Riconosciuta dall’Organizzazione Mondiale della Sanità come farmaco essenziale, l’eparina è sempre molto richiesta: messa a punto la prima sintetica
Riconosciuta dall’Organizzazione Mondiale della Sanità come farmaco essenziale, l’eparina è sempre molto richiesta e pur essendo stata scoperta oltre 100 anni fa rimane l’anticoagulante più diffuso al mondo. Per soddisfare il fabbisogno, ogni anno viene lavorato l’intestino di un miliardo di maiali, producendo circa 100 tonnellate di eparina purificata. Oltre il 70% della fornitura proviene dalla Cina. Il mercato mondiale vale circa 7,3 miliardi di dollari.
Tuttavia, i prodotti di origine animale sono soggetti a carenze e l’eparina non fa eccezione. La crisi di contaminazione dell’eparina del 2008, le ricorrenti epidemie di malattie suine e i problemi della catena di approvvigionamento della pandemia COVID-19 hanno interrotto la disponibilità di eparina, spingendo i ricercatori a studiare come produrre eparina senza animali.
L’eparina, viene utilizzata durante procedure che vanno dalla dialisi renale agli interventi a cuore aperto. Attualmente l’eparina deriva dall’intestino dei maiali, ma gli scienziati del Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), importante centro universitario situato nello stato di New York, hanno scoperto come produrla in laboratorio. Hanno anche sviluppato un processo di produzione biologica che potrebbe rivoluzionare il modo in cui il mondo si rifornisce di questo farmaco cruciale.
“Negli ultimi anni, con le malattie e i problemi di contaminazione che hanno interrotto la catena globale di approvvigionamento dell’eparina suina, mettendo potenzialmente a rischio milioni di pazienti, è chiaro che dobbiamo diversificare il modo in cui produciamo questo farmaco”, ha dichiarato Jonathan Dordick, Professore dell’Istituto di Ingegneria Chimica e Biologica e Vicepresidente delle Alleanze Strategiche e della Traduzione dell’RPI. “Il nostro lavoro renderà possibile la produzione di eparina che sarà sempre disponibile e sicura”.
Con il loro processo brevettato, descritto in dettaglio in uno studio pubblicato sulla rivista PNAS, i ricercatori stanno già collaborando con la Fda e hanno avviato lo scale-up per la produzione commerciale.
“Sebbene lo studio attuale descriva la produzione di eparina su scala di laboratorio, ci stiamo muovendo anche verso un processo su scala commerciale, che garantisca la stessa eparina di alta qualità, per generare il farmaco per gli studi clinici”, ha dichiarato Robert Linhardt, Ann and John H. Broadbent Jr. ’59 Senior Constellation Professor Emeritus di Biocatalysis and Metabolic Engineering presso l’RPI e co-autore dello studio. Sia Dordick che Linhardt sono membri dello Shirley Ann Jackson Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies dell’RPI.
“Questa ricerca multidisciplinare è un ottimo esempio di come le scoperte fatte in laboratorio possano tradursi con successo in nuovi strumenti per far progredire la salute globale”, ha dichiarato Shekhar Garde, Ph.D., preside della RPI School of Engineering.
All’RPI, la ricerca di eparina non animale ha portato alla creazione dell’Heparin Applied Research Center nel 2015. Nel corso degli anni successivi, il team di scienziati ha sviluppato un metodo innovativo per sintetizzare l’eparina che non solo sarebbe virtualmente indistinguibile dall’eparina di origine animale, ma potrebbe anche essere prodotta su scala.
“L’eparina è stata scoperta più di 100 anni fa, ma solo di recente abbiamo avuto le tecniche per provare a produrla in laboratorio”, ha detto Dordick, autore senior dello studio. “A differenza dell’insulina – un altro farmaco molto importante che un tempo proveniva dai maiali e che ora viene prodotto dall’uomo – l’eparina non è una singola proteina o molecola, ma una complessa catena di vari carboidrati. Questo la rende molto difficile da sintetizzare in un modo che si traduca in un ambiente di produzione tradizionale di grandi dimensioni”.
Dordick paragona la sintesi dell’eparina in laboratorio alla decorazione di un albero di Natale. “Iniziamo con il nucleo della struttura dell’eparina, che è come l’albero spoglio. Poi, usando vari enzimi, aggiungiamo le molecole – gli ornamenti, gli orpelli, le luci”. Come potete immaginare, ci sono molti modi per decorare un albero, quindi la sfida è trovare le decorazioni giuste per fare l’eparina”, ha detto.
Negli ultimi decenni, team scientifici di tutto il mondo hanno cercato di fare proprio questo, ma senza successo.
“Le ricerche passate hanno utilizzato enzimi nativi per replicare ciò che avviene nell’intestino dei maiali per produrre eparina. Tuttavia, questo produce una quantità minima di eparina e non può essere fatto su scala. Il nostro più grande risultato è stata l’intuizione di ottimizzare gli enzimi per ottenere una maggiore resa e stabilità”, ha dichiarato Elena Paskaleva, Ph.D., ricercatrice senior presso l’RPI e uno dei co-autori dello studio.
“Sintetizzare questi enzimi su così larga scala era un territorio inesplorato per noi in un laboratorio accademico”, ha dichiarato Marc Douaisi, Ph.D., primo autore dello studio e ricercatore senior RPI. “È stato necessario un grande sforzo coordinato in tutto il centro per sintetizzare il volume necessario a sintetizzare un prodotto con una struttura e un’attività biologica equivalenti al farmaco derivato dal maiale. Alla fine della giornata, è stato esaltante sapere che il prodotto finale corrispondeva a tutti i criteri dell’eparina”.
La scoperta è un esempio di come le università possano guidare la ricerca e lo sviluppo di nuovi farmaci e tecnologie salvavita, ha detto Dordick.
“Il nostro obiettivo era trovare un’alternativa a un farmaco che è in commercio dal 1935. Per un’azienda privata, questo tipo di progetto comporterebbe troppi rischi. Ma un’università, soprattutto una come RPI, è il luogo perfetto per portare avanti questo tipo di progetto”, ha concluso Dordick.