Università degli Studi di Perugia

Biomaterial made of a biocompatible polymer and Beta-D-N-acetylhexosaminidase A enzyme

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.

Review the Technology

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Il team

Eleonora Calzoni

Dr Eleonora Calzoni was born on May 14, 1989 in Perugia. He studied at the University of Perugia, where he received a master's degree cum laude in Molecular Biology in 2015, followed by a PhD in Biotechnology in 2020, with a thesis entitled "ENZYME IMMOBILIZATION FOR INDUSTRIAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS" . To date, he continues his research activity at the biochemistry laboratory and the molecular biology laboratory of the University of Perugia. Dr Calzoni has acquired over the years skills in biochemistry and molecular and cellular biology techniques. In particular, he has gained experience in enzymatic

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Alessio Cesaretti

Dr Alessio Cesaretti was born on August 14, 1987 in Perugia. He studied at the University of Perugia, where he received his master's degree cum laude in Chemical Sciences (chemical-physical section) in 2011, which was followed by a PhD in Chemical Sciences in 2014 with a thesis entitled “INCLUSION OF TETRACYCLINE DRUGS IN MICELLES AND HYDROGELS AND THEIR CONTROLLED RELEASE. ULTRAFAST DYNAMICS AS A PROBE OF MICROHETEROGENEITY ". Subsequently he continued his research activity both in the field of photochemistry and in that of molecular biology. Combining the knowledge acquired in these two areas, Dr Cesaretti has acquired considerable experience with ultrafast spectroscopy, and with various techniques of biochemistry and molecular biology. In particular, Dr Cesaretti has gained experience with the use of fluorescent probes that interact with biological targets (ie RNA / DNA), nanomaterials to be used as drug transporters (eg Micelles and nanoparticles) and enzymatic immobilization for industrial or biomedical applications.

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Carla Emiliani

Full Professor.

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Alessandro Di Michele

Researcher.

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