TOSSICOLOGIA E FARMACOLOGIA ANTITUMORALE

Parole chiave: chemioterapia antitumorale, chemioprevenzione, botanical drug, composti di origine naturale, biomarcatori cellulari e genetici, genotossicità, analisi del rischio cancerogeno.

Descrizione dell'attività di ricerca:

L'attività del gruppo di ricerca afferisce a due ambiti principali:

1. Farmacologia antitumorale

Ogni innovazione farmacologica in oncologia significa nuove prospettive di vita per i pazienti in termini di anni di sopravvivenza, qualità della vita e benessere psico-fisico. In questo ambito, l’obiettivo principale del gruppo di ricerca è rivolto alla identificazione di strategie terapeutiche innovative efficaci e selettive per le cellule tumorali in grado di superare la chemioresistenza e limitare gli effetti tossici.

In particolare le ricerche sono indirizzate a:

• Indagare l’attività chemioterapica di nuovi composti di origine naturale, come principi attivi isolati o in forma di botanical drug, utilizzando colture cellulari primarie, linee cellulari tumorali e modelli ex-vivo ricavati da pazienti oncologici. Il meccanismo d’azione è identificato attraverso l’analisi di molteplici eventi molecolari e cellulari coinvolti nelle diverse fasi del processo cancerogenetico: citotossicità, apoptosi, proliferazione cellulare, ciclo cellulare, differenziazione cellulare, neoangiogenesi, selettività, interazione con DNA e RNA, microRNA, ecc. Di recente, particolare attenzione è rivolta allo studio di nuove molecole in grado di indurre morte cellulare immunogenica, un particolare tipo di morte cellulare in grado di stimolare il sistema immunitario e di promuovere l’eradicazione tumorale.

• Esplorare l’attività chemiopreventiva di fitochimici nei confronti del processo cancerogenetico e studiare il loro meccanismo d’azione in grado di contrastare l’eziopatogenesi del tumore e le fasi iniziali dell’oncogenesi. Gli effetti biologici studiati comprendono l’attività citoprotettiva e antimutagena, che vengono indagate attraverso l’impiego di protocolli di trattamento diversificati che permettono di comprenderne il meccanismo alla base dell’attività chemiopreventiva.
• Identificare strategie fisico-farmacologiche innovative, basate sull’impiego del plasma non termico per il trattamento terapeutico delle leucemie.
• Sviluppo di reti neurali come nuova strategia per la scoperta di nuovi farmaci in ambito oncologico: applicazione nella predizione dell’attività farmacologica.

2. Tossicologia

Il cancro rappresenta la seconda causa di morte e una patologia ad alto impatto sociale. La prevenzione e la possibilità di ridurre l’incidenza delle patologie oncologiche rivestono un ruolo prioritario per la salute pubblica. In questo ambito, l’obiettivo principale del gruppo di ricerca è indirizzato all’analisi del rischio cancerogeno per l’uomo associato all’esposizione a composti chimici di diversa origine (inquinanti ambientali, contaminanti alimentari, farmaci, cosmetici).

In particolare, le ricerche sono rivolte a:

• Progettare studi di epidemiologia molecolare per l’identificazione di biomarcatori genetici e molecolari come indici precoci di patologie cronico-degenerative in popolazioni caratterizzate da diversi stili di vita (fumo, attività fisica, dieta).
• Identificare biomarcatori di effetti citotossici e di danno genetico per valutare la tossicità di farmaci, inquinanti ambientali e contaminati alimentari.

Settori ERC (European Research Council):

LS7 Diagnostic Tools, Therapies and Public Health: Aetiology, diagnosis and treatment of disease, public health, epidemiology, pharmacology, clinical medicine, regenerative medicine, medical ethics

LS7_3 Pharmacology, pharmacogenomics, drug discovery and design, drug therapy

LS7_5 Toxicology

LS3 Cellular and Developmental Biology: Cell biology, cell physiology, signal transduction, organogenesis, developmental genetics, pattern formation in plants and animals, stem cell biology

LS3_3 Cell cycle and division

LS3_4 Apoptosis

LS3_5 Cell differentiation, physiology and dynamics

Coordinatore scientifico: Carmela Fimognari (Professoressa ordinaria)

Membri del gruppo: Eleonora Turrini (Professoressa associata); Francesca Maffei (Ricercatrice confermata); Giulia Greco (Assegnista di ricerca); Valentina Pellicioni (Assegnista di ricerca)

Collaborazioni internazionali

• Laboratoire de BiologieMoléculaire du Cancer, HôpitalKirchberg, Luxembourg (prof. Marc Diederich)
• Cancer Research Institute, Department of Basic Medical Sciences, Faculty of Medicine and Health Sciences, Ghent University (prof. Dmitri Krysko)
• Department Cellular & Molecular Medicine, Faculty of Medicine, Campus Gasthuisberg, Cell Death Research and Therapy laboratory, Leuven, Belgium (prof. Patrizia Agostinis)
• Department of Pharmaceutical Sciences, College of Pharmacy, Larkin Health Sciences Institute, Miami (prof. Anupam Bishayee)
• Institute of Food Science & Nutrition, Faculty of Agricultural Sciences and Technology, Bahauddin Zakariya University (prof. Saeed Akhtar, dr. Tariq Ismail)
• Department of Biomedicine, UniversityHospitalBasel, Basel, Switzerland (prof. Giulio Cesare Spagnoli)
• German Research Center for Environmental Health, Institute of Molecular Toxicology and Pharmacology, Munich, Germany (prof. Michael Nüsse)
• Public University of Navarra, Department of Health Sciences, Pamplona, Spain (prof. Ignacio Encío)
• University Hospital of Ulm, Department of Internal Medicine III and Institute of Experimental Cancer Research, Ulm, Germany (prof. Christian Büske)
• Biological Research Institute, National Council of Scientific and Technique Research (CONICET), University of Mar del Plata, Mar del Plata (UNMDP), Argentina (prof. Maria G. Guevara)
• University POLITEHNICA of Bucharest, Chemical Engineering Department, Bucharest, Romania (dr. Melinda R. Marton)
• University of Gävle, Department of Building, Energy and Environmental Engineering, Gävle, Svezia(Prof. Sandra A. I. Wright).

Collaborazioni nazionali

• Dipartimento di Scienze Biomolecolari, Università di Urbino (proff. Elisabetta Falcieri, Stefano Papa, Piero Sestili)
• Dipartimento di Scienze della Vita e Biotecnologie, Università di Ferrara (proff. Alessandra Guerrini, Gianni Sacchetti)
• Divisione di Medicina Clinica e Sperimentale, Università di Pisa (prof. Giovanni Carulli)
• Istituto Sperimentale per le Colture Industriali, MiPA, Bologna (dr. Renato Iori).
• Laboratorio di Oncologia Molecolare, Istituti Ortopedici Rizzoli, Bologna (dr. Luca Sangiorgi)

Collaborazioni con docenti dell’Università di Bologna

• Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” (prof. Marco Lucarini; prof. Matteo Calvaresi)
• Dipartimento di Chimica Industriale “Toso Montanari” (prof. Andrea Mazzanti)
• Dipartimento di Medicina Specialistica, Diagnostica e Sperimentale (prof. Maurizio Brigotti)
• Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie (proff. Federica Belluti, Donatella Canistro, Alessandra Bisi, Silvia Gobbi, Patrizia Hrelia, Monia Lenzi, Alessandra Locatelli, Anna Minarini, Rita Morigi, Moreno Paolini, Ferruccio Poli).
• Dipartimento di Ingegneria Industriale (prof. Vittorio Colombo, dr. Matteo Gherardi)).
• Dipartimento di Scienze per la Qualità della Vita, Università di Bologna (proff. Andrea Milelli, Valeria Righi, Vincenzo Tumiatti).

Produzione scientifica - (tra i più significativi pubblicati negli ultimi anni)

• Greco G, Ulfo L, Turrini E, Marconi A, Costantini PE, Marforio TD, Mattioli EJ, Di Giosia M, Danielli A, Fimognari C, Calvaresi M. (2023) Light-Enhanced Cytotoxicity of Doxorubicin by Photoactivation. Cells;12(3):392. doi: 10.3390/cells12030392.
• Mattioli EJ, Ulfo L, Marconi A, Pellicioni V, Costantini PE, Marforio TD, Di Giosia M, Danielli A, Fimognari C, Turrini E, Calvaresi M. (2022) Carrying Temoporfin with Human Serum Albumin: A New Perspective for Photodynamic Application in Head and Neck Cancer. Biomolecules; 13(1):68. doi: 10.3390/biom13010068.
• Catanzaro E, Turrini E, Kerre T, Sioen S, Baeyens A, Guerrini A, Bellau ML, Sacchetti G, Paganetto G, Krysko DV, Fimognari C. (2022) Perillaldehyde is a new ferroptosis inducer with a relevant clinical potential for acute myeloid leukemia therapy. Biomed Pharmacother;154:113662. doi: 10.1016/j.biopha.2022.113662.
• Greco G, Schnekenburger M, Catanzaro E, Turrini E, Ferrini F, Sestili P, Diederich M, Fimognari C. (2022) Discovery of sulforaphane as an inducer of ferroptosis in u-937 leukemia cells: expanding its anticancer potential. Cancers;14(1):76. doi: 10.3390/cancers14010076.
• Greco G, Catanzaro E, Fimognari C. (2021) Natural products as inducers of non-canonical cell death: a weapon against cancer. Cancers;13(2):304. doi: 10.3390/cancers13020304.
• Calcabrini C, Maffei F, Turrini E, Fimognari C. (2020). Sulforaphane potentiates anticancer effects of doxorubicin and cisplatin and mitigates their toxic effects. Front Pharmacol;11:567. doi: 3389/fphar.2020.00567.
• Turrini E, Laurita R, Simoncelli E, Stancampiano A, Catanzaro E, Calcabrini C, Carulli G, Rousseau M, Gherardi M, Maffei F, Cocchi V, Lenzi M, Pellicioni V, Hrelia P, Colombo V, Fimognari C. (2020). Plasma-activated medium as an innovative anticancer strategy: insight into its cellular and molecular impact on in vitro leukemia cells. Plasma Process Polym;e2000007. doi: 10.1002/ppap.202000007.
• Turrini E, Catanzaro E, Ferruzzi L, Guerrini A, Tacchini M, Sacchetti G, Paganetto G, Maffei F, Pellicioni V, Poli F, Hrelia P, Mandrone M, Sestili P, Brigotti M, Fimognari C. (2019). Hemidesmus indicus induces apoptosis via proteasome inhibition and generation of reactive oxygen species. Sci Rep;9(1):7199. doi: 10.1038/s41598-019-43609-5.
• Catanzaro E., Seghetti F., Calcabrini C., Rampa A., Gobbi S., Sestili P., Turrini E., Maffei F., Hrelia P., Bisi A., Belluti F., Fimognari C. (2019). Identification of a new tamoxifen-xanthene hybrid as pro-apoptotic anticancer agent. BioorgChem 86: 538-549.
• Catanzaro E., Greco G., Potenza L., Calcabrini C., Fimognari C. (2018). Natural products to fight cancer: a focus on Juglans regia. Toxins 10(11). doi: 10.3390/toxins10110469.
• Sestili P., Ismail T., Calcabrini C., Guescini M., Catanzaro E., Turrini E., Layla A., Akhtar S., Fimognari C. (2018). The potential of Ocimum basilicum on health: a review of pharmacological and toxicological studies. Expert Opin Drug Metab Toxicol 14(7):679-692.
• Turrini E., Catanzaro E., Muraro M.G., Governa V., Trella E., Mele V., Calcabrini C., Morroni F., Sita G., Hrelia P., Tacchini M., Fimognari C. (2018). Hemidesmus indicus induces immunogenic death in human colorectal cancer cells. Oncotarget 9(36):24443-24456. doi: 10.18632/oncotarget.25325.
• Turrini E., Laurita R., Stancampiano A., Catanzaro E., Calcabrini C., Maffei F., Gherardi M., Colombo V., Fimognari C. (2017). Cold atmospheric plasma induces apoptosis and oxidative stress pathway regulation in T-lymphoblastoid leukemia cells. OxidMed Cell Longev 4271065. doi: 10.1155/2017/4271065.
• Catanzaro E., Calcabrini C., Turrini E., Sestili P., Fimognari C. (2017). Nrf2: a potential therapeutic target for naturally occurring anticancer drugs? Expert Opin Ther Targets 21(8):781-793.
• De Gianni E., Turrini E., Milelli A., Maffei F., Carini M., Minarini A., Tumiatti V., Ros T.D., Prato M., Fimognari C. (2015). Study of the cytotoxic effects of the new synthetic isothiocyanate CM9 and its fullerene derivative on human T-leukemia cells. Toxins 7:535-52.