su modelli murini delle patologie con i sistemi NP-HexA per studiarne gli effetti e l’efficacia.

L’enzima HexA è stato efficientemente immobilizzato su preparazioni di film e nanoparticelle (NP) di PLA. Il sistema HexA-PLA si è dimostrato stabile per lunghi periodi di tempo (ad oggi superiori ai 12 mesi). Sono stati effettuati con successo test in vitro per verificare la non-tossicità del preparato, l’internalizzazione delle nanoparticelle e il ripristino dell’attività enzimatica in modelli cellulari delle due patologie. Dati gli sviluppi attuali della ricerca, il grado di avanzamento dello studio è quello di una tecnologia convalidata in laboratorio.

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Il team

Eleonora Calzoni

La Dr Eleonora Calzoni è nata il 14 maggio del 1989 a Perugia. Ha studiato presso l'Università degli Studi di Perugia, dove ha conseguito la laurea magistrale con lode in Biologia Molecolare nel 2015, seguita da un Dottorato di Ricerca in Biotecnologie nel 2020, con una tesi dal titolo “ENZYME IMMOBILIZATION FOR INDUSTRIAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS”. Ad oggi prosegue la sua attività di ricerca presso il laboratorio di biochimica e il laboratorio di biologia molecolare dell’Università degli Studi di Perugia. La Dr Calzoni ha acquisito in questi anni competenze in biochimica e tecniche di biologia molecolare e cellulare. In particolare, ha maturato esperienza nell'immobilizzazione enzimatica per applicazioni industriali o biomedicali e nei nanomateriali da utilizzare come trasportatori di farmaci (es. Nanoparticelle).

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Alessio Cesaretti

Il Dr Alessio Cesaretti è nato il 14 Agosto del 1987 a Perugia. Ha studiato presso l’Università degli Studi di Perugia, dove ha conseguito la laurea magistrale con lode in Scienze Chimiche (sezione chimica-fisica) nel 2011, a cui ha fatto seguito un Dottorato di Ricerca in Scienze Chimiche nel 2014 con una tesi dal titolo “INCLUSION OF TETRACYCLINE DRUGS IN MICELLES AND HYDROGELS AND THEIR CONTROLLED RELEASE. ULTRAFAST DYNAMICS AS A PROBE OF MICROHETEROGENEITY”. Successivamente ha continuato la sua attività di ricerca sia nel campo della fotochimica che in quello della biologia molecolare. Combinando le conoscenze acquisite in questi due ambiti, il Dr Cesaretti ha acquisito una considerevole esperienza con la spettroscopia ultraveloce, e con varie tecniche di biochimica e biologia molecolare. In particolare, il Dr Cesaretti ha maturato esperienza con l’utilizzo di sonde fluorescenti che interagiscono con target biologici (ovvero RNA / DNA), nanomateriali da utilizzare come trasportatori di farmaci (es. Micelle e nanoparticelle) e immobilizzazione enzimatica per applicazioni industriali o biomedicali.

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Carla Emiliani

Professore.

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Alessandro Di Michele

Ricercatore.

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