Retinite pigmentosa: un collirio (in futuro) per curarla?

Da un mio articolo su Corriere.it (link all’originale)

MILANO – Non esiste ancora una cura per la retinite pigmentosa, una malattia su base ereditaria, una delle prime cause di cecità in età giovanile, ma qualche passo in avanti si sta facendo. Un gruppo di ricercatori italiani ha da poco pubblicato sulla rivista PNAS i risultati di uno studio che potrebbe contribuire a rallentare la progressione della malattia.

LA MALATTIA – La retinite pigmentosa è una malattia genetica che colpisce i fotorecettori presenti nella retina. Danni a queste cellule portano irreversibilmente alla perdita della vista. La morte di tali strutture avviene per apoptosi, una sorta di suicidio cellulare. Da tempo si pensa che la ceramide, una molecola presente normalmente a livello cellulare la cui alterata produzione è correlata anche in malattie come Parkinson e Alzheimer, sia coinvolta attivamente nella morte dei fotorecettori. Farmaci che vadano a interferire con il processo di produzione di questa molecola rappresentano dunque dei possibili bersagli nella lotta alla retinite pigmentosa.

LO STUDIO – Nella ricerca appena pubblicata, il gruppo italiano, coordinato da Enrica Stretto del CNR di Pisa e da Riccardo Ghidoni dell’Università degli Studi di Milano è riuscito a fermare nei topi il processo di morte cellulare agendo proprio sulla produzione di ceramide, con una sostanza chiamata myriocin, che già in passato aveva dimostrato di avere questa proprietà, ma mai era stata sperimentata in modelli animali affetti da retinite pigmentosa. «La somministrazione del farmaco ha diminuito la quantità di ceramide a livello della retina – spiega Ghidoni -. Non solo, la molecola è stata in grado di aumentare il grado di sopravvivenza dei fotorecettori conservandone persino la normale struttura e funzione». Proprio quest’ultima caratteristica, valutata attraverso l’elettroretinogramma, ha dimostrato che l’occhio dei topi con retinite pigmentosa era in grado di rispondere agli stimoli luminosi.

VIE DI SOMMINISTRAZIONE – Oltre all’eccellente risultato, lo studio è stato di notevole importanza poiché la modalità di somministrazione del farmaco è stata differente rispetto alle classiche tecniche utilizzate sino ad oggi, non attraverso un’iniezione intraoculare, come si è fatto con i vari approcci terapeutici provati finora, ma con un semplice collirio contenente nanoparticelle a base di myriocin. Una tecnica decisamente meno invasiva, che renderebbe il trattamento molto più fattibile e ben accettato qualora si rivelasse efficace e sicuro anche nell’uomo.

ALTRE SPERIMENTAZIONI – Dagli Stati Uniti è da poco giunta notizia che un risultato simile a quello di casa nostra è stato raggiunto da alcuni ricercatori della New York University. In un trial clinico che ha coinvolto circa 250 pazienti affetti da degenerazione maculare, attraverso la somministrazione di un farmaco derivato dalla vitamina A, chiamato fenretinide, i ricercatori sono riusciti ad arrestare la progressione della malattia. Il farmaco in questione, a differenza di quello utilizzato nello studio italiano, non andrebbe però a bloccare la degenerazione delle cellule malate ma bensì preserverebbe quelle non ancora colpite dalla malattia.

Massaggio cardiaco addio?

Da un mio articolo su ilsussidiario.net (Link all’originale)

Massaggio cardiaco e respirazione artificiale addio. Queste due antiche tecniche potrebbero diventare tra qualche anno un lontano ricordo grazie a una tecnica studiata e brevettata dagli ingegneri del Politecnico di Milano. Il nuovo sistema, chiamato Expulsive Maneuvre Cardio-Pulmonary Resuscitation (EM-CPR), ha la capacità di stimolare il nostro “secondo cuore” addominale garantendo, in caso di arresto cardiaco, una corretta perfusione di sangue in tutto il corpo. La tecnica permetterà così di evitare decessi e danni cerebrali.

Una tecnologia che potrebbe dunque salvare la vita di più di cinquecentomila persone che ogni anno in Europa, solo in ospedale, vengono colpite da arresto cardiaco. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel numero di novembre della rivista Journal of Applied Physiology.

«Il metodo tradizionalmente utilizzato per garantire la circolazione sanguigna in casi di arresto cardiaco per extrasistole o fibrillazione ventricolare è il massaggio cardiaco toracico – dichiara Andrea Aliverti, uno degli autori dello studio -. Purtroppo però questa tecnica non sempre riesce a garantire un adeguato flusso di sangue ai principali organi. Inoltre la necessità di ventilare contemporaneamente il polmone del paziente, mediante ventilatori a pressione positiva, aggrava la situazione, in quanto la pressione dell’aria pompata si oppone al flusso di sangue».

Nello studio appena pubblicato i bioingegneri del Politecnico hanno dimostrato che la contrazione simultanea del diaframma e dei muscoli addominali consente di spostare dall’addome alle estremità anche fino a un litro di sangue. Ciò può essere ottenuto mediante stimolazione magnetica del diaframma e dei muscoli addominali. Il tutto avviene mantenendo aperta la bocca.

In particolare la genesi delle contrazioni può essere indotta grazie a delle bobine, integrate in un lettino di emergenza e posizionabili a livello delle vertebre cervicali e delle vertebre toraciche, in grado di indurre la stimolazione muscolare.

«Se la manovra viene ripetuta venti volte al minuto con una precisa alternanza tra contrazione e rilassamento, – continua Aliverti – si può generare un flusso di sangue pari alla gittata cardiaca a riposo, funzionando come un vero e proprio “secondo cuore” addominale. Non solo, con questo sistema è possibile ventilare il polmone del paziente senza ricorrere ad un ventilatore meccanico o alla respirazione bocca a bocca».

Attualmente è in corso la prima fase di sperimentazione per testarne l’efficacia e ottimizzare le successive fasi di prototipazione. «La tecnica – conclude Aliverti – per ora è stata progettata per essere utilizzata come supporto alle attuali metodiche di rianimazione utilizzate in ambito ospedaliero. Non è escluso però che in futuro, se questo nuovo approccio dovesse dare buoni risultati, di poter utilizzare l’EM-CPR non solo negli ospedali ma anche sui mezzi di soccorso».

Fotografare la visione (La Stampa, Tuttoscienze)

Da un mio articolo su La Stampa (link all’originale)

Mentre state leggendo queste prime parole nel vostro occhio stanno avvenendo milioni di reazioni chimiche cicliche che vi permettono di vedere. Un processo talmente veloce che nel passato è sempre sfuggito a qualunque tipo di osservazione. In uno studio apparso sulla rivista Nature, il team del professor Marco Garavelli dell’Università di Bologna, in un progetto internazionale che ha visto la collaborazione del Politecnico di Milano e della University of California di Berkeley, è riuscito per la prima volta al mondo a immortalare gli istanti iniziali del processo chimico responsabile della visione. Non solo, lo studio ha dimostrato una volta per tutte l’esistenza delle intersezioni coniche, aree capaci di accelerare le reazioni chimiche ma la cui presenza era prevista solo a livello teorico.

L’occhio umano è composto da milioni di cellule tra cui i bastoncelli, strutture responsabili della visione notturna, capaci di captare la luce e trasformarla in impulso nervoso grazie alla presenza di una proteina chiamata rodopsina. Nel cuore di essa vi è il retinale, una molecola sensibile alla luce che è in grado di dare il via alla complessa serie di reazioni che generano l’impulso elettrico. «Il fenomeno che sta alla base della visione è uno di quei processi foto-chimici più veloci che si conoscano in natura. Dal momento in cui un fotone colpisce una molecola di rodopsina la prima reazione si conclude in un tempo brevissimo pari a circa 200 femtosecondi» dichiara Marco Garavelli. Il retinale, in quell’istante in cui i fotoni impattano con l’occhio, cambia rapidamente la propria forma generando così la cascata di reazioni che portano alla visione. Il processo oltre ad essere molto veloce ed estremamente efficiente è rimasto per molto tempo misterioso. Mai nessuno infatti era riuscito ad osservarlo in maniera diretta e a decifrarne ogni singolo cambiamento conformazionale.

Dopo più di dieci anni di studi finalmente i gruppi di ricerca coinvolti nell’esperimento sono stati in grado di realizzare una sorta di filmato in tempo reale di questo processo di trasformazione. Il lungo lavoro che ha portato allo straordinario risultato si è diviso in due parti. La prima, ad opera del professor Garavelli, ha avuto come obiettivo l’ottenimento, attraverso l’utilizzo di potenti calcolatori, della simulazione virtuale di come avviene la reazione. Un filmato dettagliato di ogni minimo cambiamento conformazionale della rodopsina. La seconda, grazie al professor Cerullo del Politecnico di Milano, a “filmare” in tempo reale la reazione che avviene a livello oculare. Ciò è stato possibile grazie all’utilizzo di una sorta di “telecamera”, in grado di catturare ogni singolo fotogramma della reazione, attraverso flash di luce laser ultraveloci dell’ordine di pochi miliardesimi di milionesimi di secondo. «La nostra simulazione ottenuta attraverso strumenti informatici è stata confrontata con i risultati provenienti dagli esperimenti effettuati a Milano. Straordinariamente i dati rilevati sperimentalmente combaciavano perfettamente con la simulazione al computer» continua Garavelli.

Come detto in precedenza, i risultati ottenuti hanno fornito la prova pratica dell’esistenza di un particolare processo noto con il nome di “intersezioni coniche” o, più semplicemente “buchi neri della chimica”. Sino ad oggi, queste aree previste solo a livello teorico, sono state finalmente dimostrate a livello sperimentale. Come dichiara Garavelli, «Il fenomeno può essere paragonato a quello che si verifica in campo astronomico. In analogia ai buchi neri appunto, le intersezioni coniche sono dei punti in grado di attirare, catturare e infine accelerare le molecole in gioco rendendo così la reazione chimica estremamente veloce ed efficiente. Ciò spiega l’elevata sensibilità dell’occhio umano e non solo». Pensiamo ad esempio alla visione notturna di molti animali che riescono a percepire, in condizioni di luce quasi assenti, la più flebile delle sorgenti luminose. Questa grande sensibilità dell’occhio è proprio possibile grazie alla velocissima reazione foto-chimica.

Aver decifrato ogni singola fase della complessa e repentina reazione porterà, seppur non nell’immediato, a possibili applicazioni tecnologiche. «Studiare il comportamento delle proteine coinvolte nella visione è il passo necessario per lo sviluppo di tecnologie basate sulle reazioni foto-chimiche» conclude Garavelli. Imparando dunque dai processi che avvengono continuamente in natura è possibile pensare alla progettazione futura di sistemi, basati sulla sintesi di molecole analoghe a quelle biologiche, come memorie ottiche e sensori di luce simili alla retina. Non solo, lo studio di queste reazioni foto-chimiche è essenziale per comprendere il fenomeno biologico della foto protezione del DNA dalle radiazioni solari.

L’originale sul cartaceo (clicca per ingrandire):

Riparare il DNA

Da un mio articolo su ilsussidiario.net (link all’originale)

Anche se in questo periodo di pioggia ne sentiamo particolarmente la mancanza l’esposizione prolungata e senza protezioni alla luce del sole è alla base dello sviluppo dei tumori della pelle. Per fortuna il nostro corpo possiede una serie di sistemi in grado di riparare i danni al DNA causati dai raggi ultra-violetti (UV). Se però anche questi sistemi non funzionano, come nel caso di diverse malattie genetiche, allora la possibilità di sviluppare melanomi e altri tipi di tumore è assai elevata.
Un gruppo di ricercatori dell’Università degli Studi di Milano, coordinato da Marco Muzi Falconi e Paolo Plevani, ha individuato il meccanismo molecolare che sta alla base del processo di riparazione del DNA dai danni da raggi UV, soprattutto quando si tratta di danni particolarmente gravi o estesi. I risultati sono stati pubblicati dalla rivista Molecular Cell. Ne abbiamo parlato con uno degli autori, il professor Muzi Falconi. Ecco le risposte che ha dato a ilsussidiario.net

Professor Muzi-Falconi, quali sono gli effetti dei raggi UV sul DNA?

I raggi UV sono in grado di determinare delle mutazioni a livello del DNA. In presenza di un efficiente sistema di riparazione questi difetti vengono rimossi. Il problema insorge quando questi meccanismi non funzionano più e quindi il DNA comincia ad accumulare mutazioni che nel tempo possono portare allo sviluppo di tumori e altre patologie.

Esiste una patologia in particolare in cui il sistema di riparazione è danneggiato?

Si, tra le più famose vi è lo xeroderma pigmentoso, in cui pazienti sono così sensibili alla luce da essere costretti a vivere perennemente al buio per limitare il rischio di danni agli occhi e tumori della pelle. Poi vi è la sindrome di Cockayne, caratterizzata da invecchiamento precoce, e la tricotiodistrofia che provoca ritardo nello sviluppo.

Come funziona il meccanismo di riparo?

Quando le radiazioni UV sono limitate, un insieme di proteine interviene per individuare ed eliminare il DNA danneggiato. Questo viene sostituito successivamente con una nuova copia in modo da far sopravvivere la cellula. Se invece il livello di raggi UV assorbito è troppo elevato intervengono i checkpoint. Sono dei punti di controllo che, bloccando temporaneamente la possibilità della cellula di replicarsi, e quindi diffondere in più copie la mutazione, consentono ad essa di avere più tempo per riparare il danno. I checkpoint costituiscono una barriera contro la formazione dei tumori e il loro malfunzionamento è una caratteristica comune delle cellule tumorali.

Qual’è stato l’obbiettivo del vostro lavoro?

Abbiamo indagato in che modo una proteina, chiamata Exo1, sia in grado di individuare le lesioni più pericolose e soprattutto in che modo possa attivare i cosiddetti checkpoint descritti precedentemente.

Come si è articolata la ricerca?

Il lavoro è stato molto lungo; l’inizio del progetto infatti risale al 2003. Durante questi anni siamo andati a studiare i meccanismi di riparazione prima nelle cellule di lievito, che rappresentano un buon modello di studio, e poi in quelle umane. Nei precedenti studi abbiamo visto che le persone con xeroderma pigmentoso non erano in grado di attivare i checkpoint e quindi, oltre a non riparare il danno, accumulavano mutazioni. Nel lavoro attuale abbiamo voluto indagare quali fossero i principali responsabili del mancato riconoscimento del danno al DNA. Cercando tra le varie proteine coinvolte nel sistema di riparazione abbiamo individuato e analizzato l’attività di Exo1, responsabile dell’attivazione del checkpoint. In questo modo abbiamo dunque capito il complesso meccanismo molecolare con cui essa agisce.

Quali prospettive può aprire uno studio come il vostro?

Comprendere come lavorano nello specifico le proteine coinvolte nella riparazione dei danni è un passo avanti molto importante. Infatti ciò può aiutarci nella prospettiva di sviluppare applicazioni che potrebbero in futuro riguardare la prevenzione di varie patologie tra cui i tumori.

Crema abbronzante: tintarella genetica

Da un mio articolo su Corriere della Sera.it (Link all’originale)

MILANO – Lettini solari e ore sulla sdraio in riva al mare addio. Per avere una perfetta e naturale abbronzatura basterà spalmarsi di crema e aspettare che la melanina cominci a farsi vedere. Non con un autoabbronzante, ma agendo addirittura su un gene. Questa ipotesi, forse non così lontana dalla realtà, è frutto degli studi di un gruppo di ricerca guidato dal professor David Fisher del Massachusetts General Hospital. In un lavoro pubblicato dalla rivista Genes and Development il team del ricercatore statunitense, disattivando un particolare gene chiamato PDE-4D3, è riuscito a scurire la pelle degli animali sottoposti al test senza che fossero stati esposti al sole.

FATTORE MELANINA – La produzione di melanina, che noi ricolleghiamo al colorito dall’aspetto sano di chi si espone molto al sole, è in realtà un meccanismo di difesa, il rimedio naturale che il nostro corpo utilizza per difendersi dai danni provocati dalle radiazioni solari. Un ottimo sistema in grado di prevenire la formazione di tumori della pelle: studiarla è quindi di fondamentale importanza soprattutto per mettere a punto strategie di prevenzione.

LO STUDIO – La produzione di melanina è un processo che viene regolato da numerosi geni tra cui PDE-4D3. Esso è un enzima in grado di bloccare il meccanismo che porta alla produzione della preziosa sostanza protettiva. L’idea di Fisher è stata quella di disattivare tale gene per rimuovere così il blocco e produrre quindi più melanina. Lo studio è stato effettuato per ora nei topi. Attraverso la somministrazione di alcuni agenti chimici in grado di disattivare la funzione di PDE-4D3, i ricercatori sono riusciti a ottenere dopo soli cinque giorni un sorprendente aumento della pigmentazione della pelle degli animali rispetto a quelli non trattati. Tutto ciò senza mai averli esposti direttamente alla luce solare o sotto apposite lampade abbronzanti.

PREVENZIONE – Lo studio, pur essendo stato effettuato per ora sui topi, apre importanti prospettive anche per l’uomo. «L’obiettivo primario dell’indurre la produzione di melanina nell’uomo è la prevenzione del cancro della pelle, dal momento che tutte le forme più comuni di queste neoplasie sono associate all’esposizione ai raggi ultravioletti» dichiara David Fisher. Attivando dunque una maggior produzione di melanina la pelle risulterebbe più protetta e anche più abbronzata. La crema non c’è ancora, ma i risultati dello studio potrebbero aprire nuove prospettive per la ricerca. E un giorno, chissà, ci si potrà garantire una tintarella perfetta, proteggendo la pelle invece che mettendola a rischio.