Modelli animali
Che cos’è un modello animale?
I modelli animali sono delle specie che vengono studiate per comprenderne particolari meccanismi biologici, affinché l’organismo modello aiuti a comprendere processi che avvengono in altri organismi: il modello animale può per esempio consentire di studiare l’evoluzione di malattie che si manifestano sia in una determinata specie animale, sia in umano.
Il modello animale al centro della ricerca di Avantea è il suino, specie che per le sue caratteristiche fisiologiche è la più vicina all'uomo dopo i primati.
Perché i modelli animali sono essenziali per la ricerca biomedica?
I modelli animali sono molto importanti per la ricerca biomedica perché possono offrire un'approssimazione delle patologie umane e possono contribuire alla comprensione dei meccanismi eziopatologici e allo sviluppo di trattamenti o di strategie di prevenzione.
Come viene generato un modello animale?
I modelli sviluppati da Avantea sono suini generati combinando l'ingegneria genetica con la tecnica della clonazione somatica. La procedura consiste nella derivazione di linee cellulari somatiche (in genere fibroblasti) con caratteristiche genetiche in parte modificate attraverso l'introduzione o rimozione di uno o più geni di interesse. Successivamente le cellule portatrici delle caratteristiche desiderate sono utilizzate nella procedura di clonazione per ottenere embrioni clonati che vengono trapiantati in scrofe riceventi. In questo modo si possono ottenere animali portatori di modificazioni genetiche analoghe a quelle di malattie genetiche dell'uomo creando quindi un modello animale di una particolare malattia.
Con una procedura simile si possono ottenere animali con caratteristiche genetiche tali da renderli potenziali donatori di cellule e tessuti per lo xenotrapianto o per l'industria biotecnologica.
I contributi alla ricerca di Avantea
Avantea partecipa ad importanti progetti di ricerca a livello nazionale ed europeo, collaborando con autorevoli istituzioni scientifiche e università, nel campo dello xenotrapianto e in particolare nell'utilizzo del suino come modello animale, sia in ambito biomedico che biotecnologico.
I progetti di ricerca finanziati dall’Unione Europea a cui Avantea ha preso parte sino ad oggi sono:
Avantea ha inoltre partecipato a SuperPig, progetto finanziato dalla Regione Lombardia.
Avantea è anche attivamente coinvolta nel mondo delle startup biotecnologiche, in particolare è socio fondatore di Xenothera, a cui contribuisce i modelli suini più innovativi nel campo.
I modelli animali prodotti da Avantea
Con i fondi per la ricerca e le nuove tecnologie di modifica del genoma, Avantea ha potuto ottenere diverse linee di suino a scopi biomedici (ad esempio, xenotrapianto di organi modificati, tessuti e cellule, produzione di valvole bioprotesiche) e per studiare alcune malattie rare umane (ALS, sindrome di Leigh, Retinite pigmentosa, Timothy sindrome).
Le linee di maiale disponibili sono descritte nella tabella seguente e possono essere rese disponibili a scopo di ricerca.
Linea | Background genetico | Mutazione / Malattia | Campo di utilizzo | Citazioni |
|---|---|---|---|---|
V2G | Pig | Safe harbor /GFP | Trapianti, tracking studies, sovraespressione di transgeni | Brunetti et. al,2008; EP2921048 A1 |
Xenome | Yucatan minipig cross bred | GGTA1-KO CD55/EPCR/TM- KI | Xenotrapianto | Perota et al 2012 |
Translink | Pig | GGTA1/CMAH/B4GalNT2-KO | Xenotrapianto, | Conchon et al 2013 |
Translink | Cattle | GGTA1/CMAH-KO | Xenotrapianto, | Perota et al 2019, |
ALS | Yucatan mini-pig | SOD G93A, Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) | Modello di malattia | Chieppa et al 2014 |
TDP43 | Yucatan mini-pig | A382T, Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) | Modello di malattia | Non pubblicato |
Surf1 | Pig | Surf1-KO, Sindrome di Leigh | Modello di malattia | Quadalti et al 2017 |
ABCA4 | Pig | ABCA4-KO, Malattia di Stargardt | Modello di malattia | Trapani et al 2018 |
CACNA1C | Pig | G406R, Sindrome di Timothy | Modello di malattia | Non pubblicato |
Clonazione zootecnica
La tecnica della clonazione somatica, meglio definita come "somatic cell nuclear transfer", è la procedura con la quale il nucleo di una cellula (ottenuta da una biopsia cutanea dell’animale da clonare) è trasferito all’interno di un ovocita privato del proprio nucleo. In questo modo si ottiene un embrione che, trapiantato nell'utero di una femmina ricevente, si svilupperà in un soggetto geneticamente identico al donatore della cellula cutanea. La clonazione consente quindi di produrre delle copie genetiche di animali di particolare interesse.
Inoltre, la clonazione può essere associata all’ingegneria genetica laddove le cellule utilizzate per la clonazione siano state geneticamente modificate; in questo caso l’animale clonato sarà portatore della stessa modificazione genetica e sarà quindi un animale transgenico. Questa procedura è attualmente quella più utilizzata per generare modelli di grossi animali per la ricerca biomedica.
Dopo la nascita del primo mammifero clonato da una cellula somatica, la pecora Dolly nel 1996, Avantea ha sviluppato la tecnica della clonazione adattandola alle caratteristiche biologiche delle diverse specie animali generando alcuni dei “first clone” nella specie bovina, equina e suina.
Galileo, primo clone al mondo di un toro adulto
Nel 1999 presso il Laboratorio di Tecnologie della Riproduzione di Avantea nasce il primo clone al mondo di un toro adulto: Galileo, una copia genetica del famoso toro americano Zoldo di razza Bruna. Galileo non è solo il primo toro clonato ma è anche il primo clone ottenuto utilizzando linfociti, le cellule bianche del sangue, raccolti dal soggetto originale Zoldo. Una nuova tecnica sperimentata per dimostrare la possibilità di clonare animali anche attraverso un semplice prelievo di sangue.
Prometea, primo clone equino al mondo
Nel 2003 Avantea ottiene il primato mondiale del primo cavallo clonato, la puledra Prometea, annunciata da un articolo scientifico di Nature che la rende celebre presso tutta la comunità scientifica. Prometea non è solo il primo cavallo clonato ma ha anche una seconda peculiarità che la rende unica: il fatto di essere stata partorita dalla stessa cavalla dalla quale sono state derivate le cellule utilizzate nel trasferimento nucleare.
Primi suini clonati in Italia
Nel 2005 Avantea ottiene in Italia i primi suini clonati. Da allora l’attività di ricerca si concentra sul suino e la clonazione è utilizzata soprattutto nell’ambito della ricerca biomedica.
Citazioni
Brunetti, D., Perota, A., Lagutina, I., Colleoni, S., Duchi, R., Calabrese, F., Seveso, M., Cozzi, E., Lazzari, G., Lucchini, F., et al. (2008). Transgene expression of green fluorescent protein and germ line transmission in cloned pigs derived from in vitro transfected adult fibroblasts. Cloning and stem cells 10, 409-419.
Chieppa, M.N., Perota, A., Corona, C., Grindatto, A., Lagutina, I., Vallino Costassa, E., Lazzari, G., Colleoni, S., Duchi, R., Lucchini, F., et al. (2014). Modeling Amyotrophic Lateral Sclerosis in hSOD1 Transgenic Swine. Neuro-degenerative diseases 13, 246-254.
Conchon, S., A., P., Concordet, J.P., Judor, J.P., Lagutina, I., Duchi, R., Lazzari, G., Brouard, S., Cozzi, E., Soulillou, J.P., et al. (2013). Generation of CMAH-/- piglets on GAL-/- genetic background. Xenotransplantation 20, 370-371.
Crociara, P., Chieppa, M.N., Vallino Costassa, E., Berrone, E., Gallo, M., Lo Faro, M., Pintore, M.D., Iulini, B., D'Angelo, A., Perona, G., et al. (2019). Motor neuron degeneration, severe myopathy and TDP-43 increase in a transgenic pig model of SOD1-linked familiar ALS. Neurobiology of disease 124, 263-275.
Perota, A., Lagutina, I., Colleoni, S., Duchi, R., Lazzari, G., Cozzi, E., Lucchini, F., and C, G. (2012). Efficient expression of human endothelial protein c receptor and human thrombomodulin in transfected pig primary hCD55-Gal-/- fibroblasts using f2a expression vector. Reproduction Fertility and Development 24, 229-230.
Perota, A., Lagutina, I., Duchi, R., Zanfrini, E., Lazzari, G., Judor, J.P., Conchon, S., Bach, J.M., Bottio, T., Gerosa, G., et al. (2019). Generation of cattle knockout for galactose-alpha1,3-galactose and N-glycolylneuraminic acid antigens. Xenotransplantation, e12524.
Quadalti, C., Brunetti, D., Lagutina, I., Duchi, R., Perota, A., Lazzari, G., Cerutti, R., Di Meo, I., Johnson, M., Bottani, E., et al. (2018). SURF1 knockout cloned pigs: Early onset of a severe lethal phenotype. Biochim Biophys Acta 1864, 2131-2142.
Trapani, I., Perota, A., Tiberi, P., Colecchi, L., Lagutina, I., Duchi, R., Lazzari, G., Gesualdo, C., Rossi, S., Testa, F., et al. (2018). Genome Editing to Generate a Pig Model of Stargardt Disease Type 1. Molecula Therapy 26, 403-404.