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RU Ocular Oncology and Toxicology

Major ocular cancers are currently amenable to conservative treatment. The main limitations of conservative treatment lie in the inability to limit the onset of metastatic disease or to avoid irreversible loss of visual function due to poor knowledge of the side effects of the therapy itself. It is also essential to be able to have surveys that can also diagnose and functionally monitor the characteristics of each process that leads to the loss of visual function. At the same time, it appears essential to identify those at risk for metastatic disease within the treated population by evaluating factors intrinsic to the neoplasm and systemic. Only in this way will it be possible to proceed with the selection of subjects to be sent to adjuvant therapy or to undergo targeted follow-up. The use of local and systemic drugs can lead to ocular changes, hitherto little known. The development of new non-invasive diagnostic techniques could help in the early diagnosis of these alterations, and the restoration of normal ocular structure and function.

Toxicology

The development of new diagnostic techniques in ophthalmology has made it possible to study the different ocular pathologies in a more in-depth and less invasive way, bringing to light new knowledge on the etiology and the correlation between morphological and functional damage of the eye. In recent years, non-invasive ocular diagnostics, applied to both the posterior and anterior segment of the eye, has led to a finer, more precise and earlier diagnosis of pathology, consequently allowing earlier intervention with better results. In addition, the visual system, and the eye in particular, is an ideal model for the study of toxic effects, as a consequence of diseases of other organs or systems or of different therapeutic interventions. At the ocular level, the microcirculation (the retinal one is similar to the cerebral one) and the different components of the nervous system (both central - the ganglion fibers of the retina - and peripheral - the corneal innervation) can be studied non-invasively and in vivo. From these premises derive the first applications of in vivo ocular toxicology aimed at the study of both systemic diseases and modern therapeutic approaches.

Objectives

The objectives of the line can be summarised in the ongoing research and in the new research lines planned with:

1) Increased overall survival, reduced visual impairment and improved quality of life in patients with intraocular and systemic neoplastic and degenerative diseases, identification of innovative and targeted diagnostic and prognostic techniques.

2) Analysis of the biochemical composition of intraocular fluids in intraocular neoplastic and degenerative diseases.

3) Identification of new imaging techniques and clinical biomarkers for a more targeted approach to oncological and degenerative eye diseases, also through screening programmes and the use of artificial intelligence systems.

4) Correlation of morphological parameters with the different neuroinflammatory profiles and pathology- or patient-specific glial activity identified through the qualitative and quantitative study of the expression of specific protein and biochemical factors present in the aqueous humor of subjects suffering from intraocular or systemic neoplastic/degenerative diseases compared with healthy controls.

5) Understanding of the pathophysiological mechanisms of these pathologies in order to identify effective therapeutic approaches with limited side effects.

6) Identification of biomarkers of disease in genetic neurodegenerative diseases (e.g. neurofibromatosis, von Hippel Lindau) and in neoplastic diseases related to them (e.g. Optic Nerve Glioma, haemangioblastoma) to integrate the current diagnostic approach to these diseases to achieve earlier patient management.

7) Study of ocular surface modifications in patients suffering not only from neoplastic and degenerative diseases of the anterior but also posterior segment and from toxicity secondary to oncological treatment or in systemic diseases with predominantly neurological involvement such as amyloidosis.

1. Il danno neuronale nell’occhio diabetico quale causa di cecita’
La neuropatia periferica rappresenta una delle principali e piu’ invalidanti complicanze croniche del diabete mellito, con una prevalenza intorno al 50percento. A livello oculare, la neuropatia si manifesta come neuropatia corneale e retinica. Per quanto riguarda la cornea, oltre all’ormai ben documentata riduzione della sensibilita’ corneale e ridotta secrezione della ghiandola lacrimale con conseguente aumentata secchezza oculare, gli studi scientifici recenti hanno mostrato un interesse sempre maggiore alla struttura e morfologia corneale con particolare riferimento alle alterazioni qualitative e quantitative del plesso nervoso sub-basale e stromale e alla morfologia delle singole cellule corneali. A livello retinico, e’ stato documentato un interessamento delle cellule ganglionari (reso evidente per aumento di fenomeni d’apoptosi) con la progressiva riduzione del numero delle stesse, cui consegue un assottigliamento dello strato nucleare interno. Vi e’ inoltre un coinvolgimento delle cellule gliali della retina e delle cellule di Muller, che hanno un ruolo determinante nel collegamento funzionale tra i vasi retinici e le cellule neuronali, oltre che nel metabolismo retinico del glucosio e nel mantenimento della barriera emato-retinica. Obiettivo di questa ricerca è la valutazione della neuropatia corneale in vivo mediante l’utilizzo di microscopia confocale.

2. Classificazione citogenetica in-vivo del melanoma uveale: valutazione del rischio metastatico in base al profilo d’espressione tipo stem-cell like/non-stem-cell like.
Il 50percento dei pazienti affetti da melanoma coroideale muore entro10 anni dalla diagnosi a causa dello sviluppo di malattia metastatica, nonostante il controllo locale della neoplasia. Non sono attualmente conosciute terapie in grado di arrestare la malattia metastatica clinicamente evidente. La classificazione genetica del melanoma coroideale è oggi considerata la più attendibile nella discriminazione dei pazienti ad alto rischio metastatico rispetto a quelli a basso rischio. L’evidenza di una sottoclasse di melanomi uveali con fenotipo aggressivo, il cui profilo di espressione sia classificabile come stem-cell like, è stato attualmente suggerito da alcuni autori. Obiettivo di questa ricerca è la classificazione citogenetica in-vivo del melanoma uveale mediante una valutazione del rischio metastatico in base al profilo d’espressione tipo stem-cell like/non-stem-cell like.

3. Antimetaboliti topici: monitoraggio della applicazione terapeutica in oftalmologia
Gli antimetaboliti sono molecole attivamente utilizzate nella pratica clinica oftalmologica medica e chirurgica. Le due molecole più comunemente impiegate in oftalmologia sono la Mitomicina C (MMC) e il 5-Fluoruracile (5-FU). Il 5-FU è un analogo pirimidinico ciclo-specifico, con attività selettiva su cellule in attiva fase replicativa ed effetti collaterali clinicamente classificabili come modesti e transitori. La molecola di 5-FU è inoltre poco sensibile all’inattivazione da parte di raggi UV e resistente in preparazioni per uso topico. La MMC è un’antimetabolita non ciclo-specifico, attivo sia su cellule in attiva proliferazione che in cellule in fase G0, con effetti collaterali più frequenti e importanti rispetto al 5-FU, anche se molto spesso transitori. Entrambe le sostanze sono utilizzate nella pratica chirurgica come modulatori della cicatrizzazione per le loro proprietà farmacologiche, o come terapia topica nel trattamento delle neoplasie corneo-congiuntivali. Obiettivo di questo studio è il monitoraggio degli effetti collaterali dell’applicazione terapeutica in oftalmologia degli antimetaboliti topici, principalmente mediante l’utilizzo della microscopia confocale in-vivo.

4. Metodologia diagnostica avanzata in tossicologia oculare
Le infezioni croniche con i virus dell’epatite C e B (HCV e HBV, rispettivamente) rappresentano la principale causa di epatopatia evolutiva, di cirrosi e di epatocarcinoma nel mondo. L’epatite da HBV è ancora oggi un problema sanitario di rilevanza mondiale considerando che circa 350 milioni di individui sono cronicamente infettati e che la mortalità annua attribuibile a HBV è compresa tra 500.000 e oltre 1 milione di decessi. La terapia antivirale con interferone peghilato e ribavirina rappresenta il “gold standard” per il trattamento dell'epatite cronica da HCV. Per quanto concerne l'epatite cronica da HBV, l'interferone peghilato alfa-2a viene utilizzato in monoterapia per 48 settimane, preferibilmente in pazienti giovani e con stadi di malattia lievi o moderati. Lo scopo di questa studio prospettico è il definire prevalenza, tipo e possibile effetto della terapia antivirale con interferone e ribavirina (per l'epatite C) e della terapia antivirale con interferone (per l'epatite B) a livello oculare al fine di documentare la tossicita’ locale neurovascolare e di usare questo modello per un più ampio studio in vivo.

5. Prevenzione delle complicanze della brachiterapia nel trattamento del melanoma uveale
Il trattamento radioterapico del melanoma coroideale rappresenta attualmente il metodo conservativo standard per questo tipo di tumore. Tuttavia, qualunque sia il tipo di radiazione impiegata (brachiterapia, protoni) quest’approccio terapeutico è molto spesso gravato dalla comparsa di complicanze legate all’effetto diretto della radiazione stessa (retinopatia e⁄o otticopatia, glaucoma neovascolare, distacco retinico sieroso)-dal 30percento al 60percento dei casi- che portano inevitabilmente verso una progressiva e importante riduzione dell’acuità visiva e, nelle forme più avanzate, alla perdita anatomica definitiva dell’occhio (rendendosi necessaria l’enucleazione)(12percento dei casi).
Il Triamcinolone acetonide è un corticosteroide sintetico, impiegato per la sua marcata azione antinfiammatoria. Il suo utilizzo per via intravitreale è stato riportato efficace nel trattamento dell’edema maculare diabetico e dell’edema maculare cistoide. Il triamcinolone acetonide persiste per lunghi periodi nel sito di inieizione; basse concentrazioni sono state trovate in campioni di umor acqueo fino a 1.5 anni dopo l’iniezione intravitreale. Il triamcinolone è risultato inoltre efficace nella prevenzione dell’edema maculare cistoide e nella riduzione del volume tumorale dopo brachiterapia in pazienti affetti da melanoma coroideale. Obiettivo di questo studio è valutare la sicurezza e l’efficacia dell’ utilizzo del triamcinolone acetonide mediante iniezione intravitreale nel trattamento integrato delle complicanze da brachiterapia.

6. Occhio come modello nella valutazione del danno iatrogeno del sistema nervoso centrale e periferico
La neuropatia indotta da chemioterapia (CIPN) è un problema clinicamente importante, spesso sottostimato nella sua gravità in termini di limitazione funzionale riguardo alla vita dei soggetti affetti. Il suo trattamento è scarsamente efficace, anche perché non sono stati sino ad ora condotti né a livello nazionale né internazionale trials clinici di dimensioni sufficientemente ampie per identificare una terapia adeguata. Non tutti i pazienti sottoposti a chemioterapia sviluppano la CIPN. Oltre al ruolo - per alcuni farmaci - della dose cumulativa, non sono stati al momento identificati altri fattori di rischio né esiste la possibilità di una diagnosi precoce o subclinica. Obiettivo di questo studio è valutare la presenza di danno iatrogeno del sistema nervoso centrale e periferico da chemioterapici, visualizzabile a livello oculare, mediante l’utilizzo di tecniche diagnostiche non invasive quali OCT e microscopia confocale.

7. Danno neuronale e vascolare retinico e coroideale in patologie dismetaboliche
Con lo sviluppo delle nuove tecniche diagnostiche siamo in grado di valutare il segmento posteriore dell’occhio in modo non invasivo ed in vivo. In particolare modo, l’introduzione nell’attività’ clinica dello Spectral –Domain OCT (SD-OCT) ha permesso di ottenere delle informazioni dettagliate sui diversi strati della retina e di valutare lo spessore della coroide. Lo studio automatico, permesso dalla funzione “layering” che si trova all’interno dello strumento SD-OCT , valuta in modo selettivo ed affidabile i singoli strati retinici. Gli studi istologici hanno dimostrato che gli strati retinici interni (lo strato delle fibre nervose, lo strato delle cellule ganglionari, lo strato plessiforme interno/ e nucleare interno) risultano precocemente alterati nelle diverse malattie dismetaboliche (come per esempio la retinopatia diabetica). Questo e’ un indice precoce della neuropatia retinica, presente in diverse patologie. Poter dimostrare queste alterazioni, in vivo, e in tempo reale, permetterebbe di diagnosticare in modo precoce e di documentare le alterazioni neuronali retiniche al fine di aiutare nella scelta del trattamento.
Inoltre, lo studio clinico della coroide, finora eseguibile soltanto mediante l’utilizzo del verde di indocianina e di ecografia B- scan, ora e’ reso possible grazie alle particolari caratteristiche dello SD-OCT e dell’utilizzo di particolari tecniche di acquisizioni delle immagini. Obiettivo principale di questo studio è il valutare il anno neuronale e vascolare retinico e coroideale in patologie dismetaboliche. In particolare, per quanto riguarda la retinopatia diabetica, sara’ studiato lo spessore della coroide in sede maculare e in sede peripapillare e sara’ correlato con il grado di retinopatia diabetica e la presenza dell’edema maculare.

8. Metodologia nello screening del danno visivo
La degenerazione maculare senile rappresenta la principale causa di cecita’ legale nei paesi industrializzati al di sopra dei 65 anni. Si tratta di una patologia cronica, progressiva con diverse manifestazioni fenotipiche e con differenti stadi di evoluzione e progressione. La riduzione dell’acuita’ visiva, avviene soltanto nelle fasi avanzate della malattia, quando’ ormai e’ difficile recuperare il danno funzionale. Spesso negli stadi precoci ed intermedi di questa malattia (caratterizzati dalla presenza di drusen maculari e di alterazioni pigmentarie dell’epitelio pigmentato retinico) l’acuita’ visiva risulta normale. Per questo la misurazione dell’acuita’ visiva non sembra essere il migliore parametro funzionale nella valutazione di questa malattia. Alterazioni della sensibilita’ al contrasto, dell’adattamento al buio, della sensibilita’ retinica maculare sono stati trovati negli stadi iniziali della degenerazione maculare senile. Una diagnosi precoce e semplice del danno funzionale permetterebbe di prevenire la irreversibile diminuzione della vista e potrebbe servire come metodo di screening di questa patologia. A tale scopo sara’ valutato l’impiego di un nuovo strumento, nella determinazione della sensibilita’ retinica maculare e della stabilita’ della fissazione in un ampio numero di soggetti affetti da degenerazione maculare senile in fase precoce ed intermedia.

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