IT201800003818A1 - Nuovi farmaci prosenescenza - Google Patents
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Description
"NUOVI FARMACI PROSENESCENZA”
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce all’uso d’inibitori della metallo-proteasi ADAMTS5 e composizioni che lo comprendono, per uso come farmaco induttore della senescenza cellulare. In particolare si riferiscono all’uso d’Inibitori della metallo-proteasi ADAMTS5 per uso come induttore della senescenza cellulare in un metodo di trattamento del tumore.
STATO DELLA TECNICA ANTERIORE
La senescenza è uno stato in cui la cellula, in risposta a precisi stimoli, perde la capacità replicativa pur mantenendosi metabolicamente attiva. Essa svolge ruoli fisiologicamente importanti durante i processi di invecchiamento e risulta essere cruciale nel contrastare la crescita incontrollata delle cellule tumorali. Nonostante le cellule senescenti si trovino in uno stato non proliferativo, rimangono comunque metabolicamente attive e iniziano a secernere un ampio numero di citochine e fattori pro-infiammatori, assumendo quindi un fenotipo secretorio (senescence-associated secretory phenotype, SASP). Questo “secretoma” è in grado di attivare la risposta immunitaria antitumorale e promuovere la rimozione delle cellule senescenti stesse (“sorveglianza della senescenza”). Incrementare la senescenza cellulare in un contesto tumorale porta ad un arresto della crescita della neoplasia ed all’attivazione della risposta immunitaria, la quale può essere sfruttata nella terapia oncologica.
Ad oggi esiste un numero limitato di composti in grado di promuovere la senescenza cellulare i quali esibiscono scarsa specificità per le cellule tumorali.
Scopo della presente invenzione è fornire nuove sostanze con attività pro senescenza per uso nel trattamento dei tumori o ad altre patologie associate in cui risulta utile l’attivazione della senescenza cellulare.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si basa sulla scoperta che l’inibizione di ADAMTS5 è in grado di attivare selettivamente la senescenza delle cellule tumorali, tale scoperta è supportata dagli esperimenti riportati in dettaglio nella relativa sezione sperimentale della presente descrizione. Gli autori della presente invenzione hanno infatti identificato nuovi composti in grado di promuovere la senescenza cellulare in un modello tumorale che prevede la delezione del gene oncosoppressore Pten.
Pertanto un primo oggetto della presente invenzione sono gli Inibitori della metalloproteasi ADAMTS5 per uso come induttore della senescenza cellulare in un metodo di trattamento, in particolare in un metodo di trattamento del tumore.
Un secondo oggetto sono composizioni comprendenti della metallo-proteasi ADAMTS5 per uso come induttore della senescenza cellulare in un metodo di trattamento, in particolare in un metodo di trattamento del tumore.
Ulteriori vantaggi, così come le caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FIGURE
Figura 1 Piattaforma di screening chemogenomico per l’identificazione di composti pro-senescenza in PICS. (A) Disegno sperimentale dello screening. Le cellule MEFs Pten<-/- >e MEF Pten wt sono state trattate con a singola dose 10 µM in triplicato. La senescenza viene rilevata grazie all’inibizione della proliferazione cellulare (saggio Crystal Violetto) e dal saggio dalla positività della β-Galattosidasi associata alla senescenza (SA-β-Gal). I composti che sono in grado di inibire la proliferazione ed incrementare la senescenza nei MEF Pten null vengono testati per l’IC50. Solamente i composti che sodisfano questi filtri verranno poi sottoposti a test successivi per indagare la senescenza tramite marcatori addizionali, successivamente testati su linee cellulari di cancro, ed infine su modelli preclinici in vivo. (B). Rappresentazione grafica dello screening. A partire da più di 90000 composti, questo approccio chemogenomico è in grado di identificare composti e geni in grado di incrementare la senescenza indotta dalla perdita di Pten (PICS, Pten loss induced cellular senescence).
Figura 2 Inibizione di ADAMTS5 come strategia pro-senescente. (A) Lo screening pro-senescenza ha dimostrato che l’inibizione di ADAMTS5 è una strategia per incrementare la PICS. Questo è stato dimostrato utilizzando due diverse small molecules in grado di inibire l’attività di ADAMTS5. I nostri dati dimostrano un forte decremento della proliferazione cellulare dei MEF Pten null ma non nei MEF Pten wt. Nei MEF Pten null l’inibizione di ADAMTS5 è in grado di incrementare la PICS oltre l’80%, come dimostrato dal saggio di SA-β-Gal. Questi dati sono stati validati, testando i due inibitori di ADAMTS5 anche in linee cellulari umane di cancro alla prostata, PC3. I nostri dati mostrano una forte inibizione della proliferazione cellulare ed un incremento della percentuale delle cellule positive al saggio della SA-β-Gal rispetto al controllo (DMSO). (B) Struttura chimica dei due inibitori di ADAMTS5 utilizzati. (C) Abbiamo validato questi risultati in un ampio pannello di linee cellulari umane di cancro alla prostata (22RV1, LNCaP, Du-145) e linee cellulari di cancro alla prostata murine (TrampC1 e TrampC1 Pten null). Inoltre l’inibizione di ADAMTS5 è stata testata anche su linee cellulari umane di cancro al colon, HTC116 ed HTC116 PTEN null. I grafici a barre mostrano che in tutte queste linee cellulari i nostri dati dimostrano che l’inibizione di ADAMTS5 è in grado di diminuire la proliferazione cellulare (C) ed al contempo incrementare la senescenza (D).
Figura 3 L'inibizione farmacologica e la down-regolazione di ADAMTS5 sono in grado di promuovere la senescenza in linee cellulari di cancro. Analisi dei livelli trascrizionali di geni marcatori di senescenza (p16, p21, pp27 e PAI-1). (A) Il grafico a barre mostra i profili di espressione di questi geni in TrampC1 trattate con 2.5 µM di inibitore di ADAMTS5. Si osserva un marcato incremento di tutti i marcatori di senescenza nelle cellule trattate (TC12.5 µM) rispetto al controllo non trattato (TC1). Abbiamo successivamente validato questi dati andando a diminuire la trascrizione di ADAMTS5 grazie agli shRNA diretti contro ADAMTS5. Sono state testate diverse sequenze sia in linee di cancro alla prostata umane, PC3 (B) che murina, TrampC1 (C). Identificata la sequenza in grado di ridurre la trascrizione di ADAMTS5 in maniera più efficace abbiamo studiato in questo contesto la risposta senescente causata dall’ablazione di ADAMTS5. (B) Nella linea cellulare PC3 la sequenza sh39 è in grado di down-regolare ADAMTS5 dell’85%. In queste cellule abbiamo dunque analizzato il profilo di espressione dei marcatori di senescenza p16, p21, p27 e PAI-1 osservando un incremento di senescenza nelle cellule dove ADAMTS5 è down-regolato (PC3 sh 39) rispetto alla linea parentale (PC3). Analogamente abbiamo eseguito gli stessi esperimenti in linee cellulari di cancro alla prostata murine, TrampC1 (C). Abbiamo identificato l’sh64 come migliore tra quelli testati (down-regolazione di ADAMTS5 dell’80%). Successivamente in queste cellule sono stati analizzati i profili di espressione dei marcatori di senescenza p16, p21, p27 e PAI-1. Il grafico a barre mostra un incremento di senescenza nelle cellule dove ADAMTS5 è down-regolato (TC1 sh64) rispetto alla linea parentale (TC1).
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si compone dei seguenti aspetti, descritti in dettaglio di seguito. Un primo oggetto della presente invenzione riguarda l’uso di inibitori della metallo-proteasi ADAMTS5 come induttori della senescenza cellulare in un metodo di trattamento, in particolare in un metodo di trattamento di un tumore.
Il tumore trattato potrà essere scelto ad esempio tra tumore del pancreas, prostata, polmoni, vescica, ghiandola mammaria, colo-retto, sarcomi, rene, tiroide. aggiungere altri tipi di tumore se opportuno.
Nella presente descrizione con il termine “induttore della senescenza cellulare” s’intende una sostanza in grado di promuovere lo stato di senescenza cellulare.
ADAMTS5 è un enzima noto al tecnico del settore anche come “A disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 5” ed è descritto in The Journal of Biological Chemistry.274 (36): 25555–63. Il riferimento della proteina umana in banca dati UNIPROT è Q9UNA0.
Esempi di inibitori della metallo-proteina ADAMTS5 sono la small molecule GLPG 1972 e gli anticorpi terapeutici CRB0017 ed i suoi successivi anticorpi terapeutici sviluppati a partire da questo, ad esempio suoi varianti o biosimilari. Secondo una forma di realizzazione sarà usato anticorpo anti-ADAMTS5 inibente o degradante. Secondo una forma di realizzazione sarà usato un inibitore genetico della metalloproteina ADAMTS5, cioè un inibitore in grado d’inibire l’espressione genica dell’ADAMTS5, ad esempio un antagomir, un oligonucleotide antisenso e un RNA inibitore. Esempi specifici di questo tipo d’inibitore sono gli short hairpin RNA clonati all’interno del vettore pLKO. In breve, con questa metodologia le cellule vengono ingegnerizzate con un vettore costitutivamente attivo che trascrive sequenze nucleotidiche che si appaiano al trascritto dell’mRNA di ADAMTS5. Questo farà sì che il trascritto di ADAMTS5 venga degradato, ottenendo quindi in knock-down di ADAMTS5. Le sequenze antisenso utilizzate per fare il knock-down di ADAMTS5 sono gli shRNA 39 avente SEQ ID NO:1 riportata di seguito:
(CCGGACCATTAGATGTCCGTTATAGCTCGAGCTATAACGGACATCTAATGGTTTT TTTG) come sequenza diretta contro il trascritto umano.
Mentre come sequenza che si appaia al trascritto murino abbiamo utilizzato l’ shRNA 64 avente SEQ ID NO:2 riportata di seguito (CCGGGCAGAGTATGAACGAATTTATCTCGAGATAAATTCGTTCATACTCTGCTTT TTG).
Inibitori della metallo-proteina potranno essere usati nella cura di pazienti affetti da cancro, preferibilmente in associazione ad uno o più chemioterapici, ad esempio Docetaxel, Palbociclib, Cisplatino e Doxorubicina.
È oggetto della presente anche una composizione farmaceutica comprendente inibitori della metallo-proteina ADAMTS5 ed un veicolante e/o un diluente per uso come attivatore della senescenza in un metodo di trattamento di una qualsiasi delle condizioni da trattare riportate nella presente descrizione. La composizione comprendente l’inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 potrà essere orale, parenterale, rettale, transdermica, topica o idonea per altra via di somministrazione. Le composizioni per uso secondo la presente invenzione potranno essere somministrate mediante qualsiasi mezzo convenzionale disponibile per uso unitamente a farmaci, o come agenti terapeutici individuali o in una combinazione di agenti terapeutici. Essi possono essere somministrati da soli, ma generalmente somministrati con un veicolante farmaceutico scelto sulla base della via di somministrazione scelta e della pratica farmaceutica standard. Il dosaggio somministrato, ovviamente, varierà dipendentemente da fattori noti, come le caratteristiche farmacodinamiche del particolare agente e dalla sua modalità e via di somministrazione; dall'età, salute e peso del ricevente; dalla natura e grado dei sintomi, dal tipo di trattamento concomitante; dalla frequenza di trattamento; e dall'effetto desiderato. Si può prevedere che un dosaggio giornaliero di ingrediente attivo sia di circa 0,001 fino a 1000 milligrammi (mg) per chilogrammo (kg) di peso corporeo, con la dose preferita che è di 0,1 fino a circa 30 mg/kg. Forme di dosaggio (composizioni adatte per somministrazione) tipicamente contengono da circa 1 mg a circa 100 mg di ingrediente attivo per unità di dosaggio. In queste composizioni farmaceutiche, l'ingrediente attivo sarà normalmente presente in una quantità di circa 0,1-95% in peso in base al peso totale della composizione.
L’inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 può essere somministrato per via orale in forme di dosaggio solide, come capsule, compresse, e polveri, o in forme di dosaggio liquide, come elisir, sciroppi, e sospensioni. Esso può essere somministrato anche per via parenterale, in forme di dosaggio liquide sterili. Capsule di gelatina contengono l'ingrediente attivo e veicoli polverizzati, come lattosio, amido, derivati di cellulosa, stearato di magnesio, acido stearico, e simili. Diluenti simili possono essere usati per preparare compresse pressate. Sia compresse che capsule possono essere fabbricate come prodotti a rilascio prolungato per fornire rilascio continuo di medicazione per un periodo di alcune ore. Compresse pressate possono essere rivestite di zucchero o rivestite con pellicola per coprire qualsiasi sapore sgradevole e proteggere la compressa dall'atmosfera, o rivestite con rivestimento enterico per la disintegrazione selettiva nel tratto gastro-intestinale. Forme di dosaggio liquide per somministrazione orale possono contenere coloranti e aromi per aumentare l'accoglienza da parte del paziente. In generale, acqua, un olio adatto, soluzione salina, destrosio acquoso (glucosio), e soluzioni di zuccheri collegati e glicoli come glicole propilenico o glicoli polietilenici sono veicoli adatti per soluzioni parenterali. Soluzioni per somministrazione parenterale contengono preferibilmente un sale solubile in acqua dell'ingrediente attivo, adatti agenti stabilizzanti, e, se necessario, sostanze tamponanti. Agenti antiossidanti come sodio bisolfito, sodio solfito, o acido ascorbico, da soli o combinati, sono agenti stabilizzanti adatti. Vengono usati anche acido citrico e suoi sali e sodio EDTA. Inoltre soluzioni parenterali possono contenere conservanti, come cloruro di benzalconio, metil- o propil-parabene, e clorobutanolo. Le composizioni farmaceutiche secondo la presente invenzione potranno comprendere uno o più ingredienti attivi, cioè sostanze farmacologicamente attive, in particolare chemioterapici.
Sono qui descritti anche i metodi di trattamento terapeutico o cosmetico delle condizioni patologiche sopra dette comprendente un passaggio di somministrazione d’inibitori di ADAMTS5 o di composizioni che li comprendono. Il metodo potrà essere di trattamento del tumore e comprendere un passaggio precedente alla somministrazione dell’inibitore in cui un campione del paziente è analizzato per rivelare lo stato di senescenza delle cellule (questo paragrafo è solo per l’eventuale brevetto USA).
Sono di sotto riportati esempi che hanno lo scopo di illustrare meglio le metodologie rivelate nella presente descrizione, tali esempi non sono in alcun modo da considerare come una limitazione della precedente descrizione e delle successive rivendicazioni.
SPERIMENTAZIONE
Allo scopo di selezionare efficacemente sostanze in grado di promuovere la senescenza è stata implementata la piattaforma sviluppata e descritta in Kalathur, M. et al. A chemogenomic screening identifies CK2 as a target for pro-senescence therapy in PTEN-deficient tumour Nat. Commun.6, 7227 (2015.
Al fine di poter identificare nuovi composti che possano essere rapidamente traslati alla clinica, senza andare incontro a problemi di sicurezza, tossicità e farmacocinetica, abbiamo scelto di testare l’abilità pro-senescente di farmaci già approvati in clinica in ambito oncologico e per il trattamento di malattie di varia natura (500 composti).
Il nostro studio è implementato con una libreria di 90000 composti che comprende: (1) nuove entità chimiche;
(2) composti in fase avanzata di sviluppo;
(3) farmaci già utilizzati in clinica per la cura di patologie di natura non oncologica (Neurologia, HIV, virologia ecc.) (Figura 1.A).
La piattaforma che abbiamo messo a punto nel nostro laboratorio è in grado di identificare i composti in grado di attivare la senescenza cellulare sulla base di due parametri: (1) l’arresto della proliferazione cellulare e (2) l’incremento della percentuale delle cellule positive al saggio di β-Galattosidasi (SA- β –Gal, marcatore di senescenza). La potenzialità pro-senescente di questi composti viene testata su fibroblasti murini embrionali (MEF) Pten-/- e WT (Figura 1.B).
Lo screening di composti pro-senescenti permette di filtrare i composti sulla base di tre proprietà:
- Efficacia: il farmaco testato in triplicato, ad una singola concentrazione (10 µM), nei MEF Pten-/- deve essere in grado di apportare una massiccia diminuzione della proliferazione cellulare ed incrementare la percentuale di cellule positive al saggio di SA- β –Gal.
- Specificità: il farmaco testato in triplicato, ad una singola concentrazione (10 µM), nei MEF Pten-/- e wt deve essere in grado di apportare una massiccia diminuzione della proliferazione cellulare ed incrementare la percentuale di cellule positive al saggio di SA- β –Gal nelle cellule Pten-/-senza impattare negativamente sui MEFs wt.
- Dose-Risposta: il farmaco testato in duplicato nel saggio di dose-risposta, sia nelle MEF Pten-/- che wt deve permettere il calcolo dell’IC50. I dati di ogni piastra sono stati normalizzati sul rispettivo controllo negativo, a seconda della popolazione cellulare, Ptenfl/fl e Pten-/- (Fig 1A, B).
Come risultato finale di questo screening di più di 90000 composti, abbiamo identificato ADAMTS5 come bersaglio da inibire per instaurare ed incrementare la senescenza cellulare.
ADAMTS5 è una metalloproteinasi che svolge una importante funzione nello sviluppo e nell’omeostasi del tessuto connettivo. ADAMTS5 è spesso studiata per il suo ruolo nello sviluppo di infiammazione, e di patologie connesse ad osteoartriti, causate dalla degradazione della cartilagine.
I nostri dati mostrano che la selettiva inibizione di ADAMTS5 con due diversi inibitori (la cui struttura chimica è riportata in figura 2. B), è in grado di arrestare la proliferazione cellulare specificatamente nei MEF Pten null, senza impattare sulla proliferazione dei MEF Pten wt (Figura 2.A). Specularmente a questo, l’inibizione di ADAMTS5 è in grado di incrementare la percentuale delle cellule senescenti nei MEF Pten-/- all’80%, come dimostrato dai saggi di SA-β-Gal. (Figura 2.A).
Questo dato è stato successivamente confermato testando gli effetti dell’inibizione di ADAMTS5 in PC3, una linea cellulare umana di cancro alla prostata. Abbiamo testato 3 diversi inibitori con differente struttura chimica (Figura 2. B), i quali hanno portato, in entrambi i casi, ad un massiccio arresto della proliferazione ed incremento delle cellule SA-β-Gal positive, rispetto al controllo non trattato (DMSO).
Successivamente abbiamo validato la capacità pro-senescente dell’inibizione di ADAMTS5 su un vasto pannello di linee cellulari di cancro umane (22RV1, LNCaP, Du-145, HTC116 ed HTC116 PTEN null) e murine (TrampC1 e TrampC1 Pten null) (Figura 2.C, D). In tutte queste linee abbiamo osservato una inibizione della proliferazione cellulare grazie al saggio del Crystal Violetto (Figura 2.C) ed un incremento della percentuale di cellule SA-β-Gal positive, indice della senescenza cellulare.
In seguito, abbiamo indagato l’espressione genica dei marcatori di senescenza p16, p21, p27 e PAI-1, dopo l’inibizione di ADAMTS5. Per questo scopo abbiamo utilizzato il modello TrampC1, una linea cellulare murina di cancro alla prosata. Le cellule sono state trattate con l’inibitore di ADAMTS5 alla dose di 2.5µM per 48 ore e successivamente sono state collezionate per gli studi di espressione trascrizionale. Le cellule trattate con 2.5µM di inibitore di ADAMTS5 (TC1 2.5uM) mostrano in forte incremento di tutti i marcatori di senescenza rispetto al controllo non trattato (TC1) (Figura 3.A).
Infine abbiamo studiato se, analogamente alla inibizione farmacologica, la downregolazione genetica di ADAMTS5 fosse in grado di indurre la senescenza cellulare. Per questo scopo abbiamo utilizzato due linee cellulari di cancro alla prostata, una umana, PC3, ed una murina, TrampC1. La down-regolazione dei livelli di mRNA è stata eseguita utilizzando la tecnologia degli short hairpin RNA (shRNA). Abbiamo validato diverse sequenze, e selezionato quelle che portano a un decremento di mRNA di circa l’80% (Figura 3.B, C). Successivamente abbiamo studiato il profilo di espressione dei marcatori di senescenza p16, p21, p27 e PAI-1 delle cellule dove abbiamo down-regolato ADAMTS5 rispetto alle cellule parentali (dove ADAMTS5 non è down-regolato).
Nel modello PC3, i nostri dati mostrano che l’shRNA 39 è in grado di down-regolare i livelli di mRNA dell’85%. Queste cellule state collezionate per studiare i profili trascrizionali di p16, p21, p27 e PAI-1. I nostri dati mostrano che le cellule dove ADAMTS5 è down-regolato (PC3 sh39) hanno un incremento nell’espressione di questi marcatori di senescenza rispetto alle cellule parentali (PC3) (Figura 3.B).
Analogamente, nel modello TrampC1 i nostri dati mostrano che l’shRNA 64 è in grado di down-regolare i livelli di mRNA dell’80% in TrampC1. Queste cellule sono state collezionate per studiare i profili trascrizionali di p16, p21, p27 e PAI-1. I nostri dati mostrano che le cellule dove ADAMTS5 è down-regolato (TC1 sh64) hanno un incremento nell’espressione di questi marcatori di senescenza rispetto alle cellule parentali (TC1) (Figura 3.C).
I nostri dati mostrano che, in entrambe le linee cellulari di cancro alla prostata la downregolazione di ADAMTS5 correla con un forte incremento di questi marcatori di senescenza a livello trascrizionale.
In conclusione i nostri dati mostrano che sia in linee cellulari primarie, che in linee cellulari di cancro, umane e murine, l’inibizione (farmacologica e genetica) di ADAMTS5 è in grado di portare le cellule in senescenza.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Inibitore della metallo-proteasi ADAMTS5 per uso come induttore della senescenza cellulare in un metodo di trattamento.
- 2. Inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 per uso secondo la rivendicazione 1 in cui detto metodo di trattamento è un metodo di trattamento del tumore.
- 3. Inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 per uso secondo la rivendicazione 2 in cui detto tumore è scelto tra tumore del pancreas, prostata, polmoni, vescica, ghiandola mammaria, colo-retto, sarcomi, rene, tiroide e melanoma.
- 4. Inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 per uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 in associazione ad un farmaco chemioterapico, in particolare in associazione al Docetaxel e/o Palbociclib.
- 5. Inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 per uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4 in cui detto inibitore è scelto tra GLPG1972, shRNA avente SEQ ID NO:1 o SEQ ID NO:2, un antagomir, un oligonucleotide antisenso, un miRNA, una molecola organica, l’anticorpo CRB0017 o suoi varianti.
- 6. Composizione farmaceutica per uso come induttore della senescenza cellulare in un metodo di trattamento comprendente un inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 e uno o più veicolanti e/o diluenti e/o eccipienti.
- 7. Composizione farmaceutica per uso come induttore della senescenza cellulare in un metodo di trattamento di un tumore comprendente un inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 e uno o più veicolanti e/o diluenti e/o eccipienti.
- 8. Composizione farmaceutica per uso secondo la rivendicazione 7 in cui detto tumore è scelto tra tumore del pancreas, prostata, polmoni, vescica, ghiandola mammaria, colo-retto, sarcomi, rene, tiroide.
- 9. Composizione farmaceutica per uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8 ulteriormente comprendente uno o più chemioterapici.
- 10. Composizione farmaceutica per uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9 cui detto inibitore della metallo-proteina ADAMTS5 è scelto tra GLPG1972, shRNA avente SEQ ID NO:1 o SEQ ID NO:2, un antagomir, un oligonucleotide antisenso, un miRNA, una molecola organica, un anticorpo anti-ADAMTS5, in particolare l’anticorpo CRB0017 o suoi varianti.
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