CARATTERIZZAZIONE DI NUOVI MECCANISMI CHE SOTTENDONO ALLA COMPARSA E RICORRENZA DELLE CRISI NELL’EPILESSIA: SVILUPPO PRECLINICO DI TRATTAMENTI ANTI-INFIAMMATORI PER CONTROLLARE LE CRISI FARMACORESISTENTI Dr Annamaria Vezzani, PhD Laboratorio di Neurologia Sperimentale Isitituto di Ricerche Farmacologiche “Mario Negri”, Milano, Italy

Epilessia INFIAMMAZIONE CEREBRALE Bersaglio terapeutico: Disordine neurologico caratterizzato da convulsioni spontanee e ricorrenti che originano dalla sincronizzazione aberrante di gruppi di neuroni a sua volta risultante da un fenomeno di alterata eccitabilità L’epilessia affligge circa l’1% della popolazione (500.000 persone in Italia) IL 30% DEI PAZIENTI NON RISPONDE AI FARMACI ANTICONVULSIVANTI RICERCA DI NUOVE TERAPIE FARMACOLOGICHE Bersaglio terapeutico: INFIAMMAZIONE CEREBRALE 2

Perche’ studiare l’infiammazione cerebrale nell’epilessia? Numerose evidenze sperimentali e cliniche indicano il coinvolgimento dell’infiammazione nella eziopatogenesi delle crisi epilettiche In risposta a eventi patologici associati con un elevato rischio di sviluppare epilessia (cioè dopo trauma cerebrale, ictus, convulsioni febbrili, infezioni, stato epilettico), nel cervello si osserva una robusta risposta infiammatoria che si manifesta con la produzione di una vasta gamma di molecole pro- ed anti-infiammatorie. Pronunciati processi infiammatori si osservano nel tessuto umano epilettico in casi clinici di epilessia farmacoresistente. Le molecole infiammatorie sono rapidamente indotte nel cervello in modelli sperimentali di epilessia in seguito all’insorgenza di crisi. CHE FUNZIONE SVOLGONO LE MOLECOLE INFIAMMATORIE NEL TESSUTO EPILETTICO? STUDI NEI MODELLI ANIMALI

2-Farmacologia 1-Espressione 3-Meccanismo d’azione Ruolo delle molecole infiammatorie nell’epilessia: studi nei modelli animali Negli animali da laboratorio è possibile indurre crisi ricorrenti tramite iniezione di sostanze chimiche convulsivanti, oppure tramite la stimolazione elettrica di determinate aree cerebrali La ricerca sperimentale che svolgiamo, si articola in varie fasi : A-Iniettare la molecola infiammatoria d’interesse ed analizzarne il suo effetto sull’eccitabiltà neuronale; B-Interferire farmacologicamente con la molecola infiammatoria ed analizzarne il suo effetto sull’eccitabilità neuronale. 1-Espressione In quali cellule la molecola infiammatoria d’interesse è espressa dopo le crisi? (animali di laboratorio, evidenze cliniche) 2-Farmacologia 3-Meccanismo d’azione

IL-1beta IL-1R1: recettore Animali con convulsioni spontanee Tessuto IL-1beta: studi di espressione nei modelli animali e nel tessuto epilettogeno umano Cellule che rispondono alla IL-1beta IL-1beta IL-1R1: recettore Cellule che producono la IL-1beta IL-1Neun Microglia Astrociti Neuroni Animali con convulsioni spontanee Tessuto epilettico umano Astrociti Microglia Neuroni Nei pazienti affetti da epilessia farmacoresistente e negli animali con convulsioni spontanee, IL-1beta e IL-1R1 sono significativamente indotti nelle aree epilettogeniche . IL-1beta e IL-1R1 sono prodotti dalle cellule gliali (astrociti e microglia) e dai neuroni.

L’iniezione intracerebrale di IL-1beta ha effetti proconvulsivanti nei roditori La somministrazione della IL-1 nel cervello del roditore, a concentrazioni paragonabili a quelle prodotte endogenamente durante le crisi, aumenta la ricorrenza delle crisi indotte da vari agenti chemoconvulsivanti. L’iniezione intracerebrale dell’antagonista recettoriale della IL-1beta (IL-1ra/Anakinra) riduce in maniera significativa le crisi Il trattamento con inibitori della sintesi della IL-1beta, riducono nei topi la frequenza e la durata delle crisi resistenti ai farmaci anticonvulsivanti. L’aumento endogeno dei livelli cerebrali di IL-1 contribuisce allo sviluppo delle crisi.

Traslazionalità della nostra ricerca Questi dati sperimentali sono alla base del recente sviluppo di un protocollo clinico che si prefigge di valutare l’effetto antiepilettico di un farmaco anti-infiammatorio che blocca la produzione della IL-1beta, in pazienti con crisi farmacoresistenti. (ClinicalTrials.gov Study of VX-765 in subjects with treatment-resistant partial epilepsy, http://clinicaltrials.gov/ct2/show/ NCT01048255, 2010).

High mobility group box 1 (HMGB1) HMGB1 è un peptide che rappresenta un segnale di pericolo rilasciato dai neuroni e dalla glia in seguito ad un danno cerebrale, allo scopo di allertare il microambiente cerebrale dell’imminente sviluppo di un processo patologico, e quindi attivare dei meccanismi omeostatici di difesa. HMGB1 interagisce con 2 recettori: TLR4 e RAGE. La produzione cronica o incontrollata di HMGB1 contribuisce alla precipitazione e ricorrenza delle crisi nei modelli sperimentali. RAGE TLR4 Danno tissutale Infiammazione

HMGB1 TLR4:recettore Animali con convulsioni spontanee Tessuto HMGB1: studi di espressione nei modelli animali e nel tessuto epilettogeno umano Cellule che rispondono ad HMGB1 HMGB1 Cellule che rilasciano HMGB1 TLR4:recettore Animali con convulsioni spontanee Neuroni Astrociti Microglia Microglia Astrociti Neuroni Tessuto epilettico umano Nei pazienti affetti da epilessia farmacoresistente e negli animali con convulsioni spontanee, HMGB1 è rilasciato dalle cellule gliali, mentre TLR4 è significativamente indotto nei neuroni e negli astrociti.

L’iniezione intracerebrale di HMGB1 ha effetti pro-convulsivanti nei roditori La somministrazione di HMGB1 nel cervello del roditore, anticipa la comparsa delle convulsioni e aumenta la ricorrenza delle crisi indotte da vari agenti chemoconvulsivanti. L’effetto pro-convulsivante di HMGB1 è mediato dal recettore TLR4. Farmaci che bloccano i recettori di HMGB1 e TLR4 hanno attività anticonvulsivante nei modelli sperimentali di epilessia.

Conclusioni Queste evidenze sperimentali e cliniche indicano che l’infiammazione cerebrale è un fattore patologico associato alle crisi epilettiche che potrebbe contribuire significativamente alla patologia epilettica indipendentemente dalle cause che l’hanno indotta.