Il cuore è un incredibile cavallo di battaglia di un organo. Ad ogni minuto che passa, il cuore umano si gonfia su un gallone di sangue che alimenta il resto del corpo con ossigeno e sostanze nutritive. Nella vita di una persona media, il cuore batterà più di tre miliardi di volte, pompando abbastanza sangue da riempire circa 1.200 piscine olimpioniche.
Dopo anni di duro lavoro, tuttavia, i muscoli tendono a logorarsi. Come un elastico troppo teso, il cuore alla fine perde la sua capacità di recupero, aumentando costantemente il rischio di insufficienza cardiaca.
Oggi, gli scienziati dell'Università della California, a San Diego, riferiscono che i moscerini della frutta progettati per mantenere alti livelli di proteine che rimodellano il cuore godono di una durata di vita molto più lunga. I loro risultati sono i primi a legare le modifiche strutturali nel tessuto muscolare alle conseguenze metaboliche che alla fine influenzano la longevità.
Mentre le cellule cardiache non hanno la capacità rigenerativa di altri organi come il fegato, il cuore viene caricato con un kit di riparazione completo. Un cuore umano può caricare per decenni oltre la sua prevista garanzia, implementando una serie di metodi di backup per rinnovare e rimodellare vecchie strutture anche quando le cellule iniziano a perdere la loro forma. Quando l'integrità strutturale di un cuore viene compromessa, una serie di proteine si diffonde rapidamente per riparare le crepe nella fondazione.
Uno degli strumenti più potenti a disposizione del cuore è la vinculina, una proteina simile alla super colla delle cellule. Man mano che le cellule delle pareti del cuore invecchiano, iniziano a sfilacciarsi l'una dall'altra e muoiono, rendendo più difficile per il cuore eseguire ogni compressione ritmica. Vinculin si fissa le cellule tra loro e nella matrice circostante che consente al cuore di comunicare con l'ambiente esterno. Questa proteina diventa sempre più necessaria dopo decenni di stress sul muscolo e la produzione aumenta nel cuore con l'età, consentendo alle cellule di rattoppare le fratture nei tessuti anziani. Sia i roditori che i pazienti umani con copie rotte del gene vinculina hanno un rischio particolarmente elevato di insufficienza cardiaca in età avanzata.
Alla fine, tuttavia, il rimodellamento va solo così lontano: in alcuni, lo stato di rovina travolge persino il potere rigenerante di Vinculin e il cuore può fallire. E all'aumentare dell'aspettativa di vita media globale, aumentano anche le preoccupazioni per le complicanze cardiache degli anziani. Entro il 2030, un quarto degli americani avrà più di 65 anni. Per continuare a prevenire l'insorgenza di malattie cardiache nelle generazioni più anziane, lo sviluppo della tecnologia deve accelerare per stare al passo con la popolazione umana.
Per studiare l'intersezione della funzione cardiaca e della longevità, i bioingegneri Ayla Sessions e Adam Engler hanno deciso di sfruttare gli strumenti già sviluppati dall'evoluzione spingendo al limite la capacità di guarigione del cuore.
Tre anni fa, il gruppo dell'autore senior Adam Engler ha dimostrato l'importanza della vinculina nel mantenere il battito cardiaco degli animali nella vecchiaia. Dopo aver dimostrato che i cuori invecchiati di topi e primati non umani producono più vinculina, si sono interrogati sulle conseguenze di aumentare la vinculina o rimuoverla del tutto.
Per aggirare le insidie costose e dispendiose in termini di tempo che manipolano geneticamente roditori o scimmie, i ricercatori hanno modellato i loro esperimenti in moscerini della frutta. Con una durata di poco più di un mese, questi insetti possono passare dal giovane al geriatrico nel giro di poche settimane. E mentre tendiamo a vedere gli insetti come parassiti stranieri, gli umani e le mosche hanno in realtà molto in comune. Gli organi della mosca della frutta condividono una sorprendente somiglianza strutturale con i mammiferi come topi e primati e oltre l'80 percento dei geni che contengono le istruzioni per costruire un cuore a mosca si riflette nelle persone.
"I cuori di moscerini della frutta sono strutturalmente simili alle cellule umane", spiega Engler. “Ma la loro fisiologia è così semplice. Li rende ideali per studiare. ”
E, proprio come negli umani, i cuori delle vecchie mosche tendono a fallire.
Nel loro lavoro originale, Engler e il suo team hanno allevato una varietà di mosche per dare il via alla produzione di vinculina nell'overdrive del tessuto cardiaco. Come previsto, i cuori rinforzati con più vinculina sono rimasti forti anche con l'invecchiamento delle mosche, imitando l'efficienza di pompaggio dei tessuti sani.
Con sorpresa di Engler, tirare fuori la vinculina extra nel cuore ha anche creato "super-mosche" con una longevità notevolmente migliorata, a volte più che raddoppiando la durata della vita delle mosche. Ma mentre ciò sosteneva l'idea che la vinculina fosse fondamentale per una messa a punto del tessuto cardiaco, i ricercatori non capirono come o perché questo aiutasse le mosche a vivere più a lungo.
Nel tentativo di risolvere il mistero, la principale autrice Ayla Sessions ha monitorato la salute e la longevità dello stesso ceppo di superfly da diverse angolazioni. Ancora una volta, le superfly sopravvissero ai loro coetanei normali, ma Sessions scoprì inoltre che esibivano anche un'abilità atletica superiore, usando i loro nuovi poteri per sfuggire ai piani e scalare pareti considerevoli.
Inoltre, come gli atleti umani, le superellule erano più efficienti nell'uso di ossigeno e zucchero per alimentare i loro movimenti. Quando Sessions ha fornito alle mosche una forma etichettata di glucosio, ha visto che gli zuccheri dalla dieta delle mosche venivano incanalati in percorsi iper-efficienti che producevano carburante extra per le cellule. In effetti, queste super-mosche sembravano stranamente mosche di lunga durata di opere passate di altri gruppi, tranne quelle che avevano subito cambiamenti nello stile di vita (come le restrizioni caloriche), non quelle genetiche. In qualche modo, anche se la colla strutturale extra di vinculin era relegata solo a una parte specifica del corpo, questo cambiamento stava avendo conseguenze robuste e di vasta portata sulla salute generale.
"Di milioni di cellule [al volo], solo 102 cellule [nel cuore] finiscono per creare questo effetto sistemico", afferma Engler. "E questo è stato piuttosto sorprendente per noi."
Questa è la prima volta che i ricercatori hanno collegato i cambiamenti nella meccanica delle cellule al metabolismo e possono fornire informazioni su come avere un cuore forte mantiene un metabolismo sano. Sessioni e Engler teorizzano che la maggiore forza del cuore superfly è ciò che fa la differenza. Con più vinculina per raggrupparli insieme, le cellule di un cuore anche più vecchio hanno bisogno di meno carburante per contrarsi in modo efficiente, il che significa che il cuore nel suo insieme è migliore nell'utilizzare l'energia. Questo non solo libera zuccheri per altri tessuti, ma equipaggia anche il cuore per distribuire meglio quel combustibile al resto del corpo. E voilà: resistenza superfly.
"[È bello] concentrarsi sulla vita più a lungo, ma se la qualità della vita è scarsa, non vi è alcun vantaggio", afferma Sessions. "Non stiamo solo aumentando la durata della vita, ma stiamo aumentando il metabolismo e l'utilizzo dell'energia più avanti nella vita."
Poiché i profili delle mosche produttrici di vinculina assomigliano così tanto a quelli di, diciamo, mosche con limitazione calorica, Engler ritiene che questo lavoro confermi fortemente i risultati di altri studi sulla longevità. "Stai modificando gli stessi percorsi, solo attraverso meccanismi diversi, ma raggiungono gli stessi fini", spiega.
"Ignorare il ruolo del sistema circolatorio nel metabolismo è un po 'unilaterale", aggiunge Sessions. "Il metabolismo e la funzione cardiaca vanno di pari passo."
Nel lavoro futuro, il team di Engler prevede di continuare a scoprire i legami tra la struttura del tessuto e il metabolismo, conscio del fatto che un giorno queste informazioni potrebbero contribuire alla sintesi di farmaci che promuovono la longevità, alcuni dei quali potrebbero persino colpire proteine come la vinculina.
Kristine DeLeon-Pennell, una professoressa di scienze cardiovascolari presso la Medical University of South Carolina che non era affiliata allo studio, elogia il lavoro per l'apertura di nuove porte in futuri contesti clinici. "Con le sindromi metaboliche in aumento nei pazienti cardiaci, è davvero interessante che vinculin possa essere un collegamento a ciò che stiamo effettivamente vedendo in clinica", afferma, aggiungendo che ciò potrebbe fornire ai medici un migliore monitoraggio dei pazienti anziani con bassi livelli di vinculin.
Ma Engler avverte che c'è ancora molto lavoro da fare: siamo molto lontani dal capitalizzare su vinculin nei cuori degli umani. "Non stiamo cercando di suggerire che c'è una pillola che puoi prendere o che devi iniziare a modificare la tua dieta in modo da mantenere il tuo metabolismo più a lungo", spiega. "E certamente non è la fonte della giovinezza."
DeLeon-Pennell sottolinea inoltre che il lavoro dovrebbe essere confermato in organismi più complessi come i mammiferi prima che la ricerca possa progredire.
Per ora, ci sono ancora buone notizie: le mosche possono essere allevate per vivere più a lungo.
Le cattive notizie? Le mosche possono essere allevate per vivere più a lungo.
