PRESENTAZIONE

Il Corso si propone di presentare i molteplici aspetti molecolari, metodologici e applicativi che hanno caratterizzato  la terapia genica ed il suo impiego in applicazioni cliniche correnti. Si esamineranno i fondamenti biologici, le caratteristiche morfologiche, genetiche e di  integrazione dei vettori virali correntemente utilizzati e si esamineranno le ragioni dei vantaggi e degli svantaggi delle applicazioni terapeutiche ad oggi effettuate, ivi incluse alcune applicazioni non virali e di genome-editing, valutandone le prospettive di applicazione attuali e future e le relative implicazioni per la salute umana.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Fare acquisire agli studenti una conoscenza dettagliata dei sistemi di trasferimento genico attualmente in uso in terapia e le modalità con cui si è pervenuti al loro impiego, correlandoli con le conoscenze di fisiologia, biologia molecolare ed ingegneria genetica; fare acquisire una visione delle future possibilità di applicazione della terapia genica alla luce delle conoscenze attuali delle patologie monogeniche di maggiore incidenza.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine del corso gli studenti dovranno conoscere:

a) principi di applicazione, metodologie e requisiti tecnici per la preparazione di prodotti per terapia genica;

b) caratteristiche biologiche, morfologiche, genetiche e funzionali dei vettori virali e non-virali impiegati in terapie avanzate;

c) i concetti di base degli approcci di genome-editing.

Gli studenti dovranno anche saper comparare vantaggi, svantaggi, rischi e prospettive di sviluppo per il miglioramento alla salute umana delle applicazioni terapeutiche ad oggi in essere e di eventuali esempi presentati a lezione, anche in rapporto alle terapie di riferimento, supportando criticamente le proprie osservazioni ed utilizzando una terminologia ed un linguaggio scientifico appropriati.

Nel Corso gli studenti avranno modo di implementare le proprie competenze alfabetico-funzionali avanzate, sviluppando la comprensione delle informazioni scritte in altra lingua diversa da quella madre, raccogliendo informazioni scientifiche additive dalla letteratura a contorno del soggetto della presentazione, elaborando le informazioni ricavate ed esprimendo le proprie argomentazioni in modo convincente ed appropriato. 

PREREQUISITI

Ai fini della completa comprensione degli argomenti trattati nel corso sono da considerarsi particolarmente utili  - ancorchè non mandatorie - conoscenze di biologia molecolare e cellulare, di biochimica e di fisiologia.

MODALITA' DIDATTICHE

Il Corso si articola in 20 ore di lezione. Le ore di lezione si intendono come ore frontali durante le quali la materia è svolta mediante presentazioni tipo PowerPoint. Il docente renderà disponibile il materiale agli studenti in AulaWeb. Le discussioni col docente durante le lezioni sono incoraggiate. Durante il corso agli studenti viene richiesto di effettuare la presentazione in aula di una revisione critica sintetica di un articolo tratto da una rivista del settore, presentando in aula la propria valutazione sul lavoro scelto, comparandolo ad altre applicazioni precedenti o similari. Gli articoli verranno proposti dal docente ed assegnati durante la seconda metà del modulo. Si ricorda agli studenti che sia le lezioni, la presentazione fatta dallo studente che l’esame vengono svolti in lingua Inglese; tuttavia il materiale di studio  è disponibile sia in lingua Italiana che inglese.

Le competenze alfabetico-funzionali avanzate degli studenti saranno valutate durante attività basate sullo Studio di Casi e sulle conseguenti attività di Dibattito a seguito della presentazione di ciascuno studente; con un approccio di peer-evaluation ogni studente, inoltre, valuterà criticamente la presentazione degli altri partecipanti al corso. Se fattibile in termini numerici di iscritti al corso l'attività di dibattito e confronto potrà anche essere basata su una variazione della think-pair-share, in cui coppie di studenti presenteranno l'uno le positività e l'altro le negatività dello stesso caso scientifico allo studio.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell'Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi. sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento (Prof. Nicola Girtler; nicolagirtler@unige.it) all'inizio del corso per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell'insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

I clinical trials basati su approcci di Terapia Genica: principi, esigenze ed ottimizzazioni, distribuzione geografica, aspetti socio-economici e di sviluppo della tecnologia sanitaria; -Le basi applicative della terapia genica: principi essenziali e scelta del target terapeutico; criteri di applicabilità; -Esempi di applicazione della terapia genica: trattamento di patologie quali la sindrome da deficienza di Adenosina deaminasi (ADA), la sindrome da immunodeficienza multipla grave (SCID e X-SCID) e l’epidermolisi bollosa giunzionale (JEB): risultati delle terapie e complicazioni da esse derivate.

I vettori virali utilizzati in Terapia Genica: strutture, caratteristiche, impieghi, vantaggi e svantaggi.

Herpesviridae: -I virus della famiglia Herpesviridae: caratteristiche strutturali del capside, delle proteine della matrice e dell’envelope virale; -Struttura e caratteristiche funzionali del genoma virale: geni immediate-early (IE),early (E) e late (L); -Caratteristiche e funzioni delle proteine virali;-Il ciclo vitale degli Herpesviridae: ciclo litico e ciclo lisogenico; -Tropismo e specificità dei virioni; -Sistemi di packaging basati sull’impiego di virus helper; -Sistemi di packaging helper virus-free; -Inserimento di transgeni nel vettore virale HSV; -Ottimizzazione del vettore virale per sottotipi di cellule target: la funzione delle proteine gB e gD; -Sindbin Virus e Semliki Forest Viruses (SFV): loro impiego come vettori suicidi.

Adenoviridae: -Struttura del capside degli Adenoviridae; -Struttura e funzioni del genoma degli Adenoviridae; -Geni E1, E2, E3 ed E4; -ITR e regione psi (ψ); -Effetti degli Adenoviridae e proteine coinvolte nella protezione del virione ai danni dell’ospite; -Rischi associati all’uso dei vettori adenovirali in terapia genica; -Potenziamento dei vettori adenovirali mediante ingegnerizzazione delle proteine del capside (es. RGB); mediante attività promotore-specifica (promotori di tessuti tumorali); mediante “pro-drug enzymes”; mediante “vector-spread molecules”; mediante molecole anti-tumorali; -Studi pre-clinici: aspetti positivi e negativi dei risultati condotti su modelli murini; -Virus Adeno-associati (AAV): struttura del genoma virale e sua replica; -Esigenze della fase di packaging e del virus helper.

Retroviridae: -Struttura della famiglia dei Retroviridae: la particella virionica; -Struttura e forma del virione; forma integrata; -Struttura e caratteristiche rilevanti del genoma retrovirale; -I geni ed i prodotti proteici codificati dal genoma retrovirale; -Meccanismo di replica del genoma retrovirale: generazione e duplicazione delle LTR nella forma integrata. -Generazione di virus helper per linee di packaging di vettori retro virali: strategie e vantaggi; -Vettori con minigene in “doppia copia”; -Linee di packaging per vettori retro virali: caratteristiche e vantaggi e svantaggi; -Linee di packaging con virus helper bi- e tri-partiti; -Implementazione del tropismo virale dei Retroviridae: strategie utilizzate; -Proteine accessorie dei Lentiviridae e comparazione con i Retroviridae: struttura, codifica e funzioni di Tet, Rev, Vif, Vpi, Vpx, Vpu e Nef; sequenze SMARs. -Ottimizzazione dei vettori lenti virali e problematiche connesse alle linee di packaging; -Efficacia dei vettori “self-inactivating” (SIN) e dei vettori Integrasi-mutati. -Metodi di recupero dei virioni LV: ultracentrifugazione, precipitazione con poli-lisina, cromatografia a scambio ionico; -Comparazione tra HSV, AV, AAV, Retrovirus e LV; -Utilizzo di LV per il trasferimento terapeutico di shRNA.

Approcci di Terapia Genica mediante vettori non-virali: -Trasferimento genico mediante vettori non-virali; -Sistemi di iniezione di DNA nudo mediante inoculo; jet-gas; gene gun, elettroporazione, sonoporazione, trasferimento idrodinamico, vettori chimici; -Esempi terapeutici: caratteristiche del tessuto bersaglio degli approcci di terapia genica mediante vettori non virali.

Frontiere dell’editing genomico: Caratteristiche del sistema CRISPR-Cas 9; scoperta e funzioni del locus CRISPR; ruolo delle proteie CAS; potenzialità del sistema CRISPR-Cas9 nel settore della Terapia Genica.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

M. Giacca (2011) - Terapia Genica. Springer Biomed Ed.

A.J. Dunn - Elementi di virologia molecolare. CEA Ed.

B. Alberts et al. - Biologia molecolare della cellula. Zanichelli Ed.

J.D. Watson et al. - DNA Ricombinante. Zanichelli Ed.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

PAOLO GIANNONI (Presidente)

RODOLFO QUARTO

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Le lezioni si svolgeranno nel secondo semestre; inizieranno come da calendario ed orario predisposti dalla competente Segreteria Didattica.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Prima dell’esame finale gli studenti sono invitati - se lo desiderano - a presentare al docente ed agli altri studenti presentazione in Power-point in cui espone i risultati scientifici di una pubblicazione inerente agli argomenti dell’Insegnamento, in particolar modo lavori che descrivano tentativi di applicazioni pratiche nel settore medico delle tecnologie presentate a lezione. La presentazione deve riassumere la problematica trattata in maniera critica, sia per quanto riguarda la parte metodologica che di risultati, e viene poi discussa collegialmente tra docente e studenti. La presentazione non è comunque obbligatoria ai fini della valutazione.

La valutazione degli studenti viene svolta mediante esame orale, della durata media di 30 minuti, secondo il calendario e l’orario proposto dalla Segereteria Didattica o secondo quanto concordato col docente.

Tale esame, così come l'eventuale presentazione preparata dagli studenti, potrà essere condotta in remoto mediante connessioni di rete preventivamente concordate tra docente e studenti, se necessario.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Agli studenti verranno poste domande di difficoltà crescente che verteranno sugli argomenti svolti del corso, con particolare riferimento ai meccanismi funzionali e molecolari che diversi vettori virali e non virali impiegano per consentire il traferimento e l’espressione dei geni terapeutici. Si valuterà:

a) la correttezza della risposta;

b) la capacità di inquadrare l’argomento in un contesto più ampio;

c) la capacità di correlazione con altri argomenti;

d) l’appropriatezza del linguaggio;

e) la capacità critica; questa, in particolare, verrà considerata anche in confronto – se svolta - alla presentazione effettuata dagli studenti relativamente ad un articolo scientifico scelto tra quelli forniti dal docente e recuperati dalla letteratura più recente.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Gli articoli per le eventuali presentazioni in aula degli studenti, nonchè le chiavi di accesso controllato al materiale del corso, verranno forniti dal docente durante le lezioni.