Una nuova alternativa alla sperimentazione animale in cosmetica

La legislazione europea limita la sperimentazione sugli animali in campo cosmetico e le aziende sono alla ricerca di sistemi alternativi per garantire la sicurezza dei prodotti.

Una ricerca in corso di stampa sulla rivista on line BMC Genomicsdimostra che la risposta di cellule umane coltivate in laboratorio può essere utilizzata per classificare le sostanze chimiche, ai fini dello sviluppo di una dermatite da contatto, come sensibilizzanti o non-sensibilizzanti, e può anche prevedere l'intensità dell'eventuale risposta allergica, fornendo una alternativa alla sperimentazione animale in questo ambito.

Nel 2009, un emendamento alla Direttiva sui test cosmetici ha vietato di testare prodotti e ingredienti cosmetici sugli animali rendendo oltremodo difficile garantire l'ipoallergenicità dei nuovi prodotti.

I ricercatori dell'Università di Lund, in Svezia, hanno utilizzato il profilo genomico per misurare la risposta di una linea cellulare di cellule di leucemia mieloide umana a sostanze chimiche conosciute. Sulla base dei risultati ottenuti hanno definito una 'firma biomarker' relativa a 200 geni, che sono in grado di discriminare con precisione tra agenti chimici sensibilizzanti e non-sensibilizzanti, riuscendo anche a utilizzare questo sistema per prevedere la potenza allergenica, ossia l'intensità della risposta del sistema immunitario.

"Il regolamento REACH (registrazione, valutazione e autorizzazione delle sostanze chimiche) - ha detto Carl Borrebaeck, che ha diretto lo studio - impone che tutte le sostanze chimiche nuove ed esistenti all'interno dell'Unione europea siano testate sotto il profilo della sicurezza. Il numero di sostanze chimiche in elenco supera già le 30.000 e continua a crescere. Pur essendo ancora in una fase iniziale della produzione, la nostra alternativa di laboratorio alla sperimentazione animale è più veloce rispetto alle alternative presenti e, in quanto le cellule sono di origine umana, anche più rilevante."

Una cellula batterica controllata da un genoma sintetico

Secondo i ricercatori

la tecnica utilizzata può diventare uno strumento di progettazione biologica estremamente potente e dalle molteplici applicazioni.
I ricercatori del J. Craig Venter Institute avevano già sintetizzato chimicamente un genoma batterico e avevano pure trapiantato il genoma di un batterio in un altro. Ora hanno combinato le due tecniche per creare quella che hanno chiamato una "cellula sintetica", anche se in realtà è sintetico solamente il suo genoma.

Un gruppo di scienziati del J. Craig Venter Institute ha sviluppato la prima cellula controllata da un genoma sintetico, e ne dà l'annuncio in un articolo pubblicato sulla rivista Science.

"Questa è la prima cellula sintetica mai fatta, e la chiamiamo sintetica perché è totalmente derivata da un cromosoma sintetico, prodotto con quattro flaconi di prodotti chimici e un sintetizzatore chimico a partire dalle informazioni presenti in un computer", ha dichiarato Craig Venter.

"Questo può diventare uno strumento di progettazione biologica molto potente", ha aggiunto, affermando che hanno in mente molte applicazioni, a partire dalla progettazione di un'alga capace di catturare il biossido di carbonio e produrre idrocarburi che possano essere inviati in una raffineria, a batteri utilizzabili per eliminare l''inquinamento delle acque.

Nello studio pubblicato su Science i ricercatori hanno sintetizzato il genoma di M. mycoides aggiungendovi sequenze di DNA atte a marcarlo in modo da distinguerlo da quello naturale.

Dato che le apparecchiature attuali sono in grado di assemblare solo sequenze relativamente corte di basi di DNA, i ricercatori hanno poi inserito queste sequenze corte in cellule di lievito i cui enzimi di riparazione del DNA hanno unito una all'altra tali sequenze. Successivamente hanno trasferito le sequenze di media lunghezza in E. coli e quindi nuovamente nel lievito. Alla fine di tre cicli di assemblaggio i ricercatori sono riusciti a ottenere un genoma lungo oltre un milione di basi.

I ricercatori hanno poi trapiantato il genoma sintetico di M. mycoides in un altro tipo di batterio, Mycoplasma capricolum. Il nuovo genoma, riferiscono i ricercatori, ha quindi "riavviato" la cellula ricevente, e sebbene quattordici geni fossero andati persi o danneggiati nel corso dei trapianti batterici, le cellule finali apparivano simili ai batteri M. mycoides e producevano solamente proteine di questo tipo di batteri.

"Riteniamo che questo sia un passo importante sia scientificamente sia filosoficamente. Ha certamente cambiato la mia prospettiva sulla definizione di vita e sul modo in cui la vita funziona", ha detto Venter.

Scoperto un sotto-codice genetico

Concorre a determinare i livelli di espressione delle diverse proteine in risposta ai differenti eventi a cui può andare incontro la cellula.

Grazie a un approccio multidisciplinare, Yves Barral, del Dipartimento di biologia dell'ETH di Zurigo, con la collaborazione degli informatici Gina Cannarozzi e Gaston Gonnet, del dipartimento di informatica dello stesso istituto hanno scoperto un sottocodice genetico, a cui è deputato un compito nell'espressione genica.

Com'è noto, negli organismi viventi le proteine necessarie alla vita vengono codificate a partire dall'informazione codificata nel DNA, una lunga sequenza di nucleotidi identica in ogni cellula. Nel processo di traduzione, a ogni tripletta di nucleotidi – o codone – corrisponde un amminoacido, il mattone elementare per la sintesi proteinca.

Secondo quanto riferito in un articolo pubblicato sulla rivista Cell ora i ricercatori dell'ETH hanno identificato un sottocodice che determina con quale tasso deve essere prodotta una certa proteina. Queste nuove informazioni hanno molte implicazioni interessanti: in primo luogo, consentono una nuova comprensione del complesso macchinario biochimico di traduzione genica, oltre a ciò rendono possibile leggere l'informazione sull'espressione genica direttamente dalle sequenze genomiche, mentre finora tale informazione poteva essere ottenuta solo con approcci sperimentali complessi e costosi come i microarray.

"Una cellula deve rispondere molto velocemente a eventi improvvisi diversi, da un danno al DNA a un potente avvelenamento da arsenico. Il nuovo sottocodice permette di sapere quali geni sono attivati subito dopo questi eventi e quali in modo più indiretto. Un vantaggio di questo studio è che è possibile ottenere questa informazione solo dall'analisi della sequenza genica", ha commentato Gina Cannarozzi.

Oltre a ciò, il sotto-codice fornisce mostra nuovi particolari dei processi molecolari che avvengono all'interno dei ribosomi, gli organuli in cui avviene la sintesi delle proteine. Tutti i dati finora a disposione indicano che i ribosomi riciclano il tRNA al fine di ottimizzare la velocità di sintesi delle proteine.

La scoperta di questo nuovo modo di regolare la traduzione potrebbe aprire la strada alla produzione di nuovi agenti terapeutici e di reagenti per la ricerca.

Come trasformare cellule della pelle in neuroni

Finora si riteneva indispensabile riportare prima le cellule già differenziate a uno stato di pluripotenza indotta
Trasformare cellule della pelle di topo in neuroni funzionanti: c'è riuscito un gruppo di ricercatori dello Stanford University Medical Center con l'l'inoculazione di tre geni. Questo cambiamento è avvenuto senza dover prima riportare le cellule allo stadio di pluripotenza, un passo a lungo ritenuto indispensabile per poter riconvertire delle cellule già differenziate.

La scoperta, descritta in un articolo pubblicato su "Nature" potrebbe rivoluzionare le future terapie basate sulle cellule staminali, e richiedere una riorganizzazione delle conoscenze sulle modalità con cui le cellule si differenziano e conservano lo stato raggiunto.

"Abbiamo direttamente e attivamente indotto un tipo di cellule a diventare una cellula di tipo completamente diverso", ha detto Marius Wernig, che ha diretto la ricerca. "Si tratta di neuroni perfettamente funzionanti, in grado di fare tutte le principali funzioni svolte da quelli cerebrali".

Wernig nel 2007 aveva partecipato agli studi grazie a cui il gruppo di ricerca di Rudolf Jaenisch del Whitehead Institute, in Massachusetts, era riuscito a indurre uno stato di pluripotenza in cellule di pelle umana infettate con fattori di trascrizione ricavate da staminali in vista di una loro successiva differenziazione in un tipo cellulare differente. Successivamente si è posto la domanda se il passaggio attraverso il ritorno alla pluripotenza fosse strettamente necessario.

Per testare l'ipotesi Wernng e colleghi hanno iniziato a studiare 19 geni coinvolti o nella riprogrammazione epigenetica o nello sviluppo dei neuroni, infettando attraverso un lentivirus cellule di topo con quei geni e osservando la risposta cellulare. In questo modo sono arrivati a isolare un gruppo di soli tre geni

La ricerca suggerisce quindi una via alternativa alla riconversione alla pluripotenza per ottenere cellule differenziate di altro tipo. Secondo Wernig trovando la giusta combinazione di geni che specificano il "destino" cellulare e inserendoli nela cellula differenziata, si innesca un effetto domino nella cellula ricevente che permette di aggirare le modificazioni del DNA che limitano e specificano la funzione cellulare, e di dotare il paesaggio genomico di un nuovo imprinting che ne cambia il destino.

I ricercatori riferiscono inoltre di aver avuto un tasso di successo nella riconversione del 20 per cento, dunque molto superiore a quello che si ottiene attualmente con le cellule prima indotte in uno stato di pluripotenza, che si aggira sull'1-2 per cento.

Ora i ricercatori cercheranno di ottenere risultati analoghi in cellule umane.

Neuroni in vitro che conservano la memoria

Inserendo nelle sezioni di ippocampo alcuni elettrodi di stimolazione, i ricercatori hanno verificato che l'attività spontanea di alcune particolari strutture “ricordava” quale elettrodo era stato attivato.

Per la prima volta, un gruppo di neuroscienziati della Facoltà di medicina della Case Western Reserve University è riuscito a ricreare schemi di attività di circuiti cerebrali mantenuti in vitro.

Nel campo delle neuroscienze, la memoria umana viene classificata in tre categorie: dichiarativa, che consente di memorizzare fatti o specifici eventi; procedurale, che consente di ricordarsi, per esempio, come si suona il piano o si va in bicicletta; e a breve termine, che permette di ricordare, per esempio, un numero telefonico finché non lo si compone.

In questo particolare studio, i cui risultati sono riportati nell'articolo "Representing information in cell assemblies: Persistent activity mediated by semilunar granule cells", che comparirà sulla rivista "Nature Neuroscience" ed è attualmente disponibile online, gli autori Ben W. Strowbridge e Phillip Larimer erano interessati a identificare gli specifici circuiti responsabili della memoria di lavoro.

Utilizzando frammenti isolati di tessuto cerebrale di roditori, Larimer ha scoperto un modo per ricreare un tipo di memoria di lavoro in vitro. Per lo studio, la scelta è caduta su particolari strutture dell'ippocampo rappresentate dalle fibre muscoidi e dalle connesse cellule granulari, che sono spesso danneggiate nelle persone affette da epilessia e che hanno la particolarità di conservare la maggior parte della loro attività anche quando mantenute in vita in sottili sezioni di cervello.

"La constatazione che molti soggetti epilettici hanno deficit di memoria ci ha portato a chiederci se esista una connessione fondamentale tra queste strutture e i circuiti di memoria”, ha spiegato Larimer.

Dopo aver constatato un'attività elettrica spontanea in queste strutture mantenute in vitro, i ricercatori hanno inserito nelle sezioni di ippocampo alcuni elettrodi di stimolazione, verificando come la loro attività spontanea “ricordasse” quale elettrodo era stato attivato. Questo tipo di memoria in vitro aveva una durata media di 10 secondi, tanto quanto altri tipi di memoria di lavoro studiati in soggetti umani.

Un proteina coinvolta in distrofia e cancro

Sfrutta un insolito tipo di legame con la matrice extracellulare, comune nei lieviti e nei funghi, ma finora mai osservato negli organismi superiori.

Un'alterazione chimica in una importante proteina muscolare partecipa alla genesi di alcune distrofie muscolari congenite. Lo ha scoperto un gruppo di ricercatori dell'Università Dell'Iowa che ne riferisce in un articolo pubblicato su "Science" a prima firma Takako Yoshida-Moriguchi. La scoperta ha peraltro implicazioni potenzialmente rilevanti anche per l'identificazione delle cellule tumorali metastatizzanti.

Normalmente, subito dopo la loro produzione, la maggior parte delle proteine va incontro ad alcune modificazioni costituite dall'addizione alla struttura originaria di catene di zuccheri, di grassi, o di altri gruppi chimici. Queste modificazioni possono cambiare significativamente il modo in cui la proteina opera e la loro localizzazione nel corpo. Un'interazione con queste modificazioni può alterarne la funzione e causare malattie.

Questo studio si è focalizzato sul distroglicano, una proteina della membrana cellulare che appare mal funzionante in molte forme di distrofia muscolare. La forma normale del distroglicano viene modificata da una singola catena di zuccheri che ne consente l'ancoraggio delle membrane delle cellule muscolari alla lamina basale, uno strato di proteine extracellulari.

Studi recenti hanno mostrato che la mancata capacità del distroglicano di ancorarsi alla lamina basale è alla base di diverse distrofie ed è coinvolta nella progressione dei tumori maligni della pelle. In questi casi la catena di zuccheri è tronca o mal assemblata, così da impedire la sua adesione alla laminina della lamina basale.

"Il distroglicano è una proteina complessa e insolita, ricoperta da diversi tipi di zuccheri, ma solo una particolare catena di zuccheri le permette di attaccarsi alla laminina. Noi abbiamo cercato di individuarne forma e struttura", ha detto Kevin Campbell, che ha diretto la ricerca.

Grazie a un complesso di metodiche biochimiche i ricercatori sono riusciti così a scoprire che un legame critico per la funzione di questo zucchero è rappresentato da un tipo di legame che coinvolge un gruppo fosfato e che, ampiamente diffuso nei lieviti e nei funghi, non era finora stato documentato negli organismi superiori e nei mammiferi in particolare.

"Questo legame fosfato è davvero insolito e ciò può spiegare perché la reale struttura del legame fra distroglicano e laminina sia rimasto misterioso per molti anni nonostante gli sforzi di comprenderlo", ha detto Campbell. "La scoperta contribuisce a chiarire che cosa avviene nelle distrofie muscolari congenite dove la catena zuccherina del distroglicano è troncata e termina con il fosfato, che non si lega alla laminina. "

Diversi enzimi partecipano alla produzione della catena di zuccheri al di là del gruppo fosfato e proprio mutazioni in tali enzimi sono la causa di queste distrofie.

"Se riuscissimo a scoprire l'intera struttura della catena al di là del legame fosfato potremmo prendere come bersaglio gli enzimi coinvolti nella sua costruzione e sviluppare terapia per queste distrofie", ha detto Campbell.

Anche in alcune cellule cancerose uno di questi enzimi, noto come LARGE, appare soppresso. Campbell ipotizza che la perdita di funzionalità di LARGE porti a un distroglicano incapace di interagire con la lamina basale, rendendo le cellule tumorali più mobili e consentendo loro di sfuggire nel flusso sanguigno. La scoperta potrebbe quindi portare a nuove metodiche per tracciare le cellule metastatizzanti.

Postumi della sbornia: non conta solo l'alcol

Dai test è risultato che la sensazione di malessere è peggiore con il bourbon rispetto alla vodka, mentre le capacità neurocognitive non mostrano differenze.

Molte bevande alcoliche contengono prodotti di scarto dei materiali utilizzati nel processo di fermentazione denominati "congeneri”, molecole organiche complesse con effetti tossici tra cui acetone, acetaldeide, fuselöl, tannini e furfurali. Il Bourbon ha un contenuto di congeneri 37 volte superiore rispetto alla vodka. Un nuovo studio ha ora mostrato che nel caso del buorbon, i postumi della sbornia possono essere molto più pesanti, mentre le capacità neurocognitive, valutate in una serie di test, sembrano essere allo stesso livello.

"Sebbene i congeneri possano essere tossici se assunti in grande quantità, sono presenti in quantità molto limitate nelle bevande alcoliche”, ha spiegato Damaris J. Rohsenow, professore di Salute di comunità del Center for Alcohol and Addiction Studies della Brown University, che firma in proposito in articolo sulla rivista Alcoholism: Clinical & Experimental Research. "Ve ne sono di più nei distillati di colore scuro che in quelli di colore più tenue. Sebbene l'alcol da solo sia sufficiente a far star male molte persone, queste sostanze tossiche naturali possono aggiungere i loro effetti negativi per la reazione dell'organismo che possono scatenare.”

Rohsenow sottolinea inoltre come siano disponibili solo pochi studi che abbiano avuto come specifico obiettivo il confronto degli effetti della sbornia delle bevande ad alto contenuto di congeneri rispetto a quelle a basso contenuto e alcuni di essi non hanno atteso che la misura dei livelli alcolici mediante respiro (breath alcohol level, BAL) fosse vicina allo zero prima di effettuare i test in modo da escludere il contributo diretto dell'alcol.

Per colmare questa lacuna, i ricercatori hanno reclutato 95 forti bevitori in buone condizioni di salute facendo loro bere bourbon e vodka fino a raggiungere un valore medio di BAL, e un placebo nella secondo serata, o viceversa. Nel corso della nottata, i soggetti venivano monitorati mediante la tecnica di polisonnografia, mentre il giorno dopo sono state effettuate alcune misurazioni neurocognitive.

"Per prima cosa, sebbene l'alcol contenuto nelle bevande prolunghi il periodo di 'sbornia' mattutina in confronto col placebo, si registrano delle differenze tra bourbon e vodka, poiché il primo produce effetti ancora peggiori”, ha commentato Rohsenow. "In secondo luogo, l'alcol porta a dover prestare attenzione per più tempo quando occorre effettuare scelte accurate, ma non si registrano differenze tra bourbon e vodka nei risultati".

Mitaplatino, un nuovo composto contro il cancro

La molecola nasce dalla combinazione tra il cisplatino, un comune farmaco antitumorale, e un altro composto, il dicloroacetato (DCA), che può alterare in modo selettivo le proprietà dei mitocondri nelle cellule cancerose

È un nuovo composto del platino denominato mitaplatino quello sviluppato dai ricercatori del MIT e ha dimostrato di essere efficace quanto il comune farmaco anticancro cisplatino nel distruggere le cellule tumorali.

Secondo quanto reso noto dai ricercatori, si tratta della combinazione tra lo stesso cisplatino e un altro composto, il dicloroacetato (DCA), che può alterare in modo selettivo le proprietà dei mitocondri nelle cellule cancerose. Queste ultime, infatti, alterano le proprietà mitocondriali per variare il modo in cui viene metabolizzato il glucosio rispetto alle cellule normali.

"Questo effetto differenziale conferisce al mitaplatino la capacità di uccidere selettivamente le cellule cancerose in una coltura cellulare in cui sono compresenti anche fibroblasti normali, che mostrano di non essere influenzate dal farmaco, almeno alle dosi utilizzate”, ha spiegato Stephen Lippard, professore di chimica del MIT e coautore dell'articolo "Mitaplatin, a potent fusion of cisplatin and the orphan drug dichloroacetate", apparso sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Il mitaplatino è stato progettato in modo che, una volta entrato in una cellula, rilasci il cisplatino e due unità di DCA per riduzione intracellulare: il DNA nucleare viene così attaccato dal cisplatino e i mitocondri vengono aggrediti dal DCA. Quest'ultimo promuove il rilascio di fattori che promuovono la morte cellulare dai mitocondri, incrementando le capacità del cisplatino di distruggere le stesse cellule cancerose.

La sperimentazione ha dimostrato finora che nei roditori il mitaplatino può essere tollerato a dosi ben più alte del cisplatino, e sono stati avviati studi nei topi trapiantati con tessuti umani. Se anche questi daranno risultati positivi, i ricercatori progettano di effettuare nuovi studi per un'ulteriore dimostrazione delle potenzialità del mitaplatino nella terapia del cancro.

Staminali per i neonati prematuri

In una sperimentazione i ratti nati pretermine e a rischio displasia polmonare trattati con cellule staminali ricavate dal midollo osseo, erano in grado di percorrere distanze doppie e mostravano un tasso di sopravvivenza maggiore.

Le cellule staminali possono proteggere e riparare i polmoni di topi nati prematuri: è quanto hanno ottenuto i ricercatori di un gruppo internazionale di studiosi guidato Bernard Thébaud della Facoltà di medicina dell’Università di Alberta, in Canada.

La ricerca è stata stimolata dalla necessità di trovare una soluzione a un problema terapeutico molto presente nei reparti di medicina neonatale, che riguarda lo sviluppo polmonare dei nati fortemente pretermine.

"Il dilemma che si presenta con questi bambini è veramente difficile da affrontare: quando nascono molto prima del termine previsto, semplicemente non riescono a respirare autonomamente. Per salvare loro la vita si utilizza la ventilazione forzata, fornendo loro l’ossigeno; questa procedura, tuttavia, li mette nelle condizioni di sviluppo di displasia broncopolmonare, cioè di un non crretto sviluppo degli organi”, ha spiegato Thébaud. "Per questo mi sono posto l’obiettivo di mettere fine entro un decennio a questa devastante condizione.”

In quest’ultimo studio, il gruppo di Thébaud ha simulato le condizioni di prematurità in alcuni ratti, somministrando loro ossigeno. In seguito, nelle loro vie aeree sono state iniettate cellule staminali ricavate dal midollo osseo.

Due settimane dopo, i topi trattati erano in grado di percorrere distanze doppie e mostravano un tasso di sopravvivenza maggiore rispetto a quelli non trattati. Le analisi istologiche poi hanno mostrato come le staminali avessero in effetti riparato i polmoni e prevenuto ulteriori danni.

"L’aspetto più interessante è che le cellule staminali sono come piccole fabbriche, in grado di produrre fattori di riparazione e di guarigione”, ha concluso Thébaud.
I risultati inducono a un cauto ottimismo. “Nel giro di qualche anno potremmo essere in grado di cominciare i trial clinici su bambini preaturi.”

Lui e lei di fronte al pericolo

Di fronte a immagini negative, nelle donne si attivano maggiormente le aree connesse ai centri del dolore e del piacere, negli uomini quelle coinvolte nei processi decisionali e il sistema nervoso autonomo.

La risposta cerebrale a stimoli positivi e negativi è differente nell'uomo e nella donna, lo ha affermato Andrzej Urbanik dello Jagiellonian University Hospital a Cracovia, in Polonia, illustrando al Convegno annuale della Radiological Society of North America (RSNA) in corso a Chicago i risultati di una ricerca in cui è stata monitorata l'attività cerebrale di un gruppo di uomini e donne mentre venivano mostrate loro una serie di immagini evocative.

"Gli uomini dirigono l'attenzione più agli aspetti sensoriali degli stimoli emotivi e tendono a elaborarli nei termini di implicazioni per l'azione richiesta, mentre le donne pongono più attenzione all'identificazione dei sentimenti messi in gioco dallo stimolo emotivo", ha detto Urbanik.

Mentre osservavano le immagini negative, le donne mostravano un'attivazione decisamente più forte ed estesa nella parte sinistra del talamo, che scambia informazioni con la corteccia cerebrale, e in particolare ai centri del dolore e del piacere.

Gli uomini esibivano invece una maggiore attivazione della parte sinistra dell'insula, che calibra lo stato fisiologico di tutto il corpo e quindi genera le sensazioni soggettive che possono spingere all'azione. Le informazioni provenienti dall'insula sono quindi dirette ad altre strutture cerebrali fra cui quelle coinvolte nei processi decisionali e al sistema nervoso autonomo.

Il sistema nervoso autonomo controlla funzioni involontarie come la respirazione, il battito cardiaco, la digestione e concorre a modulare le diverse funzioni in risposta a stress o stimoli ambientali. In particolare, è responsabile della risposta "combatti o fuggi" in situazioni di pericolo.

"Nell'uomo le immagini negative hanno stimolato più fortemente il sistema autonomo, suggerendo che di fronte a una situazione pericolosa vi sia una maggiore propensione all'azione", osserva Urbanik

Di fronte a immagini positive, invece, le donne avevano una più forte ed estesa risposta nel giro temporale superiore destro, coinvolto nell'elaborazione uditiva e nella memoria, mentre nell'uomo prevaleva quella dei lobi occipitali, associati all'elaborazione visiva. Queste differenze, ha osservato Urbanik indicano che le donne possono analizzare gli stimoli positivi in un più ampio contesto sociale, mentre negli uomini sono "divorate" dai sistemi visivo e motivazionale.

Down: si può sperare in future terapie farmacologiche

Uno studio sperimentale sul modello animale della sindrome di Down suggerisce che in futuro potrebbe essere perseguibile la via farmacologica per alleviare il deficit mentale.

Uno studio sperimentale condotto su un modello animale della sindrome di Down suggerisce per la prima volta che vi sia la possibilità - in prospettiva - di alleviare per via farmacologica alcune manifestazioni del deficit mentale legato alla malattia.

Nello studio ("Restoration of Norepinephrine-Modulated Contextual Memory in a Mouse Model of Down Syndrome"), condotto presso la Stanford University School of Medicine e il Lucile Packard Children's Hospital e pubblicato sulla rivista "Science Translational Medicine", i ricercatori sono infatti riusciti a mostrare che in un gruppo di topi geneticamente ingegnerizzati per riprodurre la sindrome di Down, il precoce potenziamento della via di segnalazione della noradrenalina ha migliorato le loro capacità cognitive.

Alla nascita, hanno osservato i ricercatori, i bambini Down non sono in ritardo nello sviluppo cerebrale, ma questo con il tempo si accumula in correlazione a una difficoltà a far tesoro delle esperienze necessarie a un normale sviluppo cerebrale. "Se si interviene abbastanza presto si potrà essere in grado di aiutare i bambini con la sindrome di Down a raccogliere e modulare l'informazione. In linea teorica questo potrebbe portare a un miglioramento delle loro funzioni cognitive", ha detto Ahmad Salehi, primo autore dello studio e attualmente in forza presso il Veterans Affairs Palo Alto Health Care System.

I ricercatori sono partiti dall'osservazione che nella sindrome di Down la cognizione non è colpita in tutti i suoi aspetti: chi ne soffre tipicamente ha difficoltà a gestire informazioni spaziali e contestuali di un ambiente complesso, che dipendono dell'ippocampo, ma ricorda molto meglio l'informazione legata a colori, suoni e altri stimoli sensoriali la cui memoria è coordinata da un'altra struttura cerebrale, l'amigdala.

Salehi e colleghi hanno quindi osservato che quando formano le tracce mnemoniche contestuali e relazionali i neuroni dell'ippocampo ricevono noradrenalina dai neuroni di un'altra area cerebrale, il locus coeruleus. Quest'ultimo, però, nell'essere umano affetto da sindrome di Down come nel topo ingegnerizzato va incontro a una veloce degenerazione.

Somministrando precocemente precursori della noradrenalina a un gruppo di esemplari del loro modello animale, i ricercatori sono riusciti a migliorarne le prestazioni, anche se gli effetti dei farmaci sono stati di breve durata.

Altri studi avevano già preso in considerazione gli effetti di un altro neurotrasmettitore, l'acetilcolina, che anch'esso ha un ruolo di primo piano nell'ippocampo. Secondo Salehi questi risultati aprono la prospettiva allo studio di eventuali trattamenti che contemplino il potenziamento congiunto di questi neurotrasmettitori.

Lo studio ha anche individuato un legame diretto fra la degenerazione del locus coeruleus e uno specifico gene, l'APP, di cui le persone affette da sindrome di Down possiedono una copia in più sul cromosoma 21 extra. APP è il gene che codifica la proteina precursore della proteina amiloide, coinvolto anche nella malattia di Alzheimer, anch'essa caratterizzata da problemi sia di formazione della memoria, sia di orientamento spaziale.

Scoperta la "centrale energetica" delle barriere coralline

Le spugne della specie Halisarca caerulea crescono in profonde e oscure cavità al di sotto delle barriere, e il 90 per cento della loro dieta è costituito da carbonio organico disciolto, che viene convertito in cellule cenocitiche utilizzabili da tutte le specie marine.

Le barriere coralline supportano uno degli ecosistemi più diversificati del pianeta, e possono vivere anche in una sorta di “deserto marino”. Ma come fanno a sostenere una tale abbondanza di vita?

Ora il biologo marino Fleur Van Duyl del Regio istituto olandese per la ricerca marina ha analizzato il “budget” energetico che supporta le barriere coralline in un ambiente altrimenti molto povero.

Insieme al collega Jasper De Goeij, ha così scoperto che le spugne della specie Halisarca caerulea crescono in profonde e oscure cavità al di sotto delle barriere, e che il 90 per cento della loro dieta è costituito da carbonio organico disciolto, che risulta invece non sfruttabile dalla maggior parte delle specie residenti nelle barriere coralline.

In particolare, secondo le misure dei due ricercatori, queste spugne dal colore vivo consumano ogni giorno una quantità di carbonio pari alla metà del loro peso e hanno una proliferazione cellulare estremamente veloce, verificata grazie a una complessa marcatura del DNA con una sostanza denominata 5- bromo-2′-deossiuridina (BrdU), anche se non crescono affatto.

Ulteriori studi hanno consentito di verificare che le spugne rilasciano un gran numero di cellule cenocitiche nell’ambiente circostante, che entrano nella catena alimentare delle specie che vivono nelle barriere coralline.

“Halisarca caerulea è la grande ‘centrale di riciclaggio’ dell’energia della barriera corallina, poiché riesce a convertire ciò che nessun’altra specie utilizza, il carbonio organico disciolto, in energia universalmente utilizzabile: i cenociti che scarta”, ha concluso De Goeij, che firma in proposito un articolo sulla rivista "Journal of Experimental Biology"

Accelera la perdita di ghiaccio della Groenlandia

Le recenti estati calde hanno accelerato la perdita di massa che ora arriva a 273 gigatonnellate all'anno, con un innalzamento globale del livello del mare di 0,75 millimetri all'anno.
Due metodi diversi, uno basato su una serie di osservazioni e l'altro su un modello atmosferico regionale, hanno confermato in modo indipendente l'uno dall'altro l'accelerazione del ritmo di perdita di massa glaciale da parte della Groenlandia.

Secondo quanto riportato sulla rivista "Science", tale massa è ugualmente distribuita tra un aumento della produzione di iceberg, alimentata dall'accelerazione dello scorrimento delle lingue di ghiaccio, e l'incremento della fusione di acqua sulla superficie della calotta.

Le recenti estati calde hanno ulteriormente accelerato la perdita di massa che, nel periodo 2006-2008, è arrivata a 273 gigatonnellate all'anno, ripercuotendosi in un innalzamento globale del livello del mare di 0,75 millimetri all'anno.

Secondo Jonathan Bamber ricercatore dell'Università di Bristol, nel Regno Unito, e coautore dell'articolo, “è chiaro da questi risultati come la perdita di massa dalla Groenlandia abbia subito un'accelerazione a partire dai tardi anni novanta del Novecento, e le cause che sono alla base di questo fenomeno fanno ipotizzare che questo trend continuerà anche nel prossimo futuro. Siamo riusciti a produrre un accordo tra due stime completamente indipendenti tra loro, il che consente di avere estrema confidenza nei dati numerici trovati e sulle nostre ipotesi sui processi in corso.”

Secondo le stime, la coltre glaciale groenlandese è formata da una massa d'acqua tale da causare in caso di completa fusione un aumento dei livelli del mare di sette metri. A partire dal 2000, la perdita di massa glaciale è stata di circa 1500 gigatonnellate in totale, un processo che corrisponde a un innalzamento globale degli oceani di circa mezzo millimetro all'anno, pari a 5 millimetri complessivamente dal 2000.

Allo stesso tempo, la fusione della superficie ha subito un incremento a partire dal 1996, ma le precipitazioni nevose sono anch'esse aumentate, mascherando il fenomeno della fusione per circa un decennio. Inoltre, una parte significativa dell'acqua fusa è tornata allo stato solido formando una coltre nevosa a bassa temperatura che ricopre la calotta di ghiaccio. Senza la moderazione del processo dovuta a questi effetti, concludono gli autori, la perdita di ghiaccio dopo il 1996 sarebbe stata all'incirca doppia di quella osservata.

Leggere i DVD con gli occhi dei crostacei

Le cellule degli occhi degli stomatopodi sono più efficienti dei dispositivi artificiali poiché funzionano bene a tutte le lunghezze d'onda e non solo a una ben definita frequenza.

Le incredibili caratteristiche degli occhi di un crostaceo marino potrebbero inspirare una nuova generazione di dispositivi di lettura di DVD e CD, stando a quanto riferiscono sulla rivista Nature Photonics alcuni ricercatori dell'Università di Bristol.

Gli animali dell'ordine degli stomatopodi a cui si riferisce lo studio vivono nella Grande barriera corallina australiana e possiedono l'apparato visivo più complesso finora mai descritto. Essi possono infatti vedere in 12 colori e distinguere tra differenti stati di polarizzazione della luce.

Speciali cellule fotosensibili agiscono infatti come lamine a quarto d'onda, dispositivi ottici in grado di far ruotare il piano di polarizzazione di una radiazione luminosa che li attraversa, e consentono agli stomatopodi di convertire la luce a polarizzazione lineare in luce a polarizzazione circolare e viceversa.

Nuove prospettive tecnologiche si aprono al mondo dell'elettronica tenuto conto che le lamine a quarto d'onda artificiali sono una componente essenziale dei lettori di CD e DVD, così come dei filtri ottici polarizzatori. Questi dispositivi artificiali hanno però l'inconveniente di funzionare bene su una ben definita lunghezza d'onda, mentre il meccanismo osservato negli stomatopodi è praticamente costante su tutto lo spettro elettromagnetico, dall'ultravioletto all'infrarosso.

Non è ancora chiaro, in ogni caso, per quale motivo gli stomatopodi posseggano un simile apparato visivo. Secondo le attuali conoscenze, distinguere la polarizzazione della luce serve in genere ad alcune specie animali per trasmissione di segnali sessuali o non rilevabili dai predatori. Negli animali marini, inoltre, consente di migliorare la visione in acqua.

"Uno degli aspetti sorprendenti è che una struttura così semplice dell'apparato, che comprende membrane cellulari disposte in forme tubolari, supera in funzionalità i dispositivi sintetici”, ha spiegato Nicholas Roberts, coautore dello studio. Capire come funziona potrebbe consentire di realizzare dispositivi a cristalli liquidi in grado di riprodurre le proprietà delle cellule dell'occhio degli stomatopodi.”

Gli effetti a lungo termine delle amfetamine

La sperimentazione sui topi ha permesso di riscontrare un deficit di memoria di lavoro anche a distanza di tempo, specie se la somministrazione avviene in età adolescenziale

Il rapporto tra l’abuso di droghe e sostanze psicotrope ed effetti neuropsicologici è un tema studiato da lungo tempo. L’ultima ricerca in ordine di tempo, effettuata su topi di laboratorio, riguarda le amfetamine e ha mostrato come l’esposizione a tali sostanze in alte dosi determini, molto tempo dopo, un significativo deficit di memoria.

A soffrirne, in particolare, è la cosiddetta memoria a breve termine o “di lavoro”, soprattutto se le amfetamine vengono somministrate agli animali nel corso dell’adolescenza, piuttosto che in età adulta.

“L’effetto è evidente quando si confrontano i due gruppi di topi, quelli esposti alle sostanze in adolescenza e quelli esposti in età adulta, in alcuni compiti che richiedono l’uso della memoria di lavoro: a parità di dosi somministrate, i primi ottengono risultati decisamente peggiori”, ha spiegato Joshua Gulley, docente di psicologia dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, nel corso della presentazione dei risultati dello studio all’annuale congresso della Society for Neuroscience, tenutosi a Chicago. “Ciò ci porta a ipotizzare che la capacità di memoria di lavoro possa essere alterata in modo significativo dalla pre-esposizione alle amfetamine.”

Nel corso della ricerca, gli studiosi hanno testato due tipi di somministrazione di amfetamine: intermittente, con una dose costante un giorno su due, e progressiva, con dosi aumentate per un periodo di quattro giorni seguite da una dose elevata ogni due ore al quinto giorno.

I risultati mostrano così le conseguenze a lungo termine dell’abuso di amfetamine, che è possibile ipotizzare che si manifestino anche nell’uomo e che potrebbero essere rilevanti sia nei soggetti che le assumono a scopo terapeutico (come nel caso dei piccoli pazienti affetti da deficit di attenzione e iperattività. ADHD) sia - e soprattutto - nei giovani che ne fanno un uso incontrollato.

"L’adolescenza è un periodo in cui il cervello è in continuo sviluppo, e assumere amfetamine in un momento così critico potrebbe avere conseguenze negative a lungo termine”, ha concluso Gulley. “Il dato preoccupante è proprio che gli effetti si fanno sentire anche una volta interrotta l’assunzione della sostanza”.

20 DVD in un chip

Il successo della ricerca è dovuto a un’innovativa tecnica di dopaggio selettivo, grazie al quale è possibile aggiungere in modo controllato particelle di nichel a un substrato di ossido di magnesio in modo che i cluster di non superino i 10 nanometri quadrati

Gli ingegneri della North Carolina State University hanno realizzato un nuovo materiale che permetterebbe di costruire un chip per computer delle dimensioni di un’unghia che permetterebbe di memorizzare l’equivalente di 20 DVD ad alta definizione o 250 milioni di pagine di testo, superando di gran lunga la capacità degli attuali sistemi di memorizzazione digitale.

Come ha avuto modo di spiegare Jagdish “Jay” Narayan, docente di Scienza e ingegneria dei materiali e direttore del National Science Foundation Center for Advanced Materials and Smart Structures della NC State, il successo è dovuto a un’innovativa tecnica di dopaggio selettivo, grazie al quale è possibile aggiungere in modo controllato le impurità al materiale di base.

A livello nanometrico, infatti, si è riusciti ad aggiungere particelle di nichel a un substrato di ossido di magnesio in modo così preciso che il materiale risultante contiene cluster di atomi di nichel di non più di 10 nanometri quadrati, con una riduzione del 90 per cento rispetto alle attuali tecniche di dopaggio.

“Invece di ottenere un chip da 20 gigabyte di dati, si potrebbe raggiungere addirittura un terabyte, circa 50 volte di più”, ha commentato Narayan, che firma l’articolo “The Synthesis and Magnetic Properties of a Nanostructured Ni-MgO System”, sulla rivista "JOM", organo ufficiale della Minerals, Metals and Materials Society.

Ma l’immagazzinamento dati non è l’unico campo di possibili applicazioni: introducendo proprietà metalliche nella ceramica, è possibile sviluppare una nuova generazione di motori a combustione interna che potrebbero raggiungere economie di consumo inimmaginabili con i materiali convenzionali.

E poiché ne risulterebbe migliorata anche la conducibilità termica del materiale, la tecnica potrebbe trovare applicazione nello sfruttamento di fonti di energia alternative, in particolare nella costruzione di pannelli fotovoltaici.

Uno spray nasale per la memoria

L'interleuchina-6, una molecola del sistema immunitario finora considerata un sottoprodotto dei processi infiammatori, ha mostrato la capacità di influire sulle capacità cognitive

Quando somministrata attraverso uno spray nasale, una molecola del sistema immunitario, l'interleuchina-6 (IL-6), è in grado di aiutare il cervello nella formazione della memoria procedurale ed emotiva nel corso del sonno REM. A scoprirlo è stato un gruppo di ricercatori del Dipartimento di neuroendocrinologia dell'Università di Lubecca che firma un articolo in proposito su "The FASEB Journal", organo della Federazione americana delle societè di biologia sperimentale.

"Dormire per ricordare, un sogno o realtà?", dice Lisa Marshall, uno degli autori della ricerca. "In questo lavoro forniamo la prima prova che il segnale immuno-regolatore interleuchina-6 ha un ruolo benefico nella formazione della memoria a lungo termine legata al sonno."

Per fare la scoperta, Marshall e colleghi hanno arruolato 17 giovani adulti perché dormissero nel loro laboratorio due notti. In entrambe le occasioni, dopo aver letto un breve racconto emotivamente coinvolgente o neutro, ai soggetti veniva spruzzato nelle narici uno spray che conteneva o interleuchina-6 o un placebo. Il loro sonno veniva successivamente monitorato per tutta la notte. La mattina successiva tutti i partecipanti dovevano redigere una lista di tutte le parole del racconto che riuscivano a ricordare. E' risultato che quelli che avevano ricevuto la somministrazione di IL-6 riuscivano più brillantemente nel compito.

"Se uno spray nasale può migliorare la memoria, forse siamo sulla strada per dare una spruzzata di buon senso ad alcune persone, magari per accettare la realtà dell'evoluzione"; ha scherzosamente commentato Gerald Weissmann, responsabile editoriale di "The FASEB Journal". "Questo è un esaltante esempio di scienza interdisciplinare, dato che IL-6 era stata precedentemente considerata un sottoprodotto dei processi infiammatori, e non un fattore in grado di influire sulle capacità cognitive."

I Nobel per la medicina o la fisiologia

"Per la scoperta di come i cromosomi sono protetti dai telomeri e dall'enzima telomerasi", i Nobel per la medicina o la fisiologia sono stati assegnati quast'anno a Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider e Jack W. Szostak.

I telomeri, sono sottostrutture del DNA poste all'estremità dei cromosomi che favoriscono la stabilità genetica e hanno un ruolo molto importante nell'invecchiamento cellulare e nelle malattie. I telomeri si accorciano naturalmente a ogni replicazione cellulare, e la loro lunghezza può servire per determinare l'età biologica dell'organismo: quando essi sono troppo corti, la cellula smette di replicarsi e va incontro all'apoptosi.

La telomerasi è un enzima che che è in grado di aggiungere ripetute copie di brevi sequenze di DNA ai telomeri. La telomerasi è attiva in cellule che si devono riprodurre frequentemente, come quelle staminali embrionali, ma nelle cellule adulte normali è quasi sempre disattivata per evitare il rischio di una pericolosa deriva proliferativa della cellula.

Le cellule cancerose sono caratterizzate dalla capacità di riattivare la telomerasi, e ciò consente a esse di riprodursi indefinitamente, e di raggiungere una sorta di "immortalità".

La scoperta dei telomeri e della telomerasi ha significative implicazioni per lo sviluppo di trattamenti che combattano l'invecchiamento e le malattie a esso correlate. Trovando il modo di riattivare la telomerasi in condizioni controllate - per evitare appunto il rischio di tumori - sarebbe possibile infatti indurre alcune cellule a riprendere a dividersi, così da produrre tessuti più giovani e sani.

Jack W. Szostak, nato a Londra, in Gran Bretagna nel 1952, è cresciuto in Canada, dove ha studiato alla McGill University a Montreal, per poi passare alla Cornell University a Ithaca, New York. Ricercatore presso la Harvard Medical School fino al 1979, da quell'anno lavora e insegna al Massachusetts General Hospital a Boston. Fa anche parte dello Howard Hughes Medical Institute.

Sul numero di novembre di "Le Scienze" apparirà un articolo proprio di Szostak sull'origine della vita sulla Terra, in cui spiega come da studi sulla materia inanimata arrivano nuovi indizi sull¹origine dei primi organismi

Per "Le Scienze" Jack W. Szostak in precedenza aveva già scritto, con Andrew W. Murray, Cromosomi artificiali (in «Le Scienze», n. 233, gennaio 1988): In origine l'ingegneria genetica si limitava alla manipolazione di singoli geni, mentre oggi gli stessi procedimenti permettono di produrre interi cromosomi artificiali dei quali è possibile studiare il comportamento.

Elizabeth H. Blackburn, che ha cittadinanza sia statunitense che australiana, è nata nel 1948 a Hobart, in Tasmania. Laureatasi all'Università di Melbourne, si è specializzata presso l'Università di Cambridge, in Gran Bretagna, e quindi alla Yale University. Già docente all'Università della California a Berkeley, dal 1990 insegna all'Università della California a San Francisco.

Carol W. Greider, nata nel 1961 a San Diego, in California , ha studiato prima all'Università della California a Santa Barbara e poi a Berkeley. Già ricercatrice al Cold Spring Harbor Laboratory, dal 1997 insegna alla Johns Hopkins University School of Medicine a Baltimora.

Petrolio dalla sabbia

Lo sfruttamento sicuro dei depositi delle sabbie bitumose dipende dalla messa a punto di metodi sostenibili per separare questi inquinanti.

Microbiologi della Università dell'Essex, nel Regno Unito, hanno utilizzato alcuni microrganismi per scindere e rimuovere composti tossici del petrolio greggio dalle sabbie bitumose. Questi composti acidogeni rimangono nell'ambiente dissolvendosi in circa 10 anni.

Il nuovo metodo, presentato da Richard Johnson, nel corso del convegno della Society for General Microbiology, in corso presso la Heriot-Watt University di Edinburgo, utilizza infatti una miscela di batteri che degradano completamente alcuni specifici composti in soli pochi giorni.

I depositi di sabbia bitumosa contengono la più ampia riserva di petrolio del pianeta e i produttori stanno pensando di sfruttarli a fini commerciali, tenuto conto anche della futura scarsità del greggio ricavato con le estrazioni convenzionali. Tuttavia, il processo di estrazione dalla sabbia produce alte concentrazioni di prodotti di scarto tossici.

I più tossici di tali composti sono le miscele di acidi naftenifici che si degradano molto difficilmente e persistono come inquinanti nell'acqua utilizzata per estrarre petrolio e bitume dalla sabbia, che viene raccolta in ampi bacini.

Uno dei problemi sottolineati da questo come da altri lavori è che il numero e le dimensioni di questi bacini contenenti quantità letali di acidi naftenici sta crescendo quotidianamente e si stima esista circa un miliardo di metri cubi di acqua contaminata nella sola località di Athabasca, in Canada.

Lo sfruttamento sicuro dei depositi delle sabbie bitumose dipende dalla messa a punto di metodi sostenibili per separare questi inquinanti.

"La struttura chimica degli acidi naftenici che abbiamo studiato è varia", ha commentato Johnson. "Alcuni di essi hanno più bracci laterali rispetto ad altri: i microbi possono scindere le varietà con pochi bracci molto velocemente mentre gli acidi naftenici più complessi non si scindono completamente. Stiamo ora mettendo insieme vari approcci di biorisanamento per rimuovere in modo efficace tutti gli acidi naftenici dall'ambiente."

Alla ricerca di forme di vita "esotica"

Un gruppo internazionale di ricerca sta studiando la possibilità che solventi diversi dall'acqua possano permettere lo sviluppo di forme di vita alternative a quelle possibili in un ambiente planetario di tipo terrestre.

Allo European Planetary Science Congress appena conclusosi a Potsdam, in Germania, un gruppo di ricerca coordinato da Maria Firneis e Johannes Leitner dell'Università di Vienna ha presentato le linee di un progetto per l'identificazione di marcatori biologici relativi a possibili forme di vita esotiche su altri pianeti, ossia forme di vita che non sfruttino come solvente vitale l'acqua.

Attualmente i pianeti che possono ospitare la vita vengono cercati all'interno di quella che è considerata la zona abitabile attorno alla loro stella e l'attenzione si appunta su quelli dotati di un'atmosfera in cui siano presenti biossido di carbonio, vapore acqueo e azoto, e sulla cui superficie potrebbe esserci acqua allo stato liquido. Quindi si va alla ricerca di marcatori che potrebbero essere prodotti dal metabolismo di forme di vita simili a quelle che ospita il nostro pianeta, per le quali l'acqua funge da solvente e i mattoni costitutivi sono rappresentati dagli amminoacidi formati sostanzialmente da atomi di carbonio e ossigeno. Queste tuttavia, osservano i ricercatori, non è affatto detto che siano le uniche condizioni in cui possa svilupparsi la vita.

“E' tempo di fare un radicale cambiamento nella nostra concezione geocentrica della vita”, ha dichiarato Leitner. “Anche se questo è il solo tipo di vita che conosciamo, non si può escludere che da qualche parte si siano evolute forme di vita che non siano in rapporto né con l'acqua né con un metabolismo basato sul carbonio e sull'ossigeno.”

Una delle condizioni necessarie a sostenere la vita è che il solvente resti liquido per un ampia gamma di temperature: ciò vale per l'acqua fra 0°C e 100°C, ma esistono altri solventi che permangono allo stato liquido a più di 200 °C. Solventi simili potrebbero formare oceani anche su pianeti che ben più vicini alla loro stella di quanto si possa supporre in base alla definizione di zona abitabile basata sulle condizioni terrestri.

Ma potrebbe presentarsi anche la situazione opposta: un oceano di ammoniaca liquida può esistere a distanze superiori a quella tipica della zona abitabile per forme di vita di tipo terrestre; e parte della superficie di Titano è occupata da oceani di metano ed etano.

Il gruppo di ricerca, che ha base a Vienna, ma collabora con diversi centri internazionali, sta così studiando le proprietà di un'ampia gamma di solveti differenti dall'acqua per individuare la loro eventuale capacità di originare e far evolvere forme di vita alternative.