Approcci ecocompatibili per la progettazione e la sintesi di chelanti pseudopeptidici polifunzionali radio marcati per applicazioni teranostiche (diagnostiche e terapeutiche)

Il cancro, secondo stime dell’OMS del 2019, è la prima o la seconda causa di morte prima dei 70 anni nella maggior parte dei paesi del mondo. La sua incidenza e mortalità è in rapida crescita a causa dell'invecchiamento della popolazione e dell’aumento dei principali fattori di rischio, molti dei quali sono associati allo sviluppo socioeconomico. Una neoplasia consiste in una crescita anomala di cellule in un organo o tessuto del corpo. Le cellule tumorali presentano alterazioni del controllo della crescita, della proliferazione e della differenziazione, date da mutazioni genetiche ed epigenetiche. Nelle neoplasie maligne, le cellule tumorali risultano invasive e possono infiltrare i tessuti circostanti. Le cellule tumorali sono circondate da cellule benigne, dette cellule del microambiente tumorale. Sono costituite principalmente da fibroblasti associati al cancro, cellule infiammatorie, cellule endoteliali e periciti. Con la progressione del tumore, le interazioni tra cellule tumorali e stroma si modificano, producendo un microambiente favorevole alla crescita del tumore primario, agevolando l’invasività delle cellule cancerose, la degradazione della matrice extracellulare e la vascolarizzazione del tumore. Tra le popolazioni cellulari più diffuse nel microambiente tumorale ci sono i fibroblasti associati al cancro o cancer associated fibroblasts (CAF) che, pur avendo proprietà eterogenee in base alla localizzazione del tumore, presentano dei marker di superficie comuni. Tra questi, vi è la proteina attivatrice dei fibroblasti o fibroblast activation protein α (FAP, FAP-α), una glicoproteina di membrana appartenente alla famiglia delle dipeptidil peptidasi (DPP), che presenta un dominio extracellulare molto esteso. FAP risulta up-regolata nello stroma di oltre il 90% dei tumori epiteliali, con evidenze maggiori nel cancro del colon-retto, nel carcinoma pancreatico, nel carcinoma epatico e nel cancro ovarico. FAP non è invece espressa nei tessuti adulti sani o è presente in quantità minime nell'utero, nella cervice, nella placenta, nel seno e nella pelle. Nonostante il ruolo di FAP nel microambiente tumorale non sia noto, è stato dimostrato che i CAF di tipo FAP positivi aumentano la migrazione cellulare, contribuiscono all’angiogenesi e hanno effetto immunosoppressivo. L’assenza di espressione nei tessuti adulti sani e l’iper-espressione nella maggior parte dei tessuti tumorali, unitamente all’esteso dominio extracellulare contenente il sito catalitico, qualificano FAP come un target strategico per lo sviluppo di radiofarmaci con funzione teranostica. A tale scopo, è stata identificata una nuova classe di radiofarmaci PET che ha mostrato un profilo di efficacia promettente in studi preclinici e in un numero limitato di casi clinici. In particolare, per due molecole di questa classe (68Ga[1]FAPI-2 e 68Ga-FAPI-4) sono stati condotti studi preliminari per definirne la biodistribuzione in vivo e il protocollo dosimetrico. Queste molecole sono state ottenute coniugando tramite opportuno spacer un’unità chelante DOTA a due diversi inibitori FAP selettivi. In uno studio eseguito su 50 pazienti affetti da diverse tipologie di cancro, i due FAPI hanno dimostrato un promettente profilo di sicurezza ed efficacia nell’impiego come nuovi radiotraccianti per diagnostica per immagini non invasiva. Dimostrano inoltre un grado di biodistribuzione ottimale per l’imaging: dopo 10 minuti dalla somministrazione è stato rilevato un accumulo quasi totale del radionuclide nel tessuto tumorale, mentre i tessuti normali hanno dimostrato un livello di captazione trascurabile. Il composto ⁶⁸Ga-FAPI-2 ha dimostrato un maggiore uptake tumorale in termini quantitativi, ma un minore tempo di residenza rispetto a ⁶⁸Ga-FAPI-4. Nonostante i promettenti risultati preliminari, è necessario, quindi, un ulteriore incremento del tempo di residenza sui tessuti bersaglio di questi composti ai fini di un possibile impiego sia diagnostico che endoradioterapico, previa coniugazione con appropriati radionuclidi quali ¹⁷⁷Lu, ⁹⁰Y o ²²⁵Ac. Il progetto di ricerca prevede di applicare la strategia di clustering molecolare nota come Peptide Welding Technology (PWT) al fine di incrementare il tempo di residenza dei traccianti FAPI sui tessuti tumorali dopo somministrazione in vivo. Ѐ stato dimostrato che la coniugazione di agenti terapeutici a composti di natura multimerica, risulta essere un metodo efficace al fine di prolungarne la durata d’azione rispetto ai corrispettivi monomerici. L’estensione della durata di azione dei derivati PWT è stata associata ad un legame più duraturo nel sito di binding. I meccanismi che contribuiscono ad aumentare il tempo di residenza degli oligomeri PWT sul proprio sito di binding comprendono il possibile clustering dei recettori target così come processi di binding cooperativo e sinergico delle unità monomeriche presenti nel ligando multivalente. Ci si propone quindi di sfruttare le potenzialità di questa metodologia per sviluppare nuovi ligandi radioterapici derivanti dalla tetramerizzazione di quattro unità FAPI associate a quattro gruppi chelanti, utilizzando un approccio sintetico di tipo convergente. Si prevede di procedere con la sintesi in fase liquida della porzione deputata alla specificità per il target FAP e del core centrale (PWT) su cui avviene la multimerizzazione. Successivamente, tramite medotica in fase solida, sarà sintetizzato uno spacer di natura pseudopeptidica a cui verrà coniugata la porzione chelante e il FAP inibitore. Nel linker viene inserita una funzione tiolica (data, ad esempio, da una cisteina o una cisteammina) che verrà sfruttata in una reazione di tiol-Michael per la coniugazione in fase liquida con il core tetramaleimidico PWT. Il principale risultato atteso consiste nell’identificazione di radiotraccianti pseudopeptidici multimerici in grado di aumentare il tempo di residenza dei radionuclidi chelati dal DOTA sui recettori FAP del microambiente tumorale. Il potenziale prolungamento del legame nel sito di binding consentirebbe di sviluppare nuovi ligandi radioterapici per la diagnosi ed il trattamento non invasivo di vari tipi di tumori epiteliali.

Ufpeptides srl

Periodo: 6 Mesi

Il progetto è coerente con i seguenti Ambiti di Ricerca e Innovazione del PNR 2021-2027:

5.1.1 Temi generali
Articolazione 3. Implementazione dei sistemi di diagnosi, terapia e follow-up per le
malattie non-trasmissibili e/o legate all’invecchiamento
5.1.2 Tecnologie farmaceutiche e farmacologiche
Articolazione 6. Implementazione del processo di drug discovery

Nel contesto della medicina di precisione, lo sviluppo di radio-traccianti basati su FAP-inibitori (FAPI) e marcati con radionuclidi per l’applicazione nella PET ha mosso l’interesse scientifico poiché fornisce uno strumento utile per la diagnosi precoce del tumore attraverso l’identificazione di metastasi disseminate. É stato infatti dimostrato che i FAPI radiomarcati permettono un imaging veloce e ad elevato contrasto nei tumori ad alto contenuto stromale. L’uso di radionuclidi con effetto citotossico nella costruzione di radio-traccianti FAPI fornirebbe l’accesso alla radioterapia mirata, che colpisce selettivamente le cellule neoplastiche di alcune tipologie di tumori, tra cui i carcinomi al seno, al colon e al pancreas (NET inclusi), tramite una strategia di selective drug delivery. L’approccio teranostico influirebbe positivamente sulla qualità di vita dei pazienti oncologici, consentendo la personalizzazione di una cura basata sull’evoluzione della malattia, riducendo i costi di ospedalizzazione e la necessità di intervenire invasivamente per la risoluzione del problema. 

Durante il percorso di dottorato ci si propone di mettere a punto strategie sintetiche implementate sotto il profilo di eco sostenibilità. Si prevede nello specifico di applicare un approccio che combini delle metodiche di sintesi green in soluzione (click chemistry, reazioni in microonde) alla sintesi peptidica in fase solida (SPPS). Per la clusterizzazione della molecola verrà impiegata la reazione di tiol-Michael, in quanto permette di ottenere una coniugazione tra tiolato e carbonile α,β-insaturo in condizioni di reazione blande e in ambiente acquoso. La SPPS verrà ottimizzata durante i 6 mesi di stage aziendale con l’obiettivo di ridurne l’impatto ambientale, modificando delle tipiche condizioni di reazione in fase solida utilizzando solventi green per eseguire le operazioni di accoppiamento, deprotezione e lavaggio, con la possibità di avvalersi dell’utilizzo di agenti surfattanti e microonde.

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