Il sistema CRISPR-Cas9 si basa su una proteina, Cas9, che può essere facilmente programmata per tagliare il DNA in punti precisi del genoma. Questo sistema può essere sfruttato sia per eliminare specifici geni che come correttore genomico. In particolare, abbiamo generato delle linee di cellule pluripotenti indotte mancanti dei geni che codificano per la policistina 1 e la policistina 2, due proteine la cui mutazione può essere causa dell’insorgenza di una malattia nota come rene policistico autosomico dominante. Inoltre, abbiamo corretto una mutazione puntiforme nel gene PAX2 in cellule staminali pluripotenti indotte derivate da un paziente affetto dalla forma familiare di glomerulosclerosi focale segmentaria. Le cellule editate ci hanno permesso di capire i meccanismi molecolari alla base della malattia e ci permetteranno di disegnare nuovi farmaci mirati.

Utilizzando il sistema CRISPR/Cas9 abbiamo modificato le iPSC in modo da renderle universali - chiamate anche ipoimmunogeniche (ipo-iPSC) - ossia non più paziente-specifiche e utilizzabili come possibile terapia cellulare per tutti i pazienti. Abbiamo differenziato le ipo-iPSC in cellule adulte del fegato, in particolare epatociti, cellule stellate epatiche e cellule endoteliali, con le quali abbiamo creato delle strutture 3D che mimano il fegato. Dopo aver confermato la capacità di questi mini-organi di svolgere le principali funzioni del fegato, li trapianteremo in modelli sperimentali di malattia e valuteremo la loro capacità di rilasciare in circolo proteine terapeutiche.

Analizziamo biopsie di tessuto renale provenienti sia da pazienti, che da modelli sperimentali, con l’obiettivo di caratterizzare le lesioni strutturali in diverse patologie renali e valutare l'efficacia di trattamenti farmacologici, prestando particolare attenzione all'ultrastruttura e alla funzione del filtro glomerulare. Con lo scopo di creare il primo atlante di patologia renale al microscopio elettronico a scansione (SEM), abbiamo analizzato pazienti con nefropatia diabetica severa, che rappresenta la causa principale di malattia renale allo stadio terminale nel mondo industrializzato. Utilizzando il SEM abbiamo dimostrato che la scarsa efficacia dei farmaci, se somministrati tardi nel corso della malattia, è dovuta alla perdita di integrità strutturale del glomerulo e nello specifico nella perdita di quelle cellule che rappresentano il target del farmaco, che quindi non può più svolgere la sua azione protettiva. Utilizzando una specifica applicazione SEM, abbiamo anche documentato come i pori di filtrazione glomerulare siano realmente organizzati e messo a punto un metodo digitale morfometrico per quantificare le dimensioni dei pori della filtrazione, uno strumento cruciale per valutare l'integrità del filtro glomerulare. Abbiamo inoltre sviluppato un metodo innovativo di imaging, chiamato SE-SEM, basato sull'acquisizione al SEM di elettroni secondari emessi da una sezione di tessuto posta su un vetrino ricoperto di carbonio. Questo metodo consente di osservare il tessuto renale e di altri organi con una risoluzione simile a quella ottenuta con la microscopia elettronica a trasmissione, ma su aree di interesse molto più grandi e in tempi molto più brevi rispetto a quelli richiesti dai metodi di microscopia elettronica convenzionali.