Responsabile scientifico: Loris Rizzello (Professore Associato)
Componenti: Dr. Edoardo Scarpa (Assegnista di ricerca)
Dr.ssa Anna Griego (Assegnista di ricerca)
Andrea Fumagalli (Borsista)
Sito web: https://infectiondynamics.unimi.it/

DESCRIZIONE GENERALE

Le malattie infettive per le quali la vaccinazione e le terapie antimicrobiche hanno avuto particolare successo sono quelle causate da agenti patogeni extracellulari, ovvero i batteri che trascorrono una parte significativa del loro ciclo di vita al di fuori della cellula ospite. Al contrario, i vaccini e gli antibiotici contro i patogeni intracellulari - batteri evoluti per invadere, colonizzare e replicarsi all'interno delle cellule ospiti - si sono dimostrati molto più difficili da sviluppare.
La nostra Unità di Dinamiche di Infezione propone una visione di ricerca che mira a rivoluzionare il modo in cui curiamo le infezioni causate da patogeni intracellulari, con l'obiettivo di trovare una terapia universale alle malattie infettive e che contrasti anche lo sviluppo della resistenza ai farmaci. Il nostro particolare interesse è l’eradicazione della tubercolosi umana, una delle peggiori pandemie umane, ma l’obiettivo finale è quello di creare un sistema di delivery universale che riconosca qualsiasi cellula infettata. Per fare questo, esamineremo prima quali siano i "codici a barre" molecolari delle cellule infette, vale a dire quelle specifiche proteine di membrana che le cellule esprimono al momento dell'infezione. Questa informazione è fondamentale per poi ingegnerizzare un repertorio di nanoparticelle polimeriche super-selettive, note come Polymersomes, funzionalizzate con ligandi selettivi capaci di riconoscere, legare e attaccare soltanto le le cellule infette, lasciando completamente intatte le cellule non infette.

TEMATICHE DI RICERCA
1. Analisi biochimiche e live-imaging ad alta risoluzione confocale delle interazioni ospite-patogeno.
In questa sezione si farà uno screening fenotipico massivo di macrofagi infettati da Mycobacterium tuberculosis per decodificare i recettori correlati all'infezione (vale a dire, i Pathogens Recognition Receptors - PRR). Questo consentirà di porre lo studio delle interazioni ospite-patogeno nell'equazione della scoperta di nuovi farmaci antibatterici. Per perseguire questo obiettivo, utilizzeremo un approccio di Phage Display in cui le librerie di batteriofagi T7 saranno incubate con macrofagi infetti, un processo definito come "biopanning". Dopo il biopanning, i fagi fortemente aderenti verranno recuperati e sequenziati (NGS) e si identificheranno specifici ligandi peptidici che legano le cellule infette. Questo consentirà inoltre la regolazione differenziale dei PPR, in funzione della presenza (o meno) di patogeni intracellulari.
Le dinamiche di infezione verranno anche seguite con tecniche di imaging confocale ad alta risoluzione, dove verranno usati patogeni fluorescenti e si analizzerà la specifica localizzazione intracellulare. Questo consentirà di capire come molecole fondamentali per la virulenza e la patogenesi si distribuiscano all’interno dell’ospite nel tempo.
2. Design di nuovi strumenti nanotecnologici per eliminare il fenomeno della farmaco-resistenza batterica
Questa linea di ricerca mira a disegnare e sviluppare nanovescicole polimeriche super-selettive mirate specificamente a riconoscere e bersagliare solo cellule infette. Le nanoparticelle polimeriche, chiamate polymersomes, saranno infatti decorate con i peptidi ligandi scoperti dal phage display biopanning. Per questo progetto, il miglior candidato per i polimeri sarà basato sul di-blocco PEG-PDPA, dove PEG è il poli(etilenglicole) e il PDPA è il poli(2-(diisopropilammino)etilmetacrilato). Questo copolimero si autoassembla in acqua e crea vescicole con un lume acquoso dove possono essere caricati i farmaci. Il PEG consente una facile funzionalizzazione dei peptidi ligandi evitando l'opsonizzazione proteica (dando ai polimeri un lungo tempo di circolazione e un basso legame aspecifico). Il PDPA invece è un blocco che innesca il disassemblaggio dei polimeri a valori di pH inferiori a 6,4, tipico dell'endocitosi in fase iniziale. La sensibilità al pH consentirà al farmaco caricato di essere rilasciato nel citosol cellulare, dopo l'internalizzazione. Questo approccio combinato di alta specificità nel bersagliare solo le cellule di interesse, combinato con un altissimo rilascio di farmaco intracellulare, consentirà di eradicare i patogeni e di evitare insorgenza di farmaco-resistenza dovuta al costante utilizzo di dosi in concentrazione sub-efficace.

PRINCIPALI COLLABORAZIONI:

• Prof. Giuseppe Battaglia. University College London, Department of Chemistry.
• Prof. Timothy McHugh. University College London, Division of Infection and Immunity.
• Prof. Riccardo Manganelli. Università degli Studi di Padova.
• Prof.ssa Marilina Pasca. Università degli Studi di Pavia.
• Prof. Giorgio Volpe. University College London, Department of Chemistry.
• Dr. Alessandro Poma. University College London, Division of Biomaterials and Tissue Engineering.
• Dr. Alessandro Gori. CNR.