Dissecting the effect of therapy in a rat model of human focal cortical dysplasia (Effetto della terapia anti-epilettica in un modello animale di displasia corticale focale) Applicant: Dr. Giorgio Battaglia Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Milano

Background/Rationale (I) Le malformazioni dello sviluppo corticale (MCDs) comprendono un ampio spettro di malformazioni cerebrali che si sviluppano durante la formazione dell’embrione. Esse sono responsabili di epilessia e di disturbi neurologici e cognitivi di grado variabile, in modo dipendente dal tipo e dall’estensione della malformazione. Fra le diverse forme di MCDs, le Displasie Corticali Focali (FCD) sono associate ad epilessia molto grave, spesso farmaco-resistente, che richiede spesso un intervento di chirurgia dell’epilessia per cercare di controllare le crisi (Blumcke et al, 2011). I meccanismi alla base dell’epilessia e della farmaco-resistenza nei pazienti con FCD non sono noti e non è ancora chiaro se la ripetizione delle crisi epilettiche possa agire da co-fattore patogenico rendendo ancora più severa la storia naturale dell’epilessia. Il presente progetto verrà condotto presso l’Unità di Neuroanatomia e Patogenesi Molecolare (diretta dal Dott. Giorgio Battaglia) della Fondazione IRCCS Istituto Neurologico Besta ed intende studiare i meccanismi molecolari alla base dell’epilettogenesi e della farmaco-resistenza in un modello animale di FCD recentemente sviluppato nello stesso laboratorio (ratto MAM/pilocarpina; Colciaghi et al, 2011) con lo scopo finale di individuare terapie più efficaci. Background/Rationale (I)

Ratto MAM/pilocarpina IL RATTO MAM/PILOCARPINA RAPPRESENTA UN MODELLO IDEALE di FCD, in quanto: è caratterizzato da alterazioni corticali ed ippocampali (presenza di neuroni dismorfici, Fig.1B) ed epilessia grave (frequenti crisi spontanee convulsive) in analogia a quanto osservato in pazienti epilettici con FCD (Fig.1A); la gravità delle alterazioni della corteccia cerebrale e dell’ippocampo dipendono dalla durata di epilessia, quindi suggerisce che l’epilessia sia un processo patologico che si possa auto-mantenere; è caratterizzato da alterazioni (iper-attivazione) del recettore NMDA per il glutammato (il principale neurotrasmettitore eccitatorio), come è stato riscontrato anche in pazienti con FCD (Najm et al, 2000); ha caratteristiche EEG (fig.2) simili a quelle osservate nelle FCD umane; è pertando un modello ideale per: i) comprendere i meccanismi molecolari alla base della epilettogenesi; ii) verificare lo sviluppo di farmaco-resistenza; iii) testare l’efficacia di nuovi farmaci Questi dati sono quindi traslabili nei pazienti con epilessia severa, quali i pazienti con FCD Paziente FCD Ratto MAM/pilocarpina A B Attività critica (crisi epilettica) Attività intercritica, anomala nei periodi liberi da crisi Fig.1 Neuroni dismorfici responsabili della generazione delle crisi epilettiche Fig.2 Attività EEG nei ratti MAM/pilocarpina Background/Rationale (II)

Dal momento che il ratto MAM/pilocarpina è un modello di una epilessia umana grave e farmaco-resistente, IPOTIZZIAMO che le alterazioni cellulari (atrofia, progressivo aumento della dimensione dei neuroni, sbilanciamento sinaptico eccitatorio vs inibitorio) e molecolari (iper-attivazione del recettore NMDA) osservate nel modello MAM/pilocarpina possano “facilitare” la ricorrenza delle crisi epilettiche e contribuire allo sviluppo della farmaco-resistenza. IPOTESI di LAVORO:

OBIETTIVI SPECIFICI e RISULTATI ATTESI (cosa faremo e cosa ci aspettiamo): tratteremo gli animali epilettici MAM/pilocarpina con un farmaco innovativo (peptide Tat-N-dimer; Bach et al, 2012) che blocca l’attivazione del recettore NMDA senza interferire con la sua attività fisiologica (no effetti collaterali) per verificare se questa strategia terapeutica sia in grado di a) controllare le crisi epilettiche e/o diminuirne la frequenza e b) ridurre la progressione delle alterazioni morfologiche e funzionali. somministreremo agli animali epilettici MAM/pilocarpina, farmaci antiepilettici convenzionali (AED) a diversi tempi dall’insorgenza della prima crisi spontanea per verificare se l’intervento terapeutico precoce determini una maggiore efficacia nel controllo clinico delle crisi rispetto ad un intervento più tardivo. L’analisi del cervello degli animali trattati ci mostrerà quale parametro funzionale e/o morfologico sia associato alla ricorrenza delle crisi. E’ possibile ottenere con i diversi trattamenti farmacologici un gruppo di ratti MAM/pilocarpina responsivo ed un gruppo non-responsivo: in questo caso l’analisi del modello ci aiutera’ a capire quale parametro funzionale e/o morfologico sia associato alla farmaco-resistenza.

SCHEMA RIASSUNTIVO DEL PROGETTO La corteccia diventa progressivamente più sottile l’ippocampo si atrofizza I neuroni diventano grandi e dismorfici Il recettore NMDA per il glutammato si attiva stabilmente A) Modello MAM/pilocarpina Durata di epilessia 0 giorni 5 giorni 2 mesi 6 mesi B) Modello MAM/pilocarpina + trattamento post-SE con Tat-N-dimer Questioni da risolvere: Il trattamento può prevenire l’epilessia? 2) In questo caso: il cervello si modifica? Il recettore NMDA si attiva? C) Modello MAM/pilocarpina + trattamento precoce con AED (dopo la prima crisi epilettica) D) Modello MAM/pilocarpina + trattamento tardivo con AED (dopo due mesi dall’esordio) Analisi morfo-molecolare del cervello per comprendere i meccanismi di epilettogenesi e di farmaco-resistenza