“Applicazione della spettrometria di massa nelle modalità della “tandem mass spectrometry” (MS/MS) e della “high resolution mass spectrometry” (HRMS) per l’individuazione a livello molecolare di specifici pattern farmaco e tossico-metabolici e di biomarker di effetto farmacologico. Valutazione dell’impiego di tale tecnologia alla personalizzazione della terapia, in rapporto anche all’assetto farmacogenomico. Studio di fattibilità in vista della razionalizzazione della spesa..

Starting date
January 16, 2017
Duration (months)
24
Departments
Diagnostics and Public Health
Managers or local contacts
Tagliaro Franco
Keyword
Spettromatria di massa, farmacocinetica, farmacodinamica, metabolismo, aspirina, statine, COX-1 piastrinica, malondialdeide, F2-isoprostano, 11 dehydro TX B2, 2-3dinor6keto PGF1 alfa, proteine carbonilate.

Scopo: il presente progetto di ricerca mira alla verifica della possibilità dell’applicazione estensiva della moderna spettrometria di massa ai fini della personalizzazione della terapia farmacologica sulla base delle caratteristiche fenotipiche (farmacocinetiche e farmacodinamiche) del paziente e sulla scorta della sua genotipizzazione. Tale strategia, di evidente importanza nei pazienti critici sia per massimizzare gli effetti terapeutici del farmaco in relazione alle caratteristiche individuali del soggetto sia per minimizzare la sua tossicità, nel caso di farmaci ad elevato impatto sulla spesa sanitaria, comporterebbe anche una razionalizzazione in termini farmaco-economici.
Background: La spettrometria di massa (MS), in genere accoppiata a tecniche di separazione molecolare, è la tecnologia analitica di eccellenza per l’analisi di composti, anche in traccia, in miscele complesse quali i tessuti e fluidi biologici. Negli anni recenti questa tecnologia analitica si è affermata anche in ambito biomedico, soprattutto negli schemi della “tandem MS” (o MS-MS o MSn) e della High Resultion Mass Spectrometry (HRMS) che rappresentano approcci analitici complementari, l’uno mirato all’analisi quantitativa ad elevatissima sensibilità e specificità, l’altro al riconoscimento e alla delucidazione molecolare in ampio spettro di masse. La tecnologia della MS nelle sue forme per frammentazione (tandem MS) che HRMS è già estesamente impiegata nella proteomica, nella metabolomica e dell’analitica farmaceutica, ma ad oggi è stata assai inspiegabilmente trascurata nell’ottica nella valutazione dei parametri fenotipici, sia farmacocinetici che farmacodinamici, che sono essenziali per una personalizzazione della terapia, ove invece potrebbe trovare un ruolo fondamentale. Infatti, la risposta individuale al trattamento farmacologico si basa, come è noto, sull’assetto genetico del soggetto, oggi indagabile con i moderni strumenti della farmacogenomica, ma assai più direttamente con le caratteristiche fenotipiche dello stesso (metaboliche, recettoriali, dei meccanismi d’azione ecc.) che condizionano la farmacocinetica, la farmacodinamica, la tossicità, ed in sostanza la risposta al trattamento farmacologico. Gran parte di tali aspetti possono essere affrontati applicando i più moderni strumenti della spettrometria di massa accoppiata a tecniche avanzate di separazione molecolare, che rappresentano il nucleo tecnologico della presente proposta.
Articolazione del progetto: la proposta si articola in quattro work packages (WP) che procederanno in maniera integrata per una durata progetto biennale, impiegando complessivamente 70 mesi uomo. Il progetto è organizzato su quattro work pakages (WP) seguiti dalle quattro unità di ricerca, dei quali il WP 1 fungerà da core analitico per le altre unità. Presso questa unità saranno applicati sofisticati metodi analitici impieganti la più avanzata tecnologia di separazione molecolare accoppiata alla tandem MS e alla HRMS. Tale tecnologia, caratterizzata da grande versatilità di applicazione, sarà impiegata per la determinazione non equivoca di farmaci, metaboliti, molecole effettrici e biomarkers. Il programma precede dunque la verifica delle potenzialità analitiche del descritto approccio nella ottimizzazione della terapia mediante la sua applicazione in studi clinici di seguito descritti:
L’Unità di Ricerca 2 (WP.2) (coordinatore, Dr. Martinelli) procederà alla individuazione di specifici pattern molecolari farmaco-metabolici della terapia con statine in un contesto di prevenzione cardiovascolare secondaria e loro correlazione con profili genetici, fenotipi intermedi ed outcomes clinici.
L’unità di Ricerca 3 (WP.3) (coordinatore, Prof. Lupo) si occuperà all’individuazione di biomarcatori di danno ossidativo e disfunzione mitocondriale in soggetti con insufficienza renale cronica attraverso la validazione di un pregresso studio transcrittomico: ricerca di un valido strumento per personalizzare la terapia medica e dialitica anti-ossidante.
L’unità di Ricerca 4 (WP.4) (coordinatore, Dr. Fava) valuterà l’efficacia dell’azione dei farmaci antipiastrinici. Elaborazione di nuovi test farmacodinamici indirizzati al bersaglio molecolare mediante spettrometria di massa e loro applicazione nella prevenzione cardiovascolare primaria e secondaria.
Le varie unità di ricerca manterrano uno stretto collegamento per coordinare l’esecuzione degli studi con l’avanzamento delle fasi analitiche, che prevedono sia messa a punto e validazione di metodi, sia l’acquisto, l’istallazione e la messa in opera di nuova strumentazione.
Conduzione e conclusione dello studio: per quanto riguarda i protocolli degli studi clinici, si fa rimanda alle descrizioni dettagliate degli stessi nelle sezioni rispettive. In ogni caso, campioni biologici dei pazienti inseriti nei WP.2-4 saranno analizzati dall’unità di ricerca 1, per la ricerca di farmaci e metaboliti, vale a dire molecole di massa medio-bassa e di molecole effettrici e biomarkers, vale a dire biopolimeri complessi. Analiti di interesse ultra specifico per i singoli studi saranno determinati direttamente entro le rispettive unità di ricerca, qualora questo sia funzionale all’economia del progetto. Le strategie analitiche saranno dunque adattate alle necessità di sensibilità e specificità dei differenti analiti. Tentativamente i composti da determinare saranno:
- farmaci: aspirina e metaboliti, statine e metaboliti
- effettori: COX-1 piastrinica acetilata
- biomarkers: malondialdeide, F2-isoprostano, 11 dehydro TX B2, 2-3dinor6keto PGF1 alfa, proteine carbonilate.
Nella fase conclusiva del progetto stesso i risultati analitici relativi alle determinazioni di farmaci e metaboliti, molecole effettrici e biomarkers negli studi di cui sopra saranno correlati alla risposta clinica e, ove disponibile, all’assetto genetico, mediante i metodi statistici sofisticati.
Il risultato finale sarà dunque la verifica dell’ipotesi che una delucidazione molecolare degli aspetti fenotipici del paziente in trattamento farmacologico, associata ad una caratterizzazione genotipica, possa fornire le basi per una “personalizzazione” dei trattamenti farmacologici con prevedibile massimizzazione degli effetti terapeutici e minimizzazione della tossicità, soprattutto in pazienti critici. Questo inoltre, nel caso di terapie di costo elevato, avrebbe anche ricadute importanti sulla riduzione della spesa sanitaria.
 

Project participants

Franco Tagliaro
Full Professor
Research areas involved in the project
Toxicology

Activities

Research facilities