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Batteri Fotosintetici

 

Le malattie cardiovascolari sono attualmente la principale causa di mortalità in tutto il mondo. Sono state studiate diverse strategie per migliorare la gestione medica di queste patologie e per ridurre i tassi di mortalità causati da varie condizioni. Un gruppo di ricercatori guidato da Jeffrey Cohen ha introdotto un nuovo metodo per prevenire gli attacchi di cuore utilizzando i batteri fotosintetici.

In un articolo pubblicato su Advances of Science un gruppo di ricercatori guidato da Jeffrey Cohen ha introdotto un nuovo sistema che utilizza i batteri fotosintetici (Synechococcus elongatus) per prevenire gli attacchi di cuore. Il Synechococcus elongatus è un batterio fotosintetico che utilizza la luce anziché il sangue come fonte di energia. I ricercatori hanno ipotizzato che questo batterio possa essere utilizzato in vivo per consumare anidride carbonica e fornire ossigeno alle cellule cardiache, impedendo così gli attacchi cardiaci. Sono state isolate cellule cardiache provenienti da topi neonati di 1-3 giorni, e ad esse è stato applicato il batterio S. elongatus. Quindi sono stati eseguiti dei test di proliferazione della cultura per determinare il metabolismo cellulare in presenza di normali livelli di ossigeno, bassi livelli di ossigeno con luce adeguata e bassi livelli di ossigeno senza la sorgente luminosa. Per determinare l'attività di S. elongatus in vivo, l'arteria discendente anteriore sinistra è stata occlusa per indurre un attacco cardiaco in un modello di ratto. I ratti sono stati quindi randomizzati, ossia impiegati a caso, per ricevere un'iniezione contenente S.elongatus nel buio, S.elongatus con una sorgente luminosa adeguata, o in un placebo contenente fosfato-tampone salino. La tensione dell'ossigeno è stata misurata immediatamente dopo l'occlusione dell'arteria e a 10 e 20 minuti dopo l'iniezione. L'imaging termico è stato utilizzato anche per determinare l'attività metabolica delle cellule cardiache dopo l'iniezione.

I risultati mostrano che i batteri S.elongatuscan coesistono con i tessuti di mammiferi in vitro (in un piattino) e che hanno aumentato l'attività a bassi livelli di ossigeno con un'adeguata presenza di luce, suggerendo che il batterio possa produrre ossigeno e contribuire a compensare lo stress che le cellule sperimentano in un ambiente con poco ossigeno. Gli esperimenti in vivo hanno dimostrato che i ratti che avevano ricevuto iniezioni con S. elongatus in presenza di luce hanno avuto un aumento di 25 volte dei livelli di ossigenazione rispetto ai ratti che ricevono iniezioni di sola soluzione o S. elongatus al buio. L'attività metabolica delle cellule cardiache era anche più alta nel gruppo S. elongatus, migliorando così la funzione ventricolare sinistra nei periodi di ischemia. Nel complesso, il trattamento con S.elongatus può migliorare lo stato di ossigenazione e l'attività cardiaca durante i periodi con poco ossigeno e ha un potenziale promettente per prevenire gli attacchi di cuore. Tuttavia, questa strategia di trattamento è ancora in una fase iniziale di sviluppo e ulteriori ricerche sono necessarie prima di poter avanzare verso studi clinici con le persone.

Nella caccia in corso per trovare migliori terapie per la malattie cardiache, la causa principale della morte a livello mondiale, la ricerca di Stanford mostra risultati promettenti usando una strategia insolita: i batteri fotosintetici e la luce. I ricercatori hanno scoperto che iniettando un tipo di batteri nei cuori di ratti anestetizzati con malattia cardiaca, quindi utilizzando la luce per innescare la fotosintesi, sono stati in grado di aumentare il flusso di ossigeno e migliorare la funzione cardiaca, secondo lo studio pubblicato su Advances of Science. "La bellezza di tutto ciò è che si tratta di un sistema di riciclaggio", ha affermato Joseph Woo, capo della chirurgia cardiotoracica a Stanford e autore senior dello studio. "Inserite i batteri, che assumono l'anidride carbonica, e con l'energia proveniente dalla luce formano ossigeno."

La genesi di questo concetto un po' insidioso è scaturita dagli scienziati che cercano nuovi modi per fornire ossigeno al cuore quando il flusso di sangue è limitato, ha detto Woo. Questa condizione, conosciuta come ischemia cardiaca, è più spesso causata da malattia coronarica. "Abbiamo pensato che ci sia una relazione interessante in natura", ha detto. "In natura, gli esseri umani espirano l'anidride carbonica e le piante lo trasformano in ossigeno." Durante un attacco di cuore, il muscolo sta ancora cercando di pompare: c'è l'anidride carbonica, ma non l'ossigeno, ci siamo chiesti se ci fosse un modo per utilizzare le cellule vegetali e metterle accanto alle cellule del cuore per produrre ossigeno dall'anidride carbonica." In pratica, si tratta di permettere che avvenga la fotosintesi in un organismo animale e, possibilmente, anche nell'uomo.

I ricercatori hanno prima cercato di macinare spinaci e cavoli e combinare ciascuno con le cellule del cuore in un piatto, ma i cloroplasti, gli organi fotosintetici di questi vegetali, non erano abbastanza stabili per sopravvivere all'esterno delle cellule vegetali. "Così abbiamo continuato a guardarci intorno", ha detto Woo. Successivamente, hanno provato ad utilizzare i batteri fotosintetici, chiamati cianobatteri o alghe blu-verdi, in quanto hanno una struttura più robusta necessaria per vivere in acqua. Hanno ripetuto le stesse prove per vedere se questi batteri fotosintetici avessero la capacità di sopravvivere con le cellule del cuore in un piatto. "Era un po' 'una torta in cielo' ", ha detto Woo. "Ma ha funzionato veramente bene".

Il ciclo di esperimenti seguente ha impiegato l'iniezione di cianobatteri nei cuori battenti di ratti anestetizzati con ischemia cardiaca. Poi hanno confrontato la funzione cardiaca dei ratti con i loro cuori esposti alla luce (per meno di 20 minuti) rispetto a coloro che sono stati tenuti al buio. "Il gruppo che ha ricevuto i batteri con più luce ha avuto più ossigeno e il cuore ha funzionato meglio", ha detto Woo. I batteri si sono dissipati entro 24 ore, ma la migliorata funzionalità cardiaca è continuata per almeno quattro settimane, ha detto. "Questo è ancora molto preliminare." I ricercatori intendono studiare come applicare questo concetto all'uomo e come inserire una sorgente luminosa nel cuore umano. Esaminano anche il potenziale dell'utilizzo di cloroplasti artificiali per eliminare la necessità di batteri. I cloroplasti sono gli organuli delle cellule vegetali in cui avviene la fotosintesi.

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