La dipendenza da qualsiasi droga - che si tratti di alcol, tabacco, oppioidi o droghe illecite, come la cocaina - è una malattia cronica che provoca un comportamento compulsivo alla ricerca di droghe che gli individui trovano difficile o impossibile da controllare anche quando sono consapevoli delle conseguenze dannose, spesso mortali .
L'uso a lungo termine modifica la struttura delle regioni cerebrali legate al giudizio, allo stress, al processo decisionale e al comportamento, rendendo sempre più difficile ignorare la voglia di droga.
Sono un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Ming Xu all'Università di Chicago, dove studiamo dipendenza, con l'obiettivo di trovare una cura efficace. In un articolo su Nature Biomedical Engineering, descriviamo un nuovo approccio, che abbiamo sviluppato e testato, che blocca la ricerca di cocaina nei topi e li protegge effettivamente da alte dosi che altrimenti sarebbero mortali.
In che modo la terapia genica può fermare la dipendenza?
Presente nel fegato e nel sangue umani è un enzima naturale chiamato butirrilcolinesterasi, che abbreviamo come BChE. Uno dei compiti di questo enzima è quello di scomporre o metabolizzare la cocaina in componenti inattivi e innocui. In effetti, esiste persino un BChE umano mutante (hBChE), che è stato geneticamente progettato per accelerare notevolmente il metabolismo della cocaina. Questo enzima super mutante dovrebbe diventare una terapia per il trattamento della dipendenza da cocaina. Tuttavia, fornire l'enzima attivo ai tossicodipendenti per iniezione e mantenere questo enzima funzionante negli animali vivi è una sfida.
Quindi, invece di dare l'enzima agli animali, abbiamo deciso di progettare cellule staminali della pelle che trasportavano il gene per l'enzima BChE. In questo modo le cellule della pelle sarebbero in grado di fabbricare l'enzima stesso e fornire all'animale.
Nel nostro studio, abbiamo prima utilizzato la tecnica di modifica genica CRISPR per modificare le cellule staminali della pelle del topo e incorporare il gene hBChE. Queste cellule della pelle ingegnerizzate hanno prodotto livelli elevati e costanti della proteina hBChE, che hanno poi secreto. Quindi abbiamo coltivato queste cellule staminali ingegnerizzate in laboratorio e abbiamo creato uno strato piatto di tessuto simile alla pelle che ha impiegato alcuni giorni per crescere.
Una volta che la pelle cresciuta in laboratorio era completa, l'abbiamo trapiantata in animali ospiti dove le cellule rilasciavano quantità significative di hBChE nel sangue per più di 10 settimane.
Con l'innesto cutaneo geneticamente modificato che rilascia hBChE nel flusso sanguigno dei topi ospiti, abbiamo ipotizzato che se il topo avesse consumato cocaina, l'enzima avrebbe rapidamente ridotto il farmaco prima che potesse innescare la seccante reazione di piacere nel cervello.
"Immunizzare" contro la cocaina
La cocaina agisce aumentando i livelli di dopamina nel cervello che si traducono in sentimenti di ricompensa ed euforia, che innescano il desiderio di più del farmaco.
Gli animali che hanno ricevuto l'innesto cutaneo ingegnerizzato sono stati in grado di eliminare le quantità iniettate di cocaina più velocemente rispetto agli animali di controllo. Il loro cervello aveva anche livelli più bassi di dopamina.
Inoltre, gli innesti cutanei di cellule produttrici di hBChE possono ridurre efficacemente il tasso di overdose letali dal 50% a zero quando agli animali viene iniettata una dose elevata, potenzialmente letale, di cocaina. Quando gli animali hanno ricevuto una dose letale, tutti gli animali di controllo sono morti mentre nessuno degli animali che hanno ricevuto la pelle ingegnerizzata è morto. Era come se l'enzima prodotto dall'innesto cutaneo avesse immunizzato i topi contro un sovradosaggio di cocaina.
Abbiamo quindi valutato se le cellule produttrici di hBChE possano proteggere dallo sviluppo della ricerca di cocaina. Abbiamo usato topi che sono stati addestrati per rivelare la loro preferenza per la cocaina trascorrendo più tempo in un ambiente ricco di cocaina. Con le stesse procedure di dosaggio e addestramento, gli animali normali hanno acquisito la preferenza per la cocaina, mentre gli animali ospiti con l'innesto cutaneo non hanno mostrato tale preferenza, indicando che l'innesto cutaneo delle cellule hBChE blocca efficacemente l'effetto di ricompensa indotto dalla cocaina. Allo stesso modo, l'hBChE derivato dalla pelle interrompe in modo efficace e specifico l'interruzione della ricerca di cocaina dopo 25 giorni di sospensione.
Per verificare se questo approccio alla terapia genica funzionerà negli esseri umani, abbiamo coltivato tessuti simili alla pelle umana da cellule staminali primarie che sono state geneticamente modificate dal CRISPR per consentire la produzione di hBChE.
Siamo stati incoraggiati a vedere che le cellule epidermiche umane ingegnerizzate producevano grandi quantità di hBChE nelle cellule coltivate in laboratorio e nei topi. Ciò suggerisce che il concetto di terapia genica cutanea potrebbe essere efficace per il trattamento dell'abuso di cocaina e del sovradosaggio nell'uomo in futuro.
Adattare questo approccio per l'uomo potrebbe essere un modo promettente per bloccare la dipendenza. Ma prima dobbiamo avere prove sufficienti che funzioni bene con pochi effetti collaterali. Allo stesso modo, ingegnerizzare le cellule della pelle con gli enzimi che degradano l'alcool e la nicotina potrebbe essere una strategia efficace per frenare la dipendenza e l'abuso di questi due farmaci.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Qingyao Kong, ricercatrice post dottorato presso il Dipartimento di Anestesia e terapia intensiva, Università di Chicago
