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Scoperte, per la prima volta le impronte atomiche del cancro. Lo rivela uno studio degli scienziati dell’Università del Colorado Boulder e dell’Università di Princeton, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences. In un caso in cui la medicina incontra la scienza della terra, i ricercatori, grazie all’impiego di uno strumento spesso utilizzato in geologia, hanno scoperto che le cellule tumorali possono essere costituite da un diverso assortimento di atomi di idrogeno, rispetto ai tessuti sani. I risultati potrebbero fornire ai medici nuove strategie per studiare il modo in cui il cancro cresce e si diffonde e potrebbero anche, un giorno, portare a nuovi modi per individuare il cancro al suo stadio iniziale. “Questo studio aggiunge un nuovo livello alla medicina, dandoci la possibilità di osservare il cancro a livello atomico”, ha dichiarato Ashley Maloney, del CU Boulder, ricercatrice presso il Dipartimento di Scienze Geologiche, che ha guidato la ricerca. “In natura l’idrogeno si presenta in due principali sapori, o isotopi”, ha detto Maloney. “Alcuni atomi di idrogeno, chiamati deuterio, sono un po’ più pesanti, mentre altri, solitamente noti solo come idrogeno, sono un po’ più leggeri”, ha continuato Maloney. “Sulla Terra, gli atomi di idrogeno superano quelli di deuterio con un rapporto di circa 6.420 a uno”, ha precisato Maloney. Per decenni, gli scienziati di diversi settori si sono rivolti alla distribuzione naturale di questi atomi alla ricerca di indizi che spiegassero la storia del pianeta Terra. Gli scienziati del clima, ad esempio, esaminano gli atomi di idrogeno intrappolati nel ghiaccio dell’Antartide per dedurre quanto la Terra fosse calda o fredda centinaia di migliaia di anni fa.
Nel nuovo studio, Maloney e i suoi colleghi si sono chiesti se questi stessi minuscoli atomi potessero fornire indizi sulla vita di organismi biologici complessi. Per scoprirlo, il gruppo di ricerca ha coltivato in laboratorio colture di lievito e cellule di fegato di topo, analizzando poi i loro atomi di idrogeno. La squadra di scienziati ha scoperto che le cellule che crescono molto velocemente, come quelle tumorali, contengono un rapporto molto diverso di atomi di idrogeno, rispetto a quelli di deuterio. La ricerca è ancora nelle sue fasi iniziali e gli scienziati non sono ancora certi di come questo segnale possa apparire nel corpo di veri pazienti affetti da cancro. “Il potenziale potrebbe essere grande”, ha dichiarato Sebastian Kopf, professore assistente di scienze geologiche e coautore dello studio. “Le possibilità di sopravvivenza sono molto più alte se il cancro viene preso in tempo”, ha detto Kopf. “Se questo segnale isotopico è abbastanza forte da poter essere rilevato attraverso qualcosa come un esame del sangue, potrebbe dare fornire un importante ausilio per comprendere quando nell’organismo qualcosa non va”, ha proseguito Kopf. Lo studio è incentrato su un concetto che da anni incuriosisce i ricercatori: il metabolismo. In condizioni normali, le cellule di organismi, come il lievito e gli animali, generano energia attraverso un processo chiamato respirazione, in cui assumono ossigeno e rilasciano anidride carbonica. Ma, questo non è l’unico modo per ottenere un eccesso di zuccheri. Le colonie di lievito di birra, note come Saccharomyces cerevisiae, per esempio, possono produrre energia attraverso la fermentazione, in cui gli organismi scompongono gli zuccheri senza l’aiuto dell’ossigeno e producono alcol: lo stesso processo alla base della produzione di birra. “Negli esseri umani, se un atleta si esibisce oltre il proprio limite aerobico, i suoi muscoli iniziano a fermentare, il che non consuma ossigeno”, ha affermato Kopf. “Questo dà una rapida spinta energetica”, ha aggiunto Kopf. Come si è scoperto, anche molte cellule tumorali alimentano la loro crescita attraverso una strategia simile. Gli scienziati hanno cercato a lungo altri modi per tracciare questi cambiamenti metabolici nelle cellule tumorali.
Maloney, che ha guidato il nuovo studio come borsista Harry Hess a Princeton, e la sua consulente, Xinning Zhang, hanno sviluppato un’idea: tracciare l’idrogeno. Il suo lavoro attuale è stato ispirato da una fonte improbabile: suo padre, un dermatologo. “Preleva continuamente cellule di cancro della pelle dalle persone”, ha detto Maloney. “Mi sono chiesta come il metabolismo di queste cellule potesse essere diverso da quello delle cellule che crescono accanto a loro”, ha raccontato Maloney. Per rispondere a questa domanda, è utile conoscere come l’idrogeno finisca nelle cellule. “In alcuni casi, questi atomi provengono da un enzima difficile da pronunciare, ma di fondamentale importanza, noto come nicotinammide adenina dinucleotide fosfato o NADPH”, ha spiegato Maloney. “Tra i suoi numerosi ruoli nelle cellule, il NADPH raccoglie atomi di idrogeno e li passa ad altre molecole nel processo di produzione degli acidi grassi, un importante elemento costitutivo della vita”, ha osservato Maloney. Il NADPH, tuttavia, non attinge sempre dalla stessa riserva di idrogeno. Precedenti ricerche, condotte da Zhang e incentrate sui batteri, hanno suggerito che, a seconda di ciò che fanno gli altri enzimi di una cellula, il NADPH può talvolta utilizzare più o meno spesso isotopi di idrogeno diversi. Ciò ha portato alla luce l’ipotesi per cui se il cancro è in grado di modificare il metabolismo di una cellula, potrebbe riuscire anche ad alterare il modo in cui il NADPH ottiene il suo idrogeno, manipolando la composizione atomica di una cellula. Per indagare su questa possibilità, i ricercatori hanno allestito vasi pieni di colonie fiorenti di lievito nei laboratori di Princeton e CU Boulder. Separatamente, i biologi di Princeton hanno condotto un esperimento con colonie di cellule epatiche di topo sane e cancerose. Gli scienziati hanno quindi estratto gli acidi grassi dalle cellule e hanno utilizzato una macchina, chiamata spettrometro di massa, per identificare il rapporto tra gli atomi di idrogeno al loro interno. “Quando abbiamo iniziato lo studio, ho pensato che avevamo la possibilità di vedere qualcosa di bello”, ha commentato Maloney. “Alla fine si è creato un segnale enorme, che non mi aspettavo”, ha notato Maloney. “Le cellule di lievito in fermentazione, quelle che assomigliano al cancro, contenevano in media circa il 50% di atomi di deuterio in meno rispetto alle cellule di lievito normali: un cambiamento sorprendente”, ha evidenziato Maloney. “Le cellule cancerose hanno mostrato una carenza di deuterio simile, ma non così forte”, ha sottolineato Maloney. Zhang, autrice senior dello studio e professore assistente di geoscienze a Princeton, che ha perso il padre a causa del cancro, spera che i risultati possano un giorno aiutare famiglie come la sua. “Il cancro e altre malattie sono purtroppo un tema molto sentito nella vita di molte persone”, ha notato Zhang. “Vedere i dati di Ashley è stato un momento speciale e profondo”, ha commentato Zhang. “I risultati hanno mostrato che uno strumento usato per tracciare la salute del pianeta può essere applicato anche per monitorare la salute e le malattie nelle forme di vita, e un giorno, si spera, anche negli esseri umani”, ha specificato Zhang. “Essendo cresciuta in una famiglia colpita dal cancro, spero di vedere questo settore espandersi”, ha concluso Zhang. (AGI)
