di Silvia Priori, Università di Pavia e Istituti Clinici Scientifici Maugeri IRCCS. Slide utilizzate nella lecture del ciclo "La medicina di precisione: opportunità terapeutiche e responsabilità pubblica", tenuta in Fondazione Giannino Bassetti a maggio 2018. Qui report e video: https://www.fondazionebassetti.org/it/focus/2018/08/la_medicina_di_precisione_in_c.html

1. Silvia G Priori, MD,PhD
Professore ordinario di Cardiologia
Dipartimento di Medicina Molecolare -Università di Pavia
Istituti Clinici Scientifici Maugeri, IRCCS Pavia
e
Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC)
Madrid

2. Dicembre 18 2015
Investimento di 200 milioni
sulla medicina di precisione

3. Cos’è la medicina di basata sulla
evidenza?
• E’ l’approccio
metodologico basato sul
concetto che tramite
l’osservazione di un
ampio numero di pazienti
possiamo derivare una
risposta “media” ad un
intervento che si suppone
possa ripetersi nella
maggior parte dei
pazienti.

4. Cos’è la medicina di precisione?
• E’ l’approccio clinico
basato sulla
identificazione delle
diversità di risposta
clinica dei pazienti e
dalla personalizzazione
del trattamento. Si
avvale di informazioni
genetiche e genomiche.

5. Le malattie genetiche del ritmo cardiaco
• Sono malattie caratterizzate da un difetto
genetico ( mutazione del DNA) che altera
proteine fondamentali per la funzione del
cuore provocando arresto cardiaco in
soggetti apparentemente sani.
• La medicina di precisione sta
profondamente modificando la cura di
queste patologie grazie ai potenti
avanzamenti delle conoscenze molecolari
sulle cause di queste malattie.

6. Bovolenta, 2012
Morosini 2013
Astori 2018

7. Esempio 1: La sindrome del QT
lungo

8. 1957: la prima descrizione
I pazienti muoiono di arresto cardiaco durante stress o emozioni

9. ECG con QT LUNGO
Arresto cardiaco che
termina spontaneamente

10. Gli albori della terapia: blocco chirurgico
o farmacologico della innervazione

11. La rivoluzione molecolare

12. Il prolungamento del QT ha una “forma”
diversa a seconda del gene implicato
Chromosome 3Chromosome 7Chromosome 11

13. Exercise
Emotion
Sleep, rest
LQT1
(n=358)
LQT2
(n=177)
LQT3
(n=43)
53%
68%
28%
4%
15%
51%
34%
19%
28%
100
80
60
40
20
0
Percentoftriggers
I fattori scatenanti le aritmie
dipendono dal gene implicato

14. Age (years)
403020100
CumulativeSurvival(%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
LQT1:
LQT2:
LQT3:
Genotype
p=0.007
Il difetto genetico influenza la sopravvivenza:
Quindi I pazienti hanno un rischio di morte
diverso a seconda del difetto genetico.
Primo passo importante verso la medicina
personalizzata
Priori SG et al NEJM 2003
LQT1
LQT2
LQT3

15. 15 anni dopo questo primo passo
abbiamo compiuto un altro balzo in avanti
Mazzanti et al JACC 2018 in press
1710 pazienti
Seguiti per 7 anni

16. Mazzanti et al JACC 2018 in press

17. Priori et al. JAMA 2004
20151050
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Follow up (years)
Cardiaceventfreesurvival
LQT1
LQT2
p<0.0001
LQT3
Le mutazioni della variante LQT3 sono difetti del gene che codifica per il canale
che regola il canale che porta sodio all’interno delle cellule cardiache

19. Le mutazioni che portano nella cellula troppo sodio
generano oscillazioni che prolungano il QT
Normal Late INa
Sodium Current (INa)
nA
Late
Peak
0
Augmented Late INa
(delayed or incomplete inactivation)
Late
Peak
0

20. Priori et al. Circulation Research. 1996
Nel 1996 abbiamo ipotizzato e dimostrato in un modello cellulare
che replicava la sindrome del QT lungo di tipo 3 potevamo normalizzare
l’alterato prolungamento del potenziale d’azione della cellula somministrando
un farmaco in grado di bloccare i canali del sodio
A= Control
B= C= Mexiletine
A0A
A= Resting APD
B= Anthopleurin
C= Mexiletine

21. From Guinea Pigs to
human studies
Before
QTc 480ms
After
QTc 420ms
QTc 570ms QTc 493ms
QTc 455msQTc 506ms
R1626P
P1332L
P1332L

22. Mazzanti et al JACC 2016
Baseline ECG First “ECG on Therapy”

23. Mazzanti et al JACC 2016
Figure 4C
p = 0.031
Figure 4A
95% CI 0-9
95% CI 7-37
% Patients with arrhythmias
p = 0.027
Figure 4B
0.03±0.03
0.43±0.17
Arrhythmic events/patient

24. Esempio 2: La CPVTEsempio 2: La CPVT
•I giovani pazienti sviluppano aritmie gravi durante sforzo e/o
emozione.
•L’elettrocardiogramma è normale.
•La malattia è causata da due geni ( RyR2 e CASQ2) che
controllano i flussi di calcio nella cellula cardiaca.
•La mortalità è del 30% entro 40 anni in assenza di terapia
•La prevalenza è 1:10.000
•Le terapie esistenti non sono sufficienti a prevenire la mortalità

25. Aritmie tipiche della CPVT
• Aritmia sviluppata da una paziente durante
attività fisica

26. E’ possibile “riparare “ i geni malati?

27. Cosa è la terapia genica?
La terapia genica si basa sulla
somministrazione di acidi nucleici (DNA
or RNA) per riparare il difetto genetico.
Gli acidi nucleici vengono portati nella
cellula da vettori virali.
La scelta del virus è estremamente
delicata

28. 1) Scelta del virus:
Virus Adeno Associato, Sierotipo 9
2) ideazione di una strategia terapeutica:
quale acido nucleico? quanto? dove?
3) Limitazione effetti collaterali
4) Durata dell’effetto

29. • Quando conosciamo I meccanismi
molecolari della malattia
• Quando abbiamo creato un modello
geneticamente modificato della malattia che
replica le manifestazioni cliniche del
paziente
• Quando abbiamo degli indicatori di efficacia
terapeutica.
Quando possiamo sviluppare
una terapia genica per una malattia?

30. Cos’è la CPVT?
• Una malattia ereditaria del cuore che
causa arresto cardiaco (Tachicardia
Catecolaminergica Polimorfa)
• Durante stress fisico o psicologico i
pazienti sviluppano arresto cardiaco
• La diagnosi è difficile perchè l’ECG è
normale e spesso le aritmie avvengono
in soggetti apparentemente sani.

31. 52 sec
Un modello animale che replica la malattia umana

32. Nella CPVT gene che produce la proteina
calsequestrina non funziona e provoca
aritmie
Abbiamo pensato di
aggiungere un gene sano in
un virus e verificare se era in
grado di correggere la
carenza di proteina
Bongianino & Priori 2015

33. VIRUS AAV9 che contiene DNA CASQ2
1. Preparazione del costrutto:
2. Produzione e Purificazione del virus che contiene il DNA CASQ2
3. STUDIO IN : A. TOPI NEONATI PER PREVENIRE LA MALATTIA
B. TOPI ADULTI PER CORREGGERE LA MALATTIA

34. DOV’ E’ LA PROTEINA PRODOTTA DAL VIRUS?
MERGE
1. ImmunoFluorescenza

35. MICROSCOPIA ELETTRONICA
0.1 mm
TOPO SANO TOPO MALATO TOPO CURATO

36. Liu et al., Circ Res, 2013
La terapia genica normalizza i flussi di calcio nelle cellule

37. 1. In vivo ECG
2. Percentage of Arrhythmias
Epinephrine 2mg/Kg: CASQ2R33Q/R33Qinf
Epinephrine 2mg/Kg: CASQ2R33Q/R33Q

38. I primi passi si sono mossi ed una
azienda americana sta cercando
di portare al primo trial clinico
la terapia genica per la CPVT

40. Le basi sperimentali per
una terapia genica in
uteroRecentemente si sono utilizzati embrioni umani donati
per la ricerca per dimostrare che quando le cellule si
replicano è possibile usare un metodo chiamato “gene
editing” per correggere il difetto molecolare presente.
Questo approccio è stato provato con successo su
embrioni affetti da una ,malattia genetica del cuore
chiamata Cardiomiopatia Ipertrofica.

41. Dove ci sta conducendo la medicina di
precisione?
• E’ stato dimostrato in un trial clinico umano che la
terapia genica cardiacanon produce effetti collaterali
• Lo sviluppo di uno studio clinico per valutare l’efficacia
diuna terapia genica per correggere le conseguenze
del difetto genetico della CPVT sta facendo progressi.
• Il primo studio in vitro per valutare il gene editing nel
cuore di embrioni umani ha avuto successo (Nature
2017, 548, 413–419)
• La medicina di precisione sta radicalmente cambiando
il nostro modo di intendere la medicina

42. Lab. Cardiologia Molecolare
Fondazione Salvatore Maugeri –
Pavia
CNIC - Madrid
Marco Denegri
Rossana Bongianino Yanfei Ruan
Demetrio Julian Santiago

43. We acknowledge the support of the following
funding bodies:
Advanced Grant EU 669387 - EU-rhythmy