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».

COCAINA/ Dagli Usa uno studio per accelerarne il metabolismo, ma gli effetti rimangono devastanti

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Dieci milioni di europei l’hanno già provata almeno una volta. Un giro d’affari inimmaginabile. Stiamo parlando della cocaina, la droga che ha dato il triste nome di “città bianca” alla popolosa Milano. Secondo i dati forniti dall’IPSAD (Italian Population Survey on Alcohol and Drugs) il consumo di cocaina riguarda in particolar modo i maschi ed i soggetti di età compresa tra i 15 ed i 34 anni. Un numero di consumatori in costante aumento grazie anche al crollo dei prezzi per la singola dose.

Dal punto di vista chimico la cocaina appartiena alla famiglia degli alcaloidi, come la caffeina e la nicotina. Questo genere di molecole hanno una spiccata capacità di stimolare l’attività del sistema nervoso, pur con le dovute differenze. Normalmente, in seguito a degli stimoli, nel nostro cervello avviene il rilascio di neurotrasmettitori in grado di influenzare l’attività dei neuroni. Uno di questi è la dopamina, una molecola la cui carenza è implicata in una patologia neurodegenerativa importante come il Parkinson.

Questa sostanza viene rilasciata dai neuroni per dare una risposta a segnali naturali di piacere e successivamente viene riassorbita dai neuroni stessi. Evidenze sperimentali sempre più forti indicano che la cocaina agisca proprio su questo meccanismo. Impedendo il riassorbimento essa aumenta il tempo di stimolazione della dopamina e quindi prolunga il piacere. I pericolosi effetti collaterali però non mancano.

Una delle situazioni più allarmanti associate all’assunzione di questa sostanza è il fenomeno dell’overdose. La cocaina una volta assunta viene metabolizzata a livello del fegato e convertita in differenti molecole grazie a particolari enzimi chiamati esterasi. Alcuni prodotti però sono chimicamente molto simili alla cocaina. Per questa ragione continuano ad essere tossici, in distretti fondamentali come cuore, fegato e cervello, anche dopo diverso tempo dall’assunzione. Una situazione questa che si riscontra facilmente in pazienti in overdose.

Attualmente una delle strategie nella cura della tossicità da overdose è quella che vede l’eliminazione della cocaina e dei suoi metaboliti dal circolo sanguigno. In questo contesto si colloca la ricerca del professor Remy L. Brim della University of Michigan. L’idea dello scienziato americano è quella di poter utilizzare degli enzimi, le esterasi appunto, in grado di metabolizzare la cocaina più velocemente rispetto a quelle del nostro corpo. Brim e i suoi collaboratori hanno infatti “ingegnerizzato” un enzima, chiamato cocaina esterasi (CocE) in grado di accelerare il processo di conversione della cocaina ad una velocità 1000 volte superiore rispetto all’enzima che risiede nel nostro fegato.

CocE è un enzima che è stato scoperto in quei batteri del suolo che vivono in prossimita delle radici delle piante dalle quali si ricava la cocaina. Gli studi preliminari condotti dal professor Brim si sono concentrati nel modificare l’enzima (ingegnerizzarlo) per renderlo ancor più efficiente. Il tutto ha prodotto risultati sorprendenti. Oltre ad aver ottenuto una maggior velocità di metabolizzazione, in modo tale da ridurre il tempo in cui le sostanze tossiche rimangono in circolo, CocE “ingegnerizzato” è stato in grado di degradare la cocaina senza alterare i livelli di benzoilecgonina, il metabolita non tossico che viene utilizzato in analisi clinica per rilevare il consumo di cocaina attraverso l’esame delle urine.

Precedenti studi hanno inoltre mostrato come in modelli animali da laboratorio CocE sia in grado di attenuare i danni cardiovascolari della cocaina e di abbassare significativamente la mortalità. Questi dati, uniti alle nuove conoscenze ottenute grazie al professor Remy L. Brim, suggeriscono come CocE ingegnerizzato possa diventare in un futuro non troppo lontano una utile arma per combattere i devastanti effetti dell’overdose da cocaina. Questo risultato però non deve trarre in inganno. Inutile dire ma doveroso sottolineare che i danni della cocaina infatti non sono presenti solo in caso di overdose ma avvengono ad ogni assunzione.

ENERGIA/ La vera benzina verde è il carburante ottenuto dai vegetali

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Nella fortunata saga di “Ritorno al futuro” di Robert Zemeckis, uno dei protagonisti, lo scienziato “Doc” Emmet Brown, inserendo bucce di banana direttamente nel serbatoio della macchina era in grado di farla muovere come se funzionasse a benzina. Una visione sicuramente futuristica, ma che nella sostanza non è molto lontana da alcune pratiche ormai quotidiane.

Da alcuni anni, nel mercato dei combustibili, hanno fatto la loro comparsa i cosiddetti “biocarburanti”, ovvero carburanti che vengono prodotti a partire dai vegetali. Attualmente uno dei più importanti è il bioetanolo. Ad esempio in Brasile il 20 per cento dei consumi di carburante per i trasporti interni è sostenuto proprio da questa risorsa alternativa. Purtroppo il processo di produzione di questa sostanza non è esente da problematiche di varia natura. Il professor Felice Cervone e i suoi collaboratori dell’Università “La Sapienza” di Roma, hanno recentemente pubblicato sulla rivista PNAS uno studio che promette di risolvere alcuni dei problemi legati all’ottenimento di bioetanolo.

Questa preziosa molecola è ottenibile attraverso la fermentazione degli zuccheri, operata dai microrganismi fermentatori, a partire da materie prime come la barbabietola, il mais o la canna da zucchero. Il processo si divide fondamentalmente in due tappe. La prima prevede l’estrazione dello zucchero dal vegetale, la seconda è il vero e proprio processo di fermentazione dal quale si ottiene il bioetanolo. Questo processo però implica che le risorse, normalmente utilizzate come fonte di cibo, debbano essere invece destinate alla produzione di carburante. Per ovviare a questo problema non di poco conto sono in fase di progettazione i biocarburanti di seconda generazione. «L’idea – spiega Cervone – è quella di poter produrre bioetanolo da qualsiasi fonte vegetale, quindi non necessariamente da risorse normalmente destinate all’utilizzo alimentare». Attualmente, più del 30 per cento del costo di produzione di questo tipo di bioetanolo di seconda generazione, è dovuto ai trattamenti che le cellule vegetali devono subire per poter estrarre gli zuccheri da fermentare (processo chiamato “saccarificazione”). Questo rappresenta un grosso problema per la produzione su scala industriale. Gli studi attuali sono volti dunque a progettare metodi di estrazione alternativi e a basso costo a partire da qualsiasi tipo di specie vegetale.

Le cellule vegetali sono composte per il 70-80 per cento dalla parete cellulare. Questa struttura è in grado di fornire la quantità di zuccheri necessaria alla produzione di bioetanolo. Dal punto di vista strutturale la parete è composta da fibrille di cellulosa intrappolate in lunghe catene di polisaccaridi chiamate emicellulose che sono tenute insieme, a loro volta, da un altro polisaccaride, la pectina. La pectina funziona da “collante” per mantenere fortemente compatta la parete. Proprio la compattezza della struttura rende difficile e dispendioso dal punto di vista economico l’ottenimento e l’estrazione degli zuccheri semplici da utilizzare per la fermentazione alcolica. «Nel nostro laboratorio – spiega Cervone – studiando le interazioni tra i microrganismi patogeni e le piante, abbiamo compreso come poter modificare la struttura della parete cellulare vegetale in modo tale da rendere più semplice l’estrazione degli zuccheri». L’idea del professor Cervone è stata quella di andare a modificare la pectina come normalmente fanno i microrganismi che attaccano i tessuti vegetali, con il risultato di rendere le cellule più trattabili per la bioconversione industriale. «Utilizzando due differenti approcci di tipo genetico siamo riusciti ad ottenere piante maggiormente predisposte al processo di saccarificazione».
Il primo approccio è stato di tipo genetico. Inserendo nelle cellule vegetali un gene espresso normalmente nei funghi, il team di ricerca del professor Cervone ha inibito attraverso di esso il processo che consente il legame pectina-emicellulosa.

Il secondo metodo, addirittura migliore del primo, ha previsto la somministrazione alla pianta di una sostanza in grado di inibire la reazione chimica che porta al legame precedentemente citato. Risultati che tradotti sul piano industriale limiterebbero non poco i costi di lavorazione.
La produzione di biocarburanti, fonte alternativa all’uso del petrolio, promette di portare grossi cambiamenti sotto tutti gli aspetti. La diminuzione delle quantità di oro nero e i problemi legati all’inquinamento stanno accelerando gli studi nel campo dei carburanti alternativi. «La produzione di bioetanolo a partire da qualsiasi vegetale (anche da scarti alimentari) – dichiara Cervone – risolverebbe notevoli problemi. Piante che non necessitano di particolari cure potrebbero essere coltivate in molte zone ora non produttive. Non solo, la produzione attraverso tecnologie relativamente semplici e l’utilizzo in loco del carburante eliminerebbe i costi di trasporto e porterebbe un notevole sviluppo anche in aree fino ad ora poco sviluppate».

TECNOLOGIA/ Il raggio “fotonico” che ci dirà quando la frutta è matura

Un mio articolo tratto da ilsussidiario.net
frutta

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Spesso nei supermercati o sulle bancarelle assistiamo all’antico rito del “controllo qualità” sulla frutta esposta. Ognuno ha le sue tecniche, dal tastare particolari punti del frutto ad annusarli passando per un’attenta analisi visiva. Metodi tradizionali che a volte lasciano deluso l’acquirente al momento del consumo.

Da oggi però questo problema potrebbe essere risolto. Grazie a una tecnologia studiata nel laboratorio fNIRS Lab (Functional Near InfraRed Spectroscopy Lab) del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, nell’ambito del progetto europeo InsideFood, si potrà valutare il grado di maturazione e la qualità della frutta.

In realtà il problema sul grado di maturazione dei frutti non è esclusivo solo di chi compra ma coinvolge tutta la filiera agroalimentare. La tecnica, chiamata “spettroscopia di riflettanza nel dominio del tempo”, porterà un vantaggio notevole al produttore, al grossista e infine all’utilizzatore finale. Il produttore potrà competere coi nascenti mercati asiatici, il grossista potrà offrire una migliore logistica nelle consegne scegliendo il momento migliore per la distribuzione e il consumatore finale ne guadagnerà in gusto e salute.

La caratteristica fondamentale da sottolineare è che questa tecnica non è distruttiva poiché utilizza solamente un raggio di luce. La valutazione viene fatta illuminando il frutto con degli impulsi di luce laser. Attraversando il frutto il raggio di luce subisce diverse modificazioni da cui poter ricavare molte informazioni. Innanzitutto informazioni sul grado di maturazione alla raccolta e durante la conservazione e successivamente sulla qualità in generale del prodotto. La tecnica utilizzata è una particolare applicazione di una branca della fisica chiamata “fotonica”. Questa disciplina studia come si propagano i raggi luminosi in mezzi come i tessuti biologici.

I frutti hanno la caratteristica di essere costituiti dalla polpa, un insieme di acqua, zuccheri e clorofilla. A seconda delle caratteristiche del frutto è possibile valutare il diverso grado di diffusione e assorbimento della luce all’interno della polpa. La luce, sottoforma di un brevissimo impulso dell’ordine dei picosecondi (millesimi di miliardesimi di secondo), dopo la propagazione all’interno del frutto viene modificata sia in intensità che in durata temporale.

Il diverso grado di assorbimento è dovuto ai costituenti della polpa mentre la diffusione dipende da caratteristiche tipiche del tessuto biologico come la consistenza o la presenza di difetti interni. Attraverso un’analisi che si avvale di modelli fisici consolidati, è possibile quantificare una delle sostanze più importanti, la clorofilla contenuta nella polpa, che consente di valutare l’età biologica dei frutti alla raccolta e quindi prevederne anche i tempi di maturazione.

Questo tipo di analisi, effettuata per ogni frutto, consentirà così alla grande distribuzione di pianificarne l’immissione nel mercato dei prodotti. Dobbiamo ricordare che questa tecnica farà probabilmente il suo debutto in ambito agroalimentare, grazie al contributo del fNIRS Lab, dopo essere stata sviluppata e applicata da diversi anni in ambito biomedico e clinico. Una tecnica utilizzata principalmente per la caratterizzazione dei tessuti biologici come la mammografia ottica e per lo studio dell’attivazione delle diverse aree cerebrali.

L’ultimo passo affinchè questa tecnologia diventi una realtà in ambito agroalimentare è lo studio, in corso d’opera al Politecnico di Milano, dell’applicabilità della tecnica ai macchinari che smistano la frutta per la grande distribuzione.