TERAPIA GENETICA

I recenti progressi ottenuti in ambito di terapia genica, aprono nuove ed interessanti prospettive per il trattamento delle diverse patologie; dal momento che le prime prove di terapia genetica sono state condotte con proteine strettamente correlate al doping (es. eritropoietina e ormone della crescita), il collegamento tra questa e lo sport è evidente.
Il timore è che la manipolazione genica possa essere applicata anche per cercare di migliorare la performance sportiva; in questo senso l'Agenzia Mondiale Anti-Doping (WADA) ha già provveduto, inserendo il doping genetico nella lista dei metodi e delle sostanze proibite.

In teoria, tutti i livelli di proteine presenti all'interno del nostro organismo possono essere modulati attraverso la terapia genica.

La conferenza sul doping genetico che si è tenuta nel marzo del 2002 da parte di WADA [Pound R, WADA 2002], e il "Congresso Europeo del lavoro sull'Armonizzazione e gli Sviluppi Futuri della Politica Anti-Doping" che si è svolto in Arnhem, Olanda, nello stesso anno, hanno dato la possibilità a scienziati, dottori, medici, governi, organizzazioni anti-doping e industrie farmaceutiche, di scambiarsi qualsiasi tipo di informazione sui risultati delle ricerche e dei metodi di rilevazioni riguardo questa nuova tecnica di doping.

A partire dal 1 gennaio del 2003 il Comitato Olimpico Internazionale (CIO) ha incluso il doping genetico nella lista delle classi di sostanze e metodi proibiti [WADA, 2007]. Dal 2004 WADA si è presa la responsabilità di pubblicare la lista internazionale del doping, che viene aggiornata ogni anno. Il metodo del doping genetico incluso in questa lista è definito come l’uso non terapeutico di cellule, geni, elementi genetici o della modulazione dell'espressione genetica, con lo scopo di migliorare le prestazioni atletiche.

Questo articolo si propone di:

1. chiarire se in ambito sportivo sia effettivamente possibile fare uso delle sempre maggiori conoscenze derivanti dalla terapia genica, ramo nuovo e promettente della medicina tradizionale;
2. identificare le possibili vie nelle quali la terapia genica possa essere utilizzata al fine di incrementare la performance.

In passato, hanno trovato spazio nel mondo dello sport anche quei farmaci che si trovavano ancora in una fase sperimentale di ricerca; per questo motivo, sia l'Agenzia Mondiale Anti-Doping (WADA) che il Comitato Internazionale Olimpico (CIO) hanno espresso le loro preoccupazioni.

"Gli atleti non sono nati tutti uguali": questa è la citazione del Sir Roger Bannister, il primo uomo che ha percorso il miglio in meno di 4 minuti. Persone dalle diverse origini etniche possono

essere in vantaggio sulle altre, basti pensare ai corridori dell'Africa Occidentale che dominano le corse di breve distanza, oppure agli atleti dall’Africa Orientale che vincono la maratona; d'altra parte, i caucasici dominano nelle competizioni di nuoto.
In quest'epoca di genetica e genomica, sarà possibile individuare i geni che determinano la predisposizione genetica di una persona per uno sport specifico [Rankinen T at al., 2004]. Lo studio dei geni in età giovanile, può rappresentare il modo migliore per poter sviluppare un grande atleta a partire da un bambino e per creare uno specifico programma di personal training. Tale studio applicato agli atleti può essere altresì utilizzato per individuare specifiche metodologie di allenamento con lo scopo di incrementare la predisposizione genetica per quel tipo di allenamento [Rankinen T at al., 2004].

 

Ma lo studio dei geni darà come risultato atleti migliori? Marion Jones e Tim Montgomery sono stati entrambi campioni di velocità sui 100 metri, nell' estate del 2003 hanno avuto un bambino. Anche Steffi Graf e Andre Agassi (entrambi numero uno nei mondiali di tennis) hanno dei figli. Questi bambini molto probabilmente saranno favoriti rispetto agli altri, ma esistono anche altri fattori, come quelli ambientali e psicologici, che determineranno o meno la possibilità che essi diventino dei campioni.

La terapia genica può essere definita come il trasferimento di materiale genico nelle cellule umane per il trattamento o la prevenzione di una malattia o disfunzione. Tale materiale è rappresentato da DNA, RNA, oppure da cellule geneticamente alterate. Il principio della terapia genica si basa sull'introduzione all'interno della cellula di un gene terapeutico per compensare il gene assente o sostituire quello anormale. Generalmente viene utilizzato il DNA, il quale codifica per la proteina terapeutica e viene attivato quando raggiunge il nucleo.

" La maggior parte degli atleti assume farmaci " [De Francesco L, 2004]. Un'indagine del Centro di Ricerca dei Farmaci ha concluso che meno dell'1% della popolazione olandese ha assunto almeno una volta prodotti dopanti, per un totale di circa 100.000 persone. Il 40% di queste persone utilizza doping da anni e la maggior parte di esse svolge allenamenti di forza, o body building. L'uso di sostanze dopanti nello sport d'elite sembra essere maggiore dell’1% indicato per la popolazione generale, ma la cifra esatta non è conosciuta. La percentuale di atleti d'elite che risulta positiva ai controlli antidoping ha oscillato tra l'1,3% e il 2,0%  negli ultimi anni [DoCoNed, 2002].

La definizione di doping genetico formulata da WADA lascia spazio a delle domande: cosa significa esattamente non terapeutico? Potranno essere ammessi alle gare quei pazienti con disfunzioni muscolari curati attraverso la terapia genica? La stessa considerazione vale per i pazienti affetti da tumore che sono stati curati con la chemioterapia e che ora ricevono il gene EPO codificante l’eritropoietina per velocizzare il recupero della funzionalità del midollo osseo.
Le ricerche attuali di terapia genica vengono condotte anche per rendere più veloce il processo di guarigione di una ferita, oppure per alleviare il dolore di natura muscolare dopo un esercizio; tali pratiche possono non essere considerate da tutti  come "terapeutiche" e le loro proprietà di miglioramento della performance possono essere messe in discussione.
Dal punto di vista clinico sarebbe più opportuno specificare meglio la definizione di doping genetico, soprattutto alla luce di un uso improprio delle tecnologie di trasferimento genico.

WADA (sezione M3 del Codice Mondiale Anti-Doping (versione 1 Gennaio, 2007) ha giustificato il divieto del doping genetico attraverso i seguenti punti: a) prova scientifica, effetto o esperienza farmacologica provati, che le sostanze o metodi inclusi nella lista hanno la capacità di aumentare le prestazioni sportive; b) l' uso della sostanza o del metodo causa un rischio, vero o presunto, per la salute dell'atleta. c) l'utilizzo del doping viola lo spirito dello sport. Questo spirito è descritto nell'introduzione del Codice con riferimento a una serie di valori come l'etica, il fair play, l'onestà, la salute, il divertimento, l'allegria e il rispetto delle regole.

Esistono molte incertezze in merito agli effetti a lungo termine legati alla modificazione di geni; molti di questi effetti potrebbero anche non essere mai scoperti, o perché non studiati approfonditamente (a causa di problemi finanziari), o perché è difficile definire campioni affidabili per lo studio degli effetti collaterali di metodi o di applicazioni completamente nuovi.

Al contrario delle terapie sulle cellule somatiche, le alterazioni delle linee germinative sono permanenti e vengono trasmesse anche alla prole. In questo caso, oltre al possibile rischio per la salute degli atleti, esistono pure dei rischi nei confronti di terzi, come posteri, genitori o partner.

Nel campo della farmacogenetica, il cui sviluppo dipende dagli sforzi combinati di scienza e industria farmaceutica, l'obiettivo principale è quello di sviluppare la medicina "fatta su misura" per ciascuno di noi. Com'è ben noto, molte medicine hanno un effetto completamente diverso a seconda di chi le assume, ciò è dovuto al fatto che il loro sviluppo è generico e non tiene conto delle caratteristiche genetiche individuali. Se la farmacogenetica dovesse diffondersi nel mondo dello sport, l'idea stessa della competizione tra atleti apparentemente uguali e che si preparano secondo modalità più o meno comparabili, potrebbe diventare obsoleta.

I dati clinici sperimentali della terapia genetica hanno dimostrato risultati molto incoraggianti in pazienti affetti da immunodeficienza combinata grave [Hacein-Bey-Abina S et al., 2002] e da emofilia B [Kay MA, et al. 2000]. Inoltre, la terapia angiogenica attraverso i vettori che esprimono il fattore della crescita dell’endotelio vascolare per la cura delle malattie delle coronarie ha dato buoni risultati in angina [Losordo DW et al., 2002].

Se si utilizzasse il trasferimento di geni codificanti i fattori di crescita tissutale [Huard J, Li Y, Peng HR, Fu FH, 2003] il trattamento dei diversi danni associati alla pratica sportiva, come per esempio la rottura dei legamenti, oppure lo strappo muscolare, potrebbe in teoria risultare in una migliore rigenerazione. Questi approcci vengono ora valutati su modelli animali, ma nei prossimi anni sicuramente verranno attivati anche studi clinici sugli esseri umani.

Nel 1964, lo sciatore della Finlandia Settentrionale Eero Mäntyranta rese inutili gli sforzi degli avversari vincendo due ori olimpici ai Giochi di Innsbruck, in Austria. Dopo alcuni anni, è stato dimostrato che Mantyranta era portatore di una rara mutazione nel gene per il recettore dell’Eritropoietina che, compromettendo il normale controllo a feed-back sul numero dei globuli rossi, determina policitemia con conseguente aumento del 25-50% nella capacità di trasporto dell'ossigeno. Aumentare la quantità di ossigeno ai tessuti significa incrementare la resistenza alla fatica. Mäntyranta aveva quello che vuole ogni atleta e che può fornire l'EPO. Atleti del futuro potrebbero essere in grado di introdurre nell’organismo un gene in grado di mimare l’effetto della mutazione genica occorsa naturalmente a Mäntyranta e favorevole alla performance.

Il fattore di crescita insulino-simile (IGF-1) viene prodotto sia dal fegato che dal muscolo e la sua concentrazione dipende da quella dell' ormone della crescita umano (hGH).
L'allenamento, suggerisce Sweeney, stimola le cellule precursori dei muscoli, chiamate 'satelliti', ad essere piu' recettive a IGF-I [Lee S. Barton ER, Sweeney HL, Farrar RP, 2004]. Applicare questo trattamento agli atleti significherebbe rafforzare i muscoli brachiali del tennista, il polpaccio del corridore, o i bicipiti del pugile. Tale terapia si pensa possa essere relativamente più sicura rispetto l'EPO, dato che l’effetto è localizzato solo al muscolo bersaglio. È probabile che tale approccio venga applicato anche alle persone già a partire dai prossimi pochi anni.
Una isoforma del fattore di crescita insulin-like-1 (IGF-1), il fattore di crescita meccanico (MGF), viene attivata da stimoli meccanici, come per es. l’esercizio muscolare. Questa proteina oltre a stimolare la crescita del muscolo, ha un importante ruolo nella riparazione del tessuto muscolare leso (come accade ad esempio dopo un allenamento intensivo o una competizione).
MGF viene prodotto nel tessuto muscolare e non circola nel sangue.

VEGF rappresenta il fattore di crescita dell’endotelio vascolaree può essere utilizzato per facilitare la crescita di nuovi vasi sanguigni. La  terapia con VEGF è stata sviluppata per produrre

 

bypass coronarico in pazienti con cardiopatia ischemica, oppure per aiutare le persone anziane colpite da arteropatia periferica. Geni che codificano per VEGF possono promuovere la crescita di nuovi vasi sanguigni consentendo un maggiore apporto di ossigeno ai tessuti.

Finora, sono stati fatti esperimenti di terapia genica per malattie come l'ischemia cardiaca [Barton-Davis ER et al., 1998; Losordo DW et al., 2002; Tio RA et al., 2005], oppure l'insufficienza arteriosa periferica [Baumgartner I et al., 1998; Rajagopalan S et al., 2003]. Se queste cure fossero applicate anche agli atleti, ne risulterebbe un incremento del contenuto di ossigeno e nutrienti ai tessuti, ma soprattutto la possibilità di posticipare l'esaurimento del muscolo, sia cardiaco, che scheletrico.
Dal momento che VEGF viene già utilizzato in molti studi clinici, il doping genetico sarebbe già possibile!

Il normale differenziamento della massa muscolo-scheletrica è di fondamentale importanza per la corretta funzionalità dell'organismo; tale funzione è resa possibile grazie all'azione della miostatina, una proteina responsabile della crescita e del differenziamento dei muscoli scheletrici.
Essa agisce come regolatore negativo, inibendo la proliferazione delle cellule satelliti delle fibre muscolari.
Dal punto di vista sperimentale, la miostatina viene usata in vivo per inibire lo sviluppo del muscolo in modelli Mammiferi differenti.
La miostatina è attiva sia con meccanismo autocrino che paracrino, sia a livello del muscolo-scheletrico che cardiaco. Il suo ruolo fisiologico non è ancora del tutto chiaro, anche se l'utilizzo di inibitori della miostatina, quali per esempio la follistatina, provocano un aumento drammatico e assai diffuso della massa muscolare [Lee SJ, McPherron AC, 2001]. Tali inibitori possono migliorare la condizione rigenerativa in pazienti che soffrono di malattie gravi come la distrofia muscolare di Duchenne [Bogdanovich S et al., 2002)].
La miostatina appartiene alla superfamiglia dei TGF beta ed è stata rivelata per la prima volta dal gruppo di Se-Jin Lee [McPherron et al., 1997]. Nel 2005 Se–Jin Lee, della Johns Hopkins University ha messo in evidenza che topi privati del gene della miostatina (topi knock out) sviluppano una muscolatura ipertrofica.
Questi supertopi erano capaci di salire le scale con grossi pesi attaccati alla coda. Durante lo stesso anno, altri tre gruppi di ricerca hanno dimostrato che il fenotipo del bovino chiamato comunemente “doppio-muscolo” era dovuto ad una mutazione del gene codificante la miostatina [Grobet et al., 1997; Kambadur et al., 1997; McPherron & Lee, 1997].

Recentemente è stata scoperta una mutazione del tipo omozigote mstn -/- in un bambino tedesco che ha sviluppato una straordinaria massa muscolare. La mutazione è stata indicata come l'effetto dell'inibizione dell’espressione della miostatina nell'uomo. Il bambino ha sviluppato bene i muscoli alla nascita, ma crescendo aumentava anche lo sviluppo della massa muscolare e all'età di 4 anni era già in grado di alzare pesi di 3 chili; esso è figlio di un ex atleta professionista e i suoi nonni erano conosciuti come uomini moltoforti.
Le analisi genetiche della madre e del figlio hanno rivelato una mutazione del gene della miostatina con il risultato di una mancata produzione della proteina [Shuelke M et al., 2004].
Sia nel caso degli esperimenti condotti sul topo dal gruppo di Se-Jin Lee, che in quello del bambino, il muscolo era cresciuto sia nella sezione traversa (ipertrofia) che nel numero di miofibrille (iperplasia) [McPherron et al., 1997].

Il dolore è una spiacevole esperienza sensoriale ed emozionale associata ad un danno tessutale reale o potenziale e descritta in termini di tale danno [iasp]. Per la sua sgradevolezza, l’emozione del dolore non può essere ignorata ed induce il soggetto che la prova ad evitare gli stimoli (nocivi) che ne sono responsabili; questo aspetto configura la funzione protettiva del dolore.

Nello sport, l’impiego di potenti farmaci antidolorifici potrebbe portare gli atleti ad allenarsi e gareggiare oltre la normale soglia del dolore.
Questo può provocare considerevoli rischi per la salute dell’atleta, poiché la lesione può aggravarsi considerevolmente, trasformarsi in una lesione permanente. L'utilizzo di questi farmaci può altresì portare l'atleta a dipendenza psico-fisica dagli stessi.

Un'alternativa ai calmanti legali del dolore potrebbe essere quella di usare peptidi analgesici come le endorfine o le encefaline. Le ricerche precliniche sugli animali hanno dimostrato che i geni che codificano questi peptidi hanno un effetto sulla percezione del dolore infiammatorio [Lin CR et al., 2002; Smith O, 1999].
La terapia genica per alleviare il dolore è però ancora lontana dalla sua applicazione clinica.

Attualmente, la terapia genica viene somministrata ai pazienti in ambienti ben controllati e i vettori utilizzati per il trasferimento genico sono prodotti in laboratori certificatati dove vengono ampiamente testati. Se la terapia genica fosse usata per migliorare le prestazioni atletiche, è molto probabile che questi ambienti (controllati) non esisterebbero, cosicchè i rischi aumenterebbero considerevolmente.

Utilizzare farmaci o geni in grado di migliorare la performance, presenta sempre un certo rischio, in quanto essi vengono studiati per curare le persone malate e non per aumentare le prestazioni di quelle sane come gli atleti.

I rischi generali per la salute derivanti dalla terapia genica sono di diverso tipo e dipendono dal

vettore utilizzato (DNA, sostanze chimiche, virus, ecc) e dal transgene codificato.

Fino ad oggi le ricerche cliniche sono state relativamente sicure [Kimmelman J, 2005]. Sono stati curati più di 3000 pazienti e soltanto uno di questi è morto per malattia cronica al fegato e overdose di vettore [Raper SE et al., 2003]. In altri tre pazienti, curati per la sindrome da immunodeficienza, si sono sviluppati sintomi simili alla leucemia [Hacein-Bey-Abina S et al., 2002] e uno di questi è morto. Da allora, altri gruppi di ricerca hanno curato simili pazienti con risultati terapeutici analoghi, senza alcun effetto collaterale [Cavazzana-Calvo M. Fischer A, 2004]. In questo caso, le ricerche mirano a curare pazienti con vettori che non potranno essere mai utilizzati per aumentare le prestazioni.

Le persone che tentano di aumentare i propri livelli di EPO in maniera innaturale, aumentano anche la probabilità di andare incontro ad infarto, o episodi cerebrali acuti. L'aumento dei globuli rossi determina anche un aumento della densità del sangue che può provocare trombi; non è sbagliato quindi pensare che le reazioni avverse evidenziate nei pazienti, possano verificarsi anche negli atleti sani.[Lage JM et al., 2002].
Se l'EPO fosse introdotta geneticamente, il livello e la durata della produzione di eritropoietina sarebbero meno controllabili, cosicché l'ematocrito avanzerebbe quasi indefinitamente, fino ad arrivare a livelli patologici.

Si ipotizza che la cura con IGF-1 possa portare alla crescita di tumori ormono-dipendenti.

È di cruciale importanza quindi, che l'utilizzo di vettori farmacogeneticamente selezionati abbia un modello di espressione genica ben conosciuto e controllato.

Non sono state ancora stabilite con esattezza le modalità di rilevazione del doping genetico, anche perché il DNA che si trasferisce con la terapia genica è di origine umana e quindi non diverso da quello degli atleti che ne fanno uso.
Le terapie muscolari sono confinate al sito di iniezione o al tessuto nelle dirette vicinanze, quindi, la maggior parte delle tecnologie geniche sui muscoli non potranno essere rilevate attraverso le classiche analisi anti-doping dei campioni di urina o di sangue; sarebbe necessaria una biopsia muscolare, che però risulta troppo invasiva per poter essere concepita come normale mezzo di controllo anti-doping.
Molte forme di doping genetico non richiedono l'introduzione diretta di geni nell’organo desiderato; il gene dell’EPO, per esempio, può essere iniettato in una qualsiasi parte del corpo e produrre localmente la proteina che poi entrerà in circolo. Cercare il punto di iniezione dell' EPO, sarebbe come cercare un ago nel pagliaio!
Nella maggior parte dei casi pero, il doping genetico darà come risultato l' introduzione di un gene esatta copia di quello endogeno ed in grado di dare origine ad una proteina completamente

identica all’endogena nelle sue modificazioni post-traduzionali.
Una pubblicazione recente indica che è possibile rilevare una differenza tra la proteina innata e il prodotto della terapia genica sulla base del diverso modello di glicosilazione nei diversi tipi di cellule, rimane solo da vedere se questo è il caso di tutti i tipi di doping genetico [Lasne F et al., 2004].

Le autorità pubbliche e le organizzazioni sportive, incluso il Comitato Olimpico Internazionale, hanno condannato il doping già a partire dagli anni ’60. I recenti progressi fatti con i farmaci biologici avranno un grosso impatto sulla natura delle medicine prescritte ai pazienti, e cambierà anche la scelta dei farmaci utilizzati per migliorare le prestazioni atletiche.

La terapia genica è autorizzata esclusivamente per la sperimentazione clinica di prodotti di terapia genica somatica nell'uomo, escludendo tassativamente la possibilità di considerare proponibile qualsiasi tipo di terapia genica della linea germinale umana.

La proibizione del doping genetico da parte dell'Agenzia Mondiale Anti-Doping (WADA) e delle federazioni sportive internazionali fornisce una base forte per la sua eliminazione nello sport, ma dipenderà anche da come verranno accolte le varie regolamentazioni da parte degli atleti.
La maggior parte degli atleti non ha abbastanza conoscenze che gli permetta di capire pienamente il potenziale effetto negativo del doping genetico. Per questo motivo sarà molto importante che essi ed il loro staff di supporto siano ben istruiti, in maniera tale da prevenirne l'uso. Gli atleti devono essere altresì coscienti dei rischi legati all'utilizzo di doping genetico quando usato in strutture non controllate, senza però compromettere quelle che sono le infinite potenzialità offerte dalla terapia genica ufficiale per il trattamento di patologie gravi.

L’industria farmaceutica è ben cosciente delle possibilità e dei rischi derivanti dall'uso di doping genetico e vuole collaborare allo sviluppo di ricerche per la rilevazione di prodotti genici presenti nei propri farmaci. Essa dovrà preferibilmente sottoscrivere un codice nel quale si impegna a non produrre o vendere mai, per nessun motivo, prodotti genetici ad uso non terapeutico.

È stato intervistato un numero limitato di persone provenienti da diverse discipline della scienza e dello sport, in maniera tale da farsi un’idea sulla nozione ed il possibile impatto del doping genetico su di esse. Fra gli intervistati c'erano tre dottori sportivi, un farmacista, quattro atleti d'elite e cinque scienziati provenienti dall’accademia e dall'industria farmaceutica; ecco le domande:

1. Le è familiare il termine doping genetico?
2. Cosa significa secondo lei questo termine?
3. Lei crede in un miglioramento della performance attraverso l'uso di doping genetico?
4. Quali sono, secondo lei, i rischi per la salute associati all'uso di doping genetico?
5. Il doping genetico viene già utilizzato, o lo sarà solo in futuro?
6. Sarà facile rilevare il doping genetico?

Dalle varie risposte, risulta chiaro che la gente non proveniente dalla comunità scientifica ha poche conoscenze in merito all’uso di questa terapia; un timore comune è che la terapia genica possa influenzare la prole, oppure causare tumori. Le persone credono che la rilevazione del doping genetico sarà complessa e le misure preventive difficili. D’altra parte, tutti insistono sul fatto che il doping genetico sarà usato dagli atleti non appena disponibile e che ciò avverrà nei prossimi pochi anni.

I professionisti che circondano gli atleti d'elite sono molto preoccupati per l'eventuale utilizzo del doping genetico e raccomandano l’istruzione dei propri atleti e del proprio staff medico di supporto, a sostegno dello sviluppo di ricerche preventive di misurazione antidoping. Questi professionisti sono convinti che il problema dell'applicazione del doping genetico agli atleti si presenterà entro i prossimi pochi anni e che la sua rilevazione sarà alquanto difficile.

Il mondo dello sport prima o poi si troverà di fronte al fenomeno del doping genetico; il numero esatto degli anni che dovranno trascorrere perché ciò accada è difficile da stimare, ma si può ipotizzare che ciò succederà a breve, nei prossimi anni (Olimpiadi di Pechino 2008 o al massimo in quelle successive).
Dal ciclismo al sollevamento pesi, dal nuoto al calcio e lo sci, tutti gli sport potrebbero trarre vantaggio dalla manipolazione genetica: basta selezionare il gene che migliora il tipo di prestazione richiesta! [Bernardini B., 2006].