La Divisione di Farmacologia del DNSRO nasce dall’Istituto di Farmacologia fondato il 1 novembre del 1972 con l’istituzione del “nuovo” Policlinico della Federico II a Cappella Cangiani.

L’attività di ricerca della Divisione di Farmacologia è finalizzata ad approfondire il ruolo dei canali e dei trasportatori ionici degli ioni Ca2+, Na+, K+, H+ ed acquaporine nei meccanismi intracellulari di morte e protezione cellulare nell’ambito di malattie di interesse neuropsichiatrico, cardiovascolare ed oncologico ed allo sviluppo di molecole di interesse farmacologico che agiscano su tali bersagli recettoriali.

Il gruppo di ricerca lavora in ambiti scientifici che hanno radici nella farmacologia ma che abbracciano le aree della biologia molecolare e cellulare, della tossicologia, dell’elettrofisiologia, dello sviluppo di molecole di interesse farmacologico, e di modelli animali e cellulari delle suddette patologie.

La pluriennale esperienza nello studio dell’omeostasi ionica cellulare è testimoniata da numerose pubblicazioni e dalle collaborazioni internazionali con gruppi stranieri leader nel campo delle neuroscienze, biologia cellulare e molecolare e farmacologia.

Le patologie cui si rivolgono gli interessi specifici del gruppo di Farmacologia sono:

  • Ischemia cerebrale
  • Patologie del neurosviluppo, encefalopatie epilettiche
  • Parkinson Disease
  • Alzheimer Disease
  • Sclerosi laterale amiotrofica
  • Tumori del sistema nervoso centrale

 

LINEE DI RICERCA

L’attività di ricerca dei Ricercatori afferenti alla Divisione di Farmacologia è orientata allo studio dei meccanismi trascrizionali e trasduzionali coinvolti nella regolazione della proliferazione e della morte cellulare in modelli cellulari ed animali. Le linee di ricerca già svolte o in corso di svolgimento sono di seguito elencate:

  1. Fenomeni ionici coinvolti nello Stroke e meccanismi endogeni di neuroprotezione: Preconditioning e Postconditioning
  2. Fenomeni ionici coinvolti nella genesi di la Sclerosi Laterale Amiotrofica
  3. Fenomeni ionici coinvolti nella genesi della Malattia di Parkinson.
  4. Fenomeni ionici coinvolti nella genesi della Malattia di Alzheimer e nella maturazione proteolitica del precursore della beta-amiloide
  5. Determinazione delle basi genetiche di canalopatie con particolare riguardo alle Epilessie Ereditarie e all’iperplexia.
  6. Fenomeni ionici a carico dei mitocondri in linee cellulari continue ed in colture neuronali primarie riproducenti in vitro modelli di ischemia cerebrale e di malattie neurodegenerative
  7. Studio delle caratteristiche molecolari delle cellule staminali di melanoma e con particolare riferimento all’identificazione dei fattori responsabili della tumorigenicità, capacità a metastatizzare e resistenza al trattamento farmacologico.
  8. Ruolo dei canali del calcio di tipo T nel differenziamento e nella sopravvivenza cellulare
  9. Ruolo dello scambiatore Na+/Ca2+ nel fenomeno del differenziamento cellulare in cellule PC12 e caratterizzazione dei meccanismi trasduzionali coinvolti con particolare riferimento al ruolo della via ERK1/2 e PI-3K/AKT.
  10. Studio dei Determinanti Molecolari che Modulano l’Attività Trascrizionale del Gene ncx1 in Cellule di Neuroblastoma Umano SHSY-5Y.
  1. Ruolo del reticolo endoplasmico e del nucleo nell’omeostasi del Ca2+ intracellulare nei fenomeni di proliferazione e morte cellulare.
  2. Ruolo dei mitocondri nella regolazione dell’omeostasi del Ca2+ intracellulare nel processo di morte cellulare.
  3. Studio di fattori trascrizionali e trasduzionali coinvolti nella tossicità indotta da inquinanti ambientali.
  4. Ruolo di cellule staminali ingegnerizzate per promuovere fenomeni rigenerativi in corso di ischemia cerebrale

 

MODELLI SPERIMENTALI DISPONIBILI

Modelli in vivo di ischemia cerebrale

  • Occlusione permanente dell’arteria cerebrale media (pMCAO) in ratti e topi wild-type, transgenici e knockout. Questo modello permette di studiare l’effetto di farmaci in grado di modificare l’estensione del danno ischemico indotto dall’occlusione dell’arteria cerebrale media.
  • Occlusione transiente dell’arteria cerebrale media in ratti e topi wild-type, transgenici e knockout. A differenza del precedente modello di ischemia sperimentale, il modello di occlusione transitoria dell’arteria cerebrale media ha il vantaggio di riprodurre più fedelmente il modello di ischemia nell’uomo. In questo modello infatti, l’occlusione transitoria dell’arteria consente di studiare gli effetti dell’ischemia/riperfusione con conseguente stress ossidativo nella regione parenchimale infartuata. Pertanto questo modello è utile per lo studio di farmaci che svolgono un’azione di “scavenger”, che potrebbe essere di addizionale utilità terapeutica nella patologia ischemica cerebrale umana.

Modelli di ipossia su Colture organotipiche

  • Colture organotipiche di fettine ippocampali di ratti e topi wild-type, transgenici e knockout. E’ stato messo a punto un modello di anossia in vitro utilizzando le colture organotipiche di fettine ippocampali esposte a deprivazione di Ossigeno e Glucosio (OGD) con successiva riossigenazione. L’utilità di questo modello sperimentale consiste nel fatto che è possibile riprodurre in vitro l’organizzazione tissutale dell’area cerebrale in esame e di tenere in coltura tali fettine per circa tre settimane valutando le lesioni indotte dall’ischemia in aree selettive. Utilizzando questo modello è possibile valutare l’eventuale azione di farmaci dotati di potenziale azione neuroprotettiva nel trattamento dell’ischemia cerebrale.

Modelli di ipossia su colture primarie

  • Colture primarie di neuroni corticali, ippocampali e cerebellari di embrioni di ratti e topi wild- type, transfettati e non, transgenici e knockout esposte a deprivazione di ossigeno e glucosio seguita da riossigenazione. Questo modello sperimentale permette di studiare i meccanismi molecolari coinvolti nella patogenesi dell’ischemia cerebrale e di valutare

l’attività dei canali ionici utilizzando tecniche di elettrofisiologia e di quantizzare i livelli citosolici dello ione Ca2+, dell’NO e dei radicali liberi mediante tecniche di microfluorimetria su singola cellula. Queste tecniche consentono di monitorare nell’ordine di millisecondi le modificazioni nei livelli dei suddetti secondi messaggeri.

Animali transgenici disponibili presso lo Stabulario della Divisione di Farmacologia:

  • Topi Knock-Out per l’isoforma 3 dello scambiatore sodio/calcio NCX3
  • Topi Knock-Out per l’isoforma 2 dello scambiatore sodio/calcio NCX2
  • Topi Knock-Out per l’isoforma 2 dello scambiatore sodio/calcio potassio dipendente NCKX2
  • Topi transgenici condizionali iperesprimenti l’isoforma 1.4 dello scambiatore sodio/calcio
  • Topi transgenici condizionali Knock-out per l’isoforma 1 dello scambiatore sodio/calcio
  • Topi Knock-Out per il canale del calcio voltaggio-dipendente di tipo T Cav 3.1
  • Topi Knock-Out per il canale cationico sensibile all’acidità ASIC 1a
  • Topi Knock-out per la ligasi E3, SIAH2
  • Topi transgenici per H-Ras

Questi modelli di animali geneticamente modificati vengono utilizzati al fine di comprendere il ruolo svolto da canali ionici e trasportatori di membrana in grado di controllare l’omeostasi ionica cellulare nella patogenesi di alcune tra le più comuni patologie neurodegenerative quali malattia di Alzheimer, Morbo di Parkinson e Ischemia Cerebrale. Tali modelli consentono pertanto l’identificazione di nuovi target molecolari per lo sviluppo di farmaci potenzialmente utilizzabili per il trattamento di tali patologie.

Linee cellulari disponibili transfettate con canali ionici o trasportatori di membrana

  • Cellule BHK stabilmente transfettate con le tre isoforme dello scambiatore sodio calcio (NCX) NCX1, NCX2 e NCX3. In queste cellule è possibile valutare l’attività di diversi composti capaci di modulare selettivamente l’attività di ciascuna isoforma di NCX.
  • Cellule CHO, HEK stabilmente transfettate con le subunità CaV1.2, CaV3.1 CaV3.3. dei canali del calcio voltaggio dipendenti.
  • Cellule HEK stabilmente transfettate con il canale del potassio voltaggio dipendente HERG. In questi modelli cellulari sono state messe a punto tecniche di elettrofisiologia quali il patch e voltage clamp e tecniche di microfluorimetria su singola cellula per studiare le proprietà funzionali dei trasportatori e dei canali ionici. Questi modelli cellulari sono particolarmente utili per lo screening di composti potenzialmente utili per il trattamento delle malattie neurodegenerative, per l’epilessia e per le malattie cardiovascolari. Inoltre, questi modelli risultano utili per la realizzazione di studi preclinici volti a valutare la sicurezza di farmaci con particolare riferimento allo studio delle loro proprietà aritmogene.