Nuove tecnologie per il rilevamento dei patogeni batterici

Nel gergo del 7° PQ, RAPTADIAG è classificato come “progetto di ricerca mirata su piccola o media scala”. Negli ultimi due anni, però, il consorzio ha trasformato un nuovo test diagnostico per la meningite batterica in quello che probabilmente diventerà un set completo di tecnologie di sensori per rilevare patogeni batterici di tutti i tipi.

Anche se questo settore ha fatto passi da gigante negli ultimi anni, molta della medicina contemporanea si affida ancora a terapie basate sui sintomi e a costosi metodi diagnostici. Nel caso della “meningite batterica” (MB), i sintomi si sviluppano da tre a sette giorni dopo l’esposizione iniziale e alcune persone possono persino essere portatori dei batteri senza ammalarsi. Se non si cura c’è una probabilità di morte del 50 % e l’efficacia delle cure dipende da quanto tempestivamente esse vengono somministrate.

Secondo Morten A. Geday, coordinatore del progetto RAPTADIAG (“Rapid Aptamer based diagnostics for bacterial meningitis”) e professore, l’efficacia della terapia viene rallentata dal fatto che la diagnosi precoce attualmente è possibile solo per mezzo di tecnologie molto costose. Non solo questi metodi richiedono troppo tempo per dare un risultato accurato, ma sono anche troppo complessi per essere usati al di fuori delle grandi strutture ospedaliere.

Insieme a partner in Svizzera e Danimarca e grazie a un finanziamento dell’UE di 2,2 milioni di euro, il prof. Geday ha cercato di superare questi ostacoli con un test diagnostico facile da usare e a basso costo per la Neisseria meningitidis (conosciuta anche come meningococco) e per lo Streptococcus pneumoniae, che sono responsabili dell’80 % dei casi di MB. Insieme al suo team ha già sviluppato tre tecnologie rivoluzionarie, tra cui un sensore a risonanza microacustico e un sensore a base di cristalli liquidi, e adesso ha in programma di portare il progetto alla fase successiva.

In questa intervista, il prof. Geday spiega il percorso fatto dal consorzio dall’inizio del progetto nel 2011. Ci parla anche delle scoperte che li hanno spinti a rivedere lo scopo del progetto, da una migliore diagnosi per la BM alla rilevazione di uno spettro di batteri molto più ampio, in contesti molto vari, dai patogeni del cibo e dell’acqua che entrano nella catena alimentare, nelle risorse idriche o persino nelle unità di condizionamento dell’aria.

Cosa c’è di nuovo o innovativo in questo test? Come funziona?

I nuovi test diagnostici saranno più veloci (richiederanno minuti invece di ore o giorni) e più economici (euro invece di diverse decine di euro) rispetto alle tecnologie attualmente disponibili. Queste erano state create per soddisfare l’esigenza clinica di una diagnosi di queste malattie con un alto grado di morbidità, riducendo le possibilità di diagnosi sbagliata e l’abuso di antibiotici.

Per permettere il riconoscimento dei microorganismi, usiamo aptameri come recettori invece degli anticorpi usati tradizionalmente. In poche parole, gli aptameri sono molecole di DNA/RNA corto a filamento singolo che possono assumere una struttura tridimensionale accoppiando le basi nucleiche all’interno del filamento. Questa struttura viene poi selezionata sulla base della sua alta affinità e specificità con l’antigene desiderato o obiettivo.

Si stanno sviluppando in parallelo tre diverse tecnologie di sensori. La prima tecnologia è l’adattamento della tecnologia commerciale di biosensori evanescenti (Eva-sensor) che usano aptameri recettori invece di anticorpi. Altre due tecnologie sperimentali (sviluppate nelle università) sono impiegate per sviluppare un test rapido a un costo notevolmente basso, cioè un sensore a risonanza microacustico e un sensore a base di cristalli liquidi. La difficoltà di sviluppare questi due sensori è stata prima di tutto dimostrare che era possibile sviluppare sensori a risonanza microacustici con la sensibilità necessaria e poi provare che eravamo in grado di sviluppare sensori a base di cristalli liquidi in grado di rilevare singole cellule.

Quali sono state le maggiori difficoltà incontrate e come sono state risolte?

Il progetto ha dovuto affrontare due problemi, uno tecnico e uno scientifico. Poco dopo il suo inizio, uno dei partner principali è andato in bancarotta. Il progetto quindi si è trovato privo della possibilità di sviluppare le molecole recettori su cui si basava, ovvero gli aptameri. La soluzione è arrivata alla fine da uno dei partner che si è assunto questa responsabilità integrando nel suo staff alcuni dei membri del partner fallito. La gestione della bancarotta, la ridefinizione delle responsabilità e il tempo necessario per rimettere in sesto il progetto hanno comportato un ritardo di sei mesi. Il grande successo dello sviluppo sia dei sensori a base di cristalli liquidi che dei risonatori microacustici è però strettamente legato alle scelte che abbiamo fatto allora.

Il secondo problema scientifico è lo sviluppo di aptametri specifici per la MB. Con l’avanzare del progetto, sta diventando sempre più chiaro che la necessaria affinità e specificità verso gli obiettivi raggiungerà i limiti delle capacità del consorzio quale è adesso. Fino a che punto questo sia dovuto ai limiti del consorzio o ai limiti della tecnologia degli aptametri non è ancora chiaro. La soluzione alternativa è l’uso di anticorpi specifici per la MB e di aptameri esistenti che prendono come bersaglio altri patogeni per testare e convalidare le tecnologie sviluppate.

Quindi vi siete progressivamente allontanati dalla MB per concentrarvi su altri tipi di patogeni. Come è successo?

Durante l’esecuzione del progetto, è diventato sempre più chiaro che anche se lo sviluppo di metodi di diagnosi della MB più economici e più veloci avrebbe permesso la diagnosi e quindi il contenimento di epidemie di MB nel Terzo mondo, l’impatto clinico in occidente sarebbe stato probabilmente limitato.

Allo stesso tempo, ci siamo resi conto che le tecnologie che stavamo sviluppando per la diagnosi della MB avevano un impatto significativo sulla rilevazione di patogeni batterici in un ampio numero di contesti, come per esempio i patogeni degli alimenti e dell’acqua nella catena alimentare, nelle risorse idriche o nelle unità di condizionamento dell’aria. Queste tecnologie inoltre potrebbero preparare il terreno per nuovi mezzi per la rilevazione di patogeni umani nella saliva e in altri liquidi corporei.

Di conseguenza, sono state presentate varie proposte per portare avanti queste tecnologie nell’ultima fase del 7° PQ e un progetto molto più ambizioso – che in un certo senso sviluppa l’esperienza acquisita durante RAPTADIAG – è attualmente in fase di valutazione nell’ambito di un invito di Orizzonte 2020.

A che punto siete per quanto riguarda l’obiettivo di completare al meno un prodotto commerciale entro la fine del progetto?

Il progetto è a buon punto. L’Eva-sensor si può già acquistare e Davos Diagnostics ha dimostrato che la sua tecnologia è adatta per la rilevazione batterica usando il riconoscimento degli aptameri o in altro modo. D’altra parte, sia i microrisonatori che i sensori a base di cristalli liquidi sono ancora in una fase iniziale. Queste tecnologie hanno bisogno di un partner industriale forte. Alla luce della situazione finanziaria in Spagna, ci sono poche probabilità di trovare finanziamenti per una spin-off che coinvolga gli scienziati partecipanti e quindi la tecnologia deve essere trasferita a un ente già esistente. Cominceremo, insieme all’ufficio preposto al trasferimento della tecnologia dell’Università, a cercare potenziali partner nel prossimo futuro.

Si può dire che i risultati del progetto abbiano soddisfatto le vostre aspettative?

Il progetto, che dovrebbe concludersi a giugno 2015, ha già raggiunto molti dei suoi obiettivi. Abbiamo dimostrato l’uso degli aptametri come molecole recettori per i patogeni batterici nell’Eva-sensor, il che ha come risultato una rilevazione veloce e facile del patogeno (in attesa di brevetto). Allo stesso tempo, le tecnologie di biosensore microacustico a risonanza si stanno già avvicinando alla sensibilità necessaria per poter rilevare il legame di un solo microorganismo, che è il limite di rilevazione finale, mentre il sensore a cristalli liquidi sta preparando il terreno per un metodo di rilevazione estremamente semplice ed economico, mediante ispezione visiva (senza bisogno di strumenti!) o optoelettronica con lettori miniaturizzati o persino videocamere dei telefoni cellulari. I risonatori microacustici sono già stati pubblicati in varie riviste sottoposte a revisione paritaria, mentre è stato presentato un brevetto per proteggere la tecnologia del sensore a cristalli liquidi.

Quindi dal punto di vista dello sviluppo di un bio-sensore tecnologico, il progetto ha già ampiamente superato le aspettative dei partecipanti.

Quando pensate che i pazienti e gli operatori sanitari potranno cominciare a usare le vostre scoperte?

I benefici per la società dipenderanno in gran parte dal tradizionalismo del settore sanitario. Sarà difficilissimo anche per il nostro prodotto finito, Eva-sensor, avere un impatto significativo nei prossimi due anni, anche se Davos Diagnostics, durante – e in un certo senso grazie a – questo progetto ha ottenuto la certificazione ISO. Nel lungo termine (da tre a cinque anni), prevediamo che l’Eva-sensor si diffonda negli ospedali, permettendo una rilevazione più veloce e più facile di un gran numero di patogeni e di altri obiettivi biologici. Il futuro dei sensori a cristalli liqiudi e micro-risonatori dipende dai partner industriali che il consorzio riuscirà a coinvolgere nello sviluppo di queste tecnologie.

Per ulteriori informazioni, visitare:

RAPTADIAG
http://www.raptadiag.eu/