Per la ricerca sul nuovo coronavirus il San Raffaele mette in campo l’unico laboratorio ad alta biosicurezza per animali in Italia con imaging in vivo e sequencing a singole cellule

La pandemia da nuovo coronavirus ha raggiunto oltre 180 Paesi e provocato quasi 100.000 morti nel giro di pochi mesi.

Mentre i governi cercano di limitare il contagio intervenendo sulla vita pubblica dei loro cittadini, il mondo scientifico internazionale sta dispiegando tutte le armi a sua disposizione – economiche, tecnologiche e intellettuali – per comprendere meglio il virus e sviluppare il prima possibile terapie e vaccini efficaci.

 

Ospedale San Raffaele: tre risorse uniche contro il coronavirus

In questa corsa contro il tempo altamente competitiva, l’IRCCS Ospedale San Raffaele – parte del Gruppo SanDonato – ha deciso di mettere in campo tre risorse che lo rendono unico nel panorama internazionale: un laboratorio ad alta biosicurezza di livello P3 per lo studio di modelli animali;  tecnologie d’avanguardia come la microscopia intravitale, che permette di visualizzare in tempo reale l’interazione dinamica del virus con le cellule dell’ospite e il sequenziamento a singole cellule, che permette di vedere come le singole cellule dell’ospite cambiano durante e dopo il loro incontro con il virus. 

Si tratta di piattaforme tecnologiche solitamente impiegate per studiare i virus dell’epatite B e i virus di alcune febbri emorragiche dai gruppi di ricerca di Luca Guidotti, vice-direttore scientifico del San Raffaele e docente ordinario di patologia generale presso l’Università Vita-Salute San Raffaele, e Matteo Iannacone, responsabile dell’unità Dinamica delle Risposte Immunitarie dello stesso istituto. 

I lavori per riconfigurare gli spazi del laboratorio di biosicurezza e l’acquisto delle tecnologie necessarie saranno possibili grazie al sostegno del gruppo Same Deutz Fahr – tra i più grandi produttori di trattori agricoli al mondo – che ha donato 700.000 euro all’ambizioso progetto di ricerca, e al contributo della Fondazione Prossimo Mio e altri donatori privati.

 

Riprendere da dove si era lasciato

Quando a fine 2002 scoppiò l’epidemia della SARS, causata da un coronavirus simile a quello oggi responsabile di COVID-19, i massimi esperti USA di questa classe di virus –  a capo di tre laboratori dislocati in North Carolina, Iowa e Tennessee – si misero subito al lavoro per lo studio del patogeno e per lo sviluppo di nuove terapie. Tra i primi obiettivi raggiunti da questi ricercatori ci fu l’ingegnerizzazione di un modello animale della malattia. 

Sia il primo coronavirus responsabile della SARS che l’attuale SARS-Cov-2 penetrano le cellule umane attraverso un recettore (chiamato ACE2), espresso a livello dei polmoni e di altri organi e tessuti. 

I topi hanno un recettore simile al nostro per più del 99%: quello zero virgola di differenza in percentuale è sufficiente però a rendere i topi relativamente resistenti a questi coronovirus umani. 

Ecco perché per avere un modello animale della SARS i ricercatori americani ingegnerizzarono il topo per far esprimere alle sue cellule il recettore umano in aggiunta a quello endogeno.

La fine dell’epidemia nel 2003 portò però anche all’arresto di buona parte della ricerca sul virus e il ceppo di questo modello animale venne messo in crioconservazione presso il Jackson Laboratory nel Maine. 

 

La ricerca sul nuovo coronavirus

Con lo scoppio della pandemia da COVID-19 il Jackson Laboratory ha riattivato la linea, che oggi costituisce una prima risorsa per sconfiggere SARS-Cov-2. 

“Quando un virus entra nell’organismo penetra nelle cellule di molti tessuti diversi, tutti quelli cioè che esprimono i recettori ‘giusti’. Possiamo pensarli come serrature per cui quel particolare virus ha la chiave - spiega Luca Guidotti -. 

Ecco perché le conseguenze sistemiche di un’infezione virale – che risultano dalla disfunzione di tanti tessuti e dalla risposta del sistema immunitario – non possono essere riprodotte in una piastra da laboratorio: occorre la complessità di un organismo intero per poterle studiare. 

Inoltre - prosegue l’esperto - è probabile che i topi ingegnerizzati originariamente per studiare la SARS non siano del tutto adatti a studiare l’infezione da SARS-Cov-2 ed è per questo che siamo già partiti a creare un nuovo modello dove useremo forbici molecolari basate sul sistema CRISPR–Cas9 per modificare selettivamente l’ACE2 del topo per farlo diventare identico a quello umano”.

Fare ricerca su patogeni pericolosi come il nuovo coronavirus in modelli animali non è però un compito semplice: occorre un laboratorio speciale in grado di garantire la sicurezza dei ricercatori e impedire la fuoriuscita del virus nell’ambiente.

 

Laboratori di contenimento con strumenti di imaging e sequencing avanzati

L’Ospedale San Raffaele dispone dell’unico laboratorio di biosicurezza P3 in Italia e nel mondo dove lo studio in vivo di infezioni come quella da SARS-Cov-2 può essere effettuato tramite tecnologie avanzate di imaging e sequencing.

Si tratta di uno spazio in cui ogni cosa che entra ed esce dal laboratorio viene sterilizzata all’interno di speciali autoclavi e in cui la pressione interna è più bassa di quella ambientale (in modo da garantire che non ci siano fuoriuscite di aria). Nel caso di laboratori di biosicurezza per lo studio di animali, le regolamentazioni sono ancora più stringenti e i costi più elevati rispetto a laboratori P3 che utilizzano colture cellulari.

“Studiare le malattie infettive in modelli animali è molto complesso e pericoloso. Il rischio di contagio per i ricercatori è maggiore e per questo servono molte risorse e una grande esperienza” spiega Guidotti. 

Un’esperienza che il suo gruppo di ricerca, insieme a quello del suo ex allievo e ora collaboratore Matteo Iannacone, ha costruito in decenni di lavoro studiando virus diversi da SARS-Cov-2, ma ugualmente pericolosi, come il virus dell’epatite B e i virus delle febbri emorragiche. 

Grazie al sostegno di diverse realtà italiane senza le quali tutto questo non sarebbe possibile – come il gruppo Same Deutz Fahr – il San Raffaele sta riorganizzando parte degli spazi del laboratorio P3 e sta acquistando le tecnologie necessarie. 

“Il nostro obiettivo è mettere al servizio della lotta internazionale contro il coronavirus uno spazio e tecnologie uniche al mondo” spiegano Guidotti e Iannacone.

Attraverso questi strumenti è infatti possibile osservare in tempo reale e con una risoluzione altissima la battaglia tra le cellule sistema immunitario e il virus che si riproduce nei tessuti dell’organismo. Uno scenario di straordinaria complessità che varia per ogni malattia infettiva e la cui osservazione spesso nasconde il segreto per lo sviluppo di nuove terapie e vaccini. 

“Così è stato nel caso dell’epatite B e così speriamo sia anche per questo e i nuovi coronavirus che emergeranno in futuro - commentano gli esperti -.

L’obiettivo non è infatti solo sconfiggere SARS-Cov-2 e superare questa crisi, ma anche prepararsi alla prossima. Per evitare che riaccada quello che è successo con la SARS nel 2003. Non potevamo permettercelo allora, tanto meno possiamo permettercelo oggi”.