Progetto AMBROSIA

Il progetto AMBROSIA è stato finanziato nell’ambito del bando “Progetti di ricerca fondamentale o di base, Annualità 2012”, previsto dalla Legge Regionale 7 Agosto 2007, N.7: “Promozione della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica in Sardegna”

Il progetto AMBROSIA mira a sviluppare una nuova piattaforma tecnologica, a basso costo e semplice da usare, per la rapida rilevazione e quantificazione della espressione della telomerasi tramite la misura in tempo reale dell’elongazione dei telomeri. Tale tecnologia, in grado di condurre alla realizzazione di dipositivi portatili e/o usa e getta per l’esecuzione, in parallelo, di decine o centinaia di test, consentirebbe ai ricercatori di accelerare notevolmente l’investigazione del ruolo svolto dai telomeri e dalla telomerasi nell’invecchiamento delle cellule e nello sviluppo del cancro.

I telomeri sono la porzione finale dei cromosomi; si tratta di singoli filamenti di DNA che non codificano informazione genetica. Sono stati descritti come i “puntali dei lacci delle scarpe che impediscono che i lacci si sfilaccino”; allo stesso modo, i telomeri evitano che i cromosomi si ricombinino o riarrangino. Durante la divisione della cellula, però, i telomeri non vengono replicati completamente ma si accorciano un po’ ad ogni nuova suddivisione causando la senescenza della cellula e, a lungo andare, la sua morte per apoptosi. Nelle cellule staminali, come in quelle tumorali, i telomeri invece vengono allungati (o elongati), piuttosto che replicati, grazie all’azione di un enzima chiamato telomerasi. La telomerasi ricostruisce il filamento sintetizzando, base per base, l’aggiunta di nuovi nucleotidi. Attraverso questo meccanismo le cellule tumorali divengono immortali. La capacità di rilevare e quantificare l’attività della telomerasi trova dunque potenziale applicazione nello screening di campioni medici per l’analisi di processi di invecchiamento delle cellule staminali legati ad una riduzione della loro capacità rigenerativa, per l’individuazione precoce di alterazioni patologiche cellulari, come i tumori, e nel test di principi attivi per terapie anticancro. Una sovra espressione della telomerasi è, appunto, associata ad una immortalizzazione cellulare che, se fuori controllo può portare a stati patologici.

La ricerca in questo campo, pur se promettente, è comunque ancora molto complessa e controversa. Il ruolo esatto svolto dai telomeri nella senescenza e morte della cellula e nello sviluppo dei tumori deve ancora essere chiarito. Infatti la telomerasi è presente, anche nei tumori, in concentrazioni molto basse e i test sviluppati fino ad oggi hanno problemi di velocità, accuratezza e riproducibilità. La ricerca, dunque, è stata fortemente rallentata dalla mancanza di una tecnologia adatta alla misura veloce, semplice ma affidabile, dell’espressione della telomerasi. AMBROSIA si propone di superare tali limiti sviluppando una nuova tecnologia che affronti il problema per mezzo di un sistema elettronico a basso errore, rapida risposta, portatile e/o usa-e-getta che contenga decine o centiniaia di siti di rilevazione che agiscono in parallelo.

Un obiettivo talmente ambizioso richiede la convergenza di diverse competenze e metodologie e richiede lo sviluppo di ricerca di base in diversi campi di studio. Fino ad oggi, infatti, sono stati proposti diversi metodi per la rilevazione elettronica del DNA, ma nessuno di essi è stato mai applicato alla misura dell’elongazione telomerica. Inoltre, gran parte dei metodi proposti non si adattano ad una misura diretta dell’allungamento della molecola. Per questo ci proponiamo di investigare un metodo di rilevamento innovativo che misuri l’elongazione attraverso la misura della carica elettrica della molecola che viene incrementata per ogni nuova base aggiunta. Per far ciò, pensiamo di sfruttare l’effetto di campo indotto sulla superficie di un elettrodo. Verificheremo la possibilità di implementare tale meccanismo su diverse tecnologie che hanno differenti vantaggi e svantaggi. Sarà necessario sviluppare delle opportune procedure chimiche/elettrochimiche per l’immobilizzazione dei telomeri sugli elettrodi di misura nelle diverse tecnologie. Sarà richiesto lo sviluppo e progettazione di una cella microfluidica per distribuire i campioni, i reagenti ed i principi attivi necessari per l’esperimento. Per potere verificare la capacità dei biosensori di rilevare la telomerasi e quantificare l’elongazione dei telomeri, sarà necessario sviluppare dei protocolli di test e metterli a punto con metodi di misura standard e affidabili. Infine, la selettività e sensibilità dei biodispositivi verrà messa alla prova sul campo nello studio dei processi di senescenza delle cellule staminali.

Una piattaforma tecnologica di questo tipo avrà potenziale applicativo come rapido strumento diagnostico per controllare i processi di senescenza delle cellule staminali adulte, implicati nell’insorgenza di numerose malattie a carattere degenerativo. Altri campi di applicazione saranno l’identificazione precoce del cancro e lo screening di terapie tumorali mirate all’inibizione della telomerasi.