Selective hypoxia-triggered intratumoural formation of chemotherapeutic agents in colorectal cancer - AIRC Start-Up 2024 ID 30460

Background L’esposizione sistemica di farmaci chemioterapici classici porta a tossicità gravi e effetti collaterali dose-limitanti. È quindi impellente trovare strategie alterative per aumentare le concentrazioni di farmaco che raggiungono il tumore diminuendo l’esposizione in altri organi. La presente proposta si propone di portare questo approccio all'estremo: formare direttamente i farmaci nel tumore utilizzando la reazione di click tra tetrazina e dienofili. Questa reazione è così rapida da essere compatibile con i sistemi viventi, ma affinché abbia successo, è fondamentale controllare spazialmente la reazione. Ipotesi L'ipotesi del progetto è che la reazione di click tra tetrazina e dienofilo possa essere controllata spazialmente mascherando la tetrazina con gruppi chimici instabili nel microambiente tumorale. Nello specifico, mi concentrerò inizialmente sull'ipossia nei tumori di colon-retto, una condizione che caratterizza però la maggior parte dei tumori solidi. Obiettivi Lo scopo specifico è quello di utilizzare una reazione di click tra tetrazina e dienofilo innescata dall'ipossia (i) per rilasciare due distinti farmaci citotossici, irinotecan e oxaliplatino, esclusivamente all'interno dei tumori ipossici di colon-retto; e (ii) formare direttamente all'interno delle cellule ipossiche degradatori proteici contro ATR, un effettore cruciale della via di riparazione del danno al DNA. Poiché quest'ultimo gioca un ruolo importante nella refrattarietà del paziente all'irinotecan, le due strategie verranno combinate in un unico approccio, in cui una singola reazione di click indurrà il concomitante rilascio di irinotecan e la formazione di un degradatore della proteina ATR. Progettazione sperimentale I punti di partenza del progetto saranno (1) un gruppo di composti attivati dall'ipossia che ho caratterizzato durante il mio post-doc a Oxford; e (2) i dati preliminari che ho raccolto nei mesi scorsi a Torino. Il progetto utilizzerà un approccio reiterativo di studi in silico, sintesi chimica e screening biologico per il perfezionamento delle molecole candidate. I composti selezionati verranno poi valutati in organoidi di tumori di colo-retto derivati da pazienti per valutarne l'efficacia in un modello capace di ricapitolare la complessità e l'eterogeneità del tumore originario, prima di testarli in xenotrapianti derivati dai pazienti. Risultati attesi Mentre il miglioramento del rapporto rischio/beneficio di irinotecan e oxaliplatino e la scoperta di degradatori ATR saranno l'obiettivo specifico, l'approccio di chemical biology proposto vuole fornire alcune risposte alle seguenti domande: (1) Sono gli organoidi un modello idoneo a riassumere anche l’eterogeneità dell'ambiente ipossico? (2) Esistono meccanismi specifici di resistenza peculiari dell'ipossia? (3) La rimozione tramite degradazione attraverso il proteasoma della proteina ATR è sufficiente a risensibilizzare i tumori refrattari alla chemioterapia? (4) È possibile utilizzare altre peculiarità del tumore per orchestrare una reazione chimica? Impatto sul cancro Lo sviluppo di una versione controllabile della reazione di click tetrazina-dienofilo rappresenta una piattaforma versatile e generalizzabile che potrebbe consentire il targeting dei farmaci nei tumori ipossici. Inoltre, espandendo questo concetto ad altri fattori scatenanti peculiari del microambiente tumorale, il progetto genererebbe un kit di reazioni di click che possano tenere in conto dell'eterogenicità del cancro. Nel complesso, questa strategia consentirebbe di migliorare l’efficacia e la sicurezza di vecchi e nuovi farmaci, nonché di utilizzare molecole che attualmente si ritiene essere troppo tossiche per essere somministrate a livello sistemico.