Il Dr. Joseph Woo ama la fotosintesi. E per una buona ragione: le piante potrebbero non essere carine come i panda, ma è grazie alla loro alchimia chimica che tutti noi qui sulla Terra siamo vivi e respiriamo. Dal microscopico fitoplancton alle imponenti sequoie, questi supereroi ci tengono in vita assorbendo anidride carbonica e luce solare, producendo miracolosamente ossigeno e zucchero.
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Ma c'è un'altra ragione per cui il Dr. Woo ama la fotosintesi. Quando hai un infarto, ci sono due cose di cui il tuo cuore ha bisogno immediatamente per iniziare a riparare il suo tessuto danneggiato: ossigeno e zucchero. Ora il Dr. Woo, professore e cardiochirurgo della Stanford University, pensa di aver trovato il modo di usare alcuni dei nostri più piccoli amici fotosintesi per aiutare i nostri cuori a guarire se stessi.
In uno studio pubblicato questa settimana su Science Advances, il Dr. Woo e il suo team mostrano come hanno sostituito con successo il sangue con microscopici cianobatteri, organismi simili a piante che usano anche la fotosintesi. Cooptando il processo per aiutare a guarire il tessuto cardiaco danneggiato, il team è stato in grado di proteggere i ratti dall'insufficienza cardiaca mortale. Risolvere un cuore malato, a quanto pare, può essere semplice come far luce sulla situazione.
Gli attacchi di cuore colpiscono 735.000 americani ogni anno e le malattie cardiache sono il killer numero uno al mondo. Un infarto si verifica quando qualcosa blocca il flusso di sangue al cuore, interrompendo l'ossigeno dal raggiungere questo muscolo cruciale. Per i cardiologi, la sfida per prevenire l'insufficienza cardiaca successiva è fornire rapidamente ossigeno e sostanze nutritive ai tessuti cardiaci danneggiati. Ma "se si guarda alla natura, la fotosintesi risponde a questa domanda", afferma il dottor Jeffrey Cohen, post-dottorato presso la Stanford Medicine e autore principale dello studio.
Se un cuore danneggiato fosse fotosintetico, afferma il dottor Cohen, non dovrebbe fare affidamento sul sangue per fornire ossigeno e zucchero ai suoi tessuti. Tutto ciò di cui avrebbe avuto bisogno era il sole. "Consentiresti alla luce di diventare la tua fonte di combustibile, invece del sangue", afferma il dott. Cohen. Purtroppo il cuore non è una pianta. Quindi i ricercatori hanno provato la cosa migliore da fare: iniettarla con batteri simili a piante.
Il Dr. Woo e il suo team hanno iniziato provando alcune piante familiari e reali: "Abbiamo macinato cavolo e spinaci", dice. Stavano cercando di separare i cloroplasti, gli organelli fotosintetici all'interno di ogni cellula vegetale, ma hanno scoperto che una volta isolati sono diventati rapidamente inattivi. Ciò di cui i ricercatori avevano bisogno erano invece macchine fotosintetiche autosufficienti, che potevano funzionare come serre in miniatura per il cuore.
Inserisci i cianobatteri. Questi piccoli organismi si guadagnano da vivere assorbendo anidride carbonica e acqua e sputando ossigeno. Nell'oceano, sono alla base della catena alimentare, producendo ossigeno e zucchero che vengono rapidamente sfruttati da altri organismi affamati. "Servono da linfa vitale a tutto il resto", afferma Adam Martiny, professore di ecologia e biologia evolutiva all'Università della California a Irvine che studia un tipo comune di cianobatteri chiamato Synechococcus.
Con l'aiuto dei microbiologi di Stanford, il Dr. Woo e il suo team hanno sviluppato un ceppo di Synechococcus nel loro laboratorio e iniettato nel tessuto cardiaco compromesso di un topo vivente. Quindi accesero le luci. Dopo 20 minuti, hanno visto un aumento del metabolismo nelle aree danneggiate. Le prestazioni cardiache complessive sono migliorate dopo circa 45 minuti. Le prove suggeriscono che l'ossigeno e lo zucchero Synechococcus creati attraverso la fotosintesi stavano migliorando la riparazione dei tessuti.
Dopo aver iniettato batteri viventi in un organo del corpo, potresti aspettarti un'infezione. Ma è interessante notare che i ricercatori non hanno trovato alcuna risposta immunitaria dopo una settimana di monitoraggio. "Gli insetti non sono più lì, scompare", afferma il Dr. Woo. "E forse è il miglior tipo di batteri": un aiuto amichevole che si attacca per fare il controllo dei danni, poi scompare senza lasciare traccia.
Un potenziale problema nel rendere questa procedura un trattamento praticabile è la tempistica e la complessità, osserva la dott.ssa Morteza Naghavi, presidente esecutivo della Society for Heart Prevent Prevention and Eradication di Houston, in Texas, che non è stata coinvolta nello studio. Il trattamento degli attacchi di cuore è una corsa contro il tempo e, quando i pazienti saranno trasferiti in una struttura speciale attrezzata per iniettare cianobatteri nel cuore, potrebbe essere troppo tardi. "Richiede un'enorme quantità di investimenti e tecnologia", afferma Naghavi.
Tuttavia, il fatto che i ricercatori abbiano ancora visto cuori più sani nei ratti sottoposti a trattamento dopo un mese potrebbe essere un risultato promettente. "Se tutto va come vogliono i ricercatori, sarebbe un'enorme terapia per le persone che hanno avuto [attacchi di cuore]", afferma il dott. Naghavi. "È un'idea folle", ma potrebbe funzionare.
Il dottor Woo e il suo team pensano che Synechococcus bilanci un'equazione chimica ribaltata da un infarto. L'uso della luce come combustibile per il cibo può essere un nuovo concetto per un cuore umano, ma è un vecchio cappello per i cianobatteri nei loro habitat naturali.
Mentre Martiny, il microbiologo ambientale di Irvine, è stato colpito dall'ingegno dei cardiologi , l'idea di come i cianobatteri critici siano per la vita non è nuova. I microbiologi ambientali studiano i cianobatteri come il Synechococcus proprio perché influenzano così profondamente l'ambiente globale. "In questo caso è molto letterale", dice dello studio, "ma è anche abbastanza letterale nell'oceano, considerando che metà dell'ossigeno che respiriamo proviene dal fitoplancton".
"È stato affascinante poter usare un organismo così piccolo per ripulire i rifiuti in un sistema", aggiunge, riferendosi al modo in cui i cianobatteri nello studio hanno assorbito l'accumulo di anidride carbonica e lo hanno utilizzato per la fotosintesi, proprio come in natura. "Forniscono ossigeno lì proprio come fanno nell'oceano per farci vivere".
Il recente studio è semplicemente una prova di concetto, ma gli scienziati sono ora sulla strada per provare la tecnica in soggetti umani. Successivamente lo proveranno in modelli animali più grandi che sono più vicini agli umani e stanno lavorando su modi per fornire e far luce sui cianobatteri senza un intervento a cuore aperto. Stanno anche prendendo in considerazione la modifica genetica di Synechococcus per fare in modo che le creature liberino più zucchero.
Per molti cardiologi, la radice del problema non sta nel gestire gli attacchi di cuore dopo che si verificano, ma nel prevenirli in primo luogo. "Trattare i pazienti dopo un infarto come tentare di mettere un lucchetto in una stalla dopo che i cavalli sono stati rubati", afferma il dott. Naghavi, sottolineando che la maggior parte dei trattamenti ritarda solo l'eventuale insufficienza cardiaca. Ma dato che così tanti americani soffrono di attacchi di cuore - e probabilmente continueranno a farlo - lo sviluppo di trattamenti innovativi per aiutarli a recuperare vale ancora la pena, afferma il dott. Cohen.
Anche qualcosa di improbabile come cercare di sostituire il sangue usando i cianobatteri, dice, potrebbe aiutare a salvare delle vite. La sfida, come dice lui, "non è qualcosa che prendo alla leggera".
