I ricercatori del PSI hanno scoperto un trucco sorprendente che potrebbe ampliare le possibilità di utilizzo medico della tossina botulinica A1, meglio conosciuta con il nome di Botox, come agente attivo. Hanno sviluppato proteine simili agli anticorpi che accelerano l'effetto dell'enzima sulla trasmissione dei segnali nervosi. Ciò suggerisce che il Botox potrebbe, ad esempio, essere in grado di alleviare il dolore più rapidamente di prima.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Nature Communications .
La neurotossina botulinica A1, meglio conosciuta con il marchio Botox, è in realtà una tossina nervosa prodotta dai batteri. Ha guadagnato una diffusa consapevolezza pubblica grazie al suo utilizzo come aiuto cosmetico. Molte persone lo iniettano nelle rughe per farle sembrare più giovani.
La sostanza blocca la trasmissione del segnale dai nervi ai muscoli, rilassandoli così che i tratti del viso appaiono levigati. Ciò che è meno noto:il Botox viene utilizzato molto spesso anche in medicina terapeutica per trattare condizioni riconducibili a crampi muscolari o segnali nervosi difettosi, tra cui dolori, spasmi, debolezza della vescica, digrignamento dei denti e disallineamenti, ad esempio del occhi. Il botox viene utilizzato anche nel trattamento del cancro allo stomaco, per bloccare il nervo vago e quindi rallentare la crescita del tumore.
In ogni terapia è fondamentale utilizzare questo medicinale altamente efficace in modo molto mirato e con un dosaggio accurato, poiché il Botox è la più potente tossina nervosa naturale di tutte, che può portare a una pericolosa paralisi in un quadro clinico chiamato botulismo. Solo un centinaio di nanogrammi circa somministrati per via endovenosa possono essere sufficienti per uccidere una persona, perché la tossina paralizza i muscoli respiratori, insieme ad altri.
Le neurotossine botuliniche sono classificate in sette cosiddetti gruppi di sierotipi contrassegnati dalle lettere dalla A alla G. Il Botox utilizzato nei cosmetici appartiene al primo gruppo. Per essere precisi, è designato sottotipo A1. È noto che anche altri tre sierotipi, B, E e F, possono portare al botulismo negli esseri umani, con E e F che agiscono significativamente più rapidamente ma non così a lungo come A e B.
L'effetto si manifesta già dopo poche ore e dura alcune settimane, il che apre importanti possibilità, ad esempio, nella terapia del dolore e nell'ortopedia. I tipi C e D sono efficaci in alcune specie animali come gli uccelli; ad oggi non sono stati osservati casi di botulismo con il tipo G.
I sierotipi sono prodotti principalmente da diversi ceppi del batterio Clostridium botulinum. Questi microbi prosperano in modo anaerobico, cioè in assenza di ossigeno, e si trovano principalmente nel suolo e nei sedimenti marini e fluviali. Se entrano negli alimenti e vengono conservati in contenitori ermetici, come nel caso dei prodotti conservati, esiste il rischio di contaminazione con la tossina. Mangiarlo può causare il botulismo. Tuttavia la malattia si manifesta molto raramente; negli ultimi 10 anni in Svizzera si sono verificati solo uno o due casi all'anno.
In un progetto di ricerca, un team guidato da Richard Kammerer del Laboratorio di ricerca biomolecolare del PSI ha voluto indagare se fosse possibile influenzare l'azione della tossina.
"Per questo abbiamo prodotto, insieme al biochimico Andreas Plückthun dell'Università di Zurigo, 25 cosiddetti DARPin", afferma Kammerer. Le DARPin sono piccole proteine prodotte artificialmente che funzionano in modo simile agli anticorpi. Sono utilizzati nella terapia e nella diagnosi, nonché nella ricerca medica fondamentale.
L'idea era di trovare le DARPin che si legano selettivamente al cosiddetto dominio catalitico del sierotipo A1 del Botox, la parte dell'enzima responsabile del suo effetto sui nervi, tagliando alcune proteine. Ci si aspettava che i DARPin inibissero questa funzione.
"In vitro, cioè su singoli campioni nella provetta, abbiamo identificato un candidato adatto che limita la funzione della tossina botulinica", riferisce Kammerer.
Attraverso studi presso la Swiss Light Source SLS del PSI, i ricercatori sono stati in grado di osservare con precisione il complesso della DARPin e del dominio catalitico, fino al livello molecolare, e di scoprire come la DARPin previene la scissione.
Ma quando i ricercatori hanno testato questa DARPin anche in colture cellulari, in collaborazione con un team dell’Istituto di Biomedicina dell’Università di Padova in Italia, è diventato improvvisamente evidente un effetto completamente diverso, anzi opposto:l’azione tossica del Botox —la scissione delle proteine importanti per la trasmissione del segnale nervoso—ha avuto effetto ancora più rapidamente del solito.
"All'inizio pensavamo di aver fatto qualcosa di sbagliato", afferma Oneda Leka, ricercatrice post-dottorato presso il Laboratorio PSI per la ricerca biomolecolare e prima autrice dello studio. Ma ulteriori esperimenti confermarono la scoperta contraddittoria:invece di diminuire, l'effetto tossico dell'enzima Botox accelerò.
Ora i ricercatori hanno ripetuto gli esperimenti con muscoli veri, i diaframmi dei topi. Questi rimangono intatti per lungo tempo in una soluzione nutritiva e sono un modello preferito per testare gli effetti delle tossine nervose. Anche in questo caso i risultati hanno indicato che con il DARPin l'effetto paralizzante della tossina si manifesta più del doppio più rapidamente.
Ora la grande domanda era:perché è così? La possibile spiegazione è biochimicamente molto complessa. In poche parole, le DARPin destabilizzano effettivamente la tossina in modo tale da essere trasportata più rapidamente all'interno delle cellule nervose. Di conseguenza, la tossina ha effetto più rapidamente.
"Per questo motivo, riteniamo che DARPin potrebbe ampliare lo spettro dei possibili usi della neurotossina botulinica", afferma Oneda Leka.
Anche se i ricercatori non hanno eseguito alcun test comparativo nell’ambito di questo studio, sembra che la neurotossina botulinica A1 con DARPin agisca molto più velocemente della A1 senza anticorpi. Allo stesso tempo, la durata dell'effetto rimane significativamente più lunga di quella di E e F.
Quindi l’aggiunta di questo DARPin fornisce una variante intermedia tra il sierotipo A e i sierotipi E ed F. Il risultato, per quanto inaspettato, apre nuove possibilità per il trattamento di una varietà di malattie. Secondo Richard Kammerer:"Nella medicina del dolore potrebbe essere interessante un additivo che acceleri l'inizio dell'effetto di un farmaco duraturo ed estremamente efficace."
Ulteriori informazioni: Oneda Leka et al, A DARPin promuove un'insorgenza più rapida dell'azione della neurotossina botulinica A1, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-44102-4
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Istituto Paul Scherrer
