Sviluppo di un metodo per il dosaggio dell'epcidina mediante approcci innovativi basati su nanotecnologie.

Starting date
October 15, 2011
Duration (months)
24
Departments
Medicine
Managers or local contacts
Girelli Domenico
Keyword
epcidina, metabolismo del ferro, nanoteconologie

Lo sviluppo di sistemi di dosaggio e di opportuni bio-sensori volti a un'efficiente misura di nuovi bio-marcatori rappresenta un obiettivo strategico per l'UE(programma Health 2010-2011), soprattutto per il controllo di patologie cronico-degenerative. Tra queste le malattie da alterata omeostasi del ferro hanno una elevata prevalenza nella popolazione. Le anemie siderocarenziali coinvolgono infatti almeno 500 milioni di persone al mondo [1], mentre per quanto attiene alle malattie da accumulo di ferro come l'emocromatosi ereditaria (EE), l'allele C282Y sul gene HFE ad essa associato è presente nel 2.5-10% gli Europei [1]. Accanto a tali disordini “quantitativi”, alterazioni della distribuzione del ferro nei diversi comparti tissutali rivestono un ruolo patogenetico in molteplici malattie, in particolare nelle patologie infiammatorie ed infettive, soprattutto ad andamento cronico. Nei primi anni di questo secolo si è identificato un ormone peptidico di 25 aminoacidi prodotto dal fegato e denominato epcidina [2], ben presto rivelatosi il principale regolatore dell'omeostasi marziale [3]. In effetti, si può dire che l'epcidina rappresenta per il metabolismo del ferro ciò che l'insulina rappresenta per il metabolismo del glucosio, vale a dire un regolatore negativo prodotto in risposta all'aumento della concentrazione sierica del ferro allo scopo di riportare il sistema in equlibrio [4]. L'epcidina agisce interagendo con un recettore di membrana con proprietà di “iron exporter” (la ferroportina) bloccando l'assorbimento intestinale del ferro e inibendone il rilascio in circolo da parte dei macrofagi coinvolti nella fagocitosi degli eritrociti senescenti. In virtù di questo ruolo chiave, un'accurata misurazione dell'epcidina nei fluidi biologici rappresenta uno strumento di potenziale grande ausilio nella pratica clinica. Ciònonostante, numerosi tentativi in tal senso sinora condotti attraverso varie metodiche hanno prodotto risultati limitati. L'epcidina presenta infatti caratteristiche strutturali che complicano l'applicazione dei classici metodi immunologici, quali ad es. ELISA. Le piccole dimensioni del peptide, la presenza di 4 ponti disolfuro che ne ripiegano la struttura limitandone l'esposizione di epitopi, e l'elevato grado di conservazione nelle diverse specie animali ,fanno sì che l'ottenimento di anticorpi dotati di elevata specificità contro l'epcidina umana risulti assai difficoltoso. Molti gruppi di ricerca si sono pertanto focalizzati su metodiche alternative, perlopiù basate su tecniche di spettrometria di massa (MS) [6]. Queste ultime hanno tuttavia lo svantaggio di essere costose e di richiedere strumenti sofisticati e personale dedicato. Inoltre, esse hanno rivelato la presenza nei fluidi biologici di isoforme troncate dell'epcidina(es. Epc-22 e Epc-20), che complicano ulteriormente l'interpretazione dei dosaggi immunologici, inclusi quelli di ultima generazione [6]. Nonostante i recenti progressi, vi è un accordo unanime tra gli esperti in materia sulla necessità di disporre di un metodo di misura dell'epcidina che unisca caratteristiche di accuratezza,
semplicità di esecuzione, e diffusibilità su larga scala a costi relativamente contenuti [7].Questo progetto di ricerca ha quindi lo scopo di mettere a punto un metodo per la determinazione dell'epcidina basato su un approccio nanotecnologico innovativo, che riunisca le caratteristiche suddette.
A tal fine si è pensato di riunire competenze differenziate provenienti da discipline eterogenee quali la medicina clinica (Unità Verona-1), le bio-nano-tecnologie(Unità Verona-2), e la chimica analitica (Unità Torino), valorizzando le complementarietà e promuovendone l'integrazione. Per superare le suddette difficoltà in termini di immunochimica tradizionale, ci orienteremo prevalentemente allo sviluppo di “pseudo-anticorpi di plastica” mediante produzione controllata di materiali nanostrutturati (sintesi di nano-particelle e nano-film) per il riconoscimento dell'epcidina mediante tecniche di imprinting molecolare. I nanomateriali così ottenuti saranno integrati in bio-sensori, e anche utilizzati per sviluppare dosaggi ELISA-like. Le performance dei metodi sviluppati saranno confrontate con una metodica in MS recentemente messa a punto nei nostri laboratori [8] e quindi validata su casistiche cliniche di interesse. Oltre a tali ricadute pratico-applicative, questa ricerca potrebbe porre le basi per esiti finanche in termini di eventuale immissione sul mercato di un sensore o di un dosaggio per l'epcidina.
[1] Andrews NC. N Engl J Med 1999;341:1986-1995. [2] Park CH, et al. J Biol Chem 2001;276:7806-10. [3] Pigeon C. et al. J Biol Chem 2001;276:7811-7819.
[4] Pietrangelo A. Hepatology 2007;46:1291-301.[5] Ganz T. Cell Metab 2008;7:288-90.[6] Castagna A, ... and Girelli D. J Proteomics 2010; 73:527-36 [7] Kroot JJC et al., Haematologica 2009; 94: 1748-1752.[8] Swinkels DW, Girelli D, et al. PLoS ONE 2008, 3:e2706.

Sponsors:

Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Funds: assigned and managed by the department

Project participants

Natascia Campostrini
Annalisa Castagna
Technical-administrative staff
Domenico Girelli
Full Professor

Activities

Research facilities