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Lunedì, Maggio 29, 2017
Scienza e Futuro Le 10 più importanti scoperte scientifiche avvenute nel 2013

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Le 10 più importanti scoperte scientifiche avvenute nel 2013

Immunoterapia efficace contro i tumori, mini-organi artificiali e nuove tecniche di imaging per studiare il cervello, celle fotovoltaiche a basso costo e nuove prove del collegamento tra supernove e raggi cosmici: sono alcuni esempi dei risultati di grande rilievo ottenuto in campo scientifico nel 2013. Com'è ormai tradizione, a fine d'anno la rivista “Science” passa in rassegna i dieci studi che promettono di lasciare un segno nella nostra conoscenza, dal mondo estremamente piccolo a quello estremamente grande. Eccoli qui, uno per uno.

Le 10 scoperte più importanti del 2013 secondo "Science"

Ricostruzione della struttura del recettore CTLA-4 di linfocita T di topo

1. Immunoterapia contro i tumori. La ricerca sul cancro è forse quella che in ambito biomedico ha più deluso le aspettative negli ultimi decenni, con risultati tutto sommato modesti rispetto ad annunci e previsioni forse un po' troppo ottimistiche. Il 2013 ha però mostrato che la strada dell'immunoterapia potrebbe essere finalmente quella giusta. L'immunoterapia definisce innanzitutto un nuovo paradigma di cura, perché ha come obiettivo non tanto la massa tumorale in sé ma il sistema immunitario del malato, che viene “ingegnerizzato” per reagire al cancro. L'idea viene da lontano, dalla fine degli anni ottanta, quando vennero identificati sulla superficie dei linfociti T, cellule del sistema immunitario, specifici recettori chiamati CTLA-4. Pochi anni dopo, l'immunologo James Allison, ora all'Anderson Cancer Center di Houston, scoprì che questo recettore mette un freno all'azione del sistema immunitario. Il blocco di CTLA-4, si pensò, avrebbe consentito all'organismo di lanciare un attacco immunitario di notevole portata e intensità contro il tumore. Nei primi anni novanta, un gruppo di ricercatori giapponesi ha identificato un altro “freno” del sistema immunitario, denominato PD-1. La ricerca in questo campo ha subito poi un'accelerazione nel 2011, con la terapia dell'antigene chimerico (CAR), che viene attualmente testata in numerosi trial clinici. Le aziende farmaceutiche, prima caute, stanno investendo somme considerevoli sull'immunoterapia: Bristol-Myers Squibb ha ottenuto risultati incoraggianti sul melanoma metastatico, grazie all'associazione del trattamento anti-CTLA-4 con il farmaco ipilimumab. Quest'anno finalmente anche gli scettici si sono convinti dei risultati delle numerose sperimentazioni cliniche. Risultati che tuttavia sono solo un punto d'inizio per una nuova strada. Per continuare a percorrerla, occorre trovare biomarcatori che permettano dI identificare i pazienti che possono beneficiare al meglio dell'immunoterapia.

2. CRISPR, il bisturi genetico. Cinquanta pubblicazioni in dieci mesi: è in pieno sviluppo lo sfruttamento di una nuova tecnica che permette di attivare, disattivare o sostituire geni con grande precisione e facilità. Questa specie di nanochirurgia genetica, denominata CRISPR (da Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), resa possibile da un “nanobisturi” scoperto di recente: si tratta di una proteina batterica denominata Cas9, accoppiata a una sequenza di RNA.

Le 10 scoperte più importanti del 2013 secondo "Science"

Henry Snaith dell'Università di Oxford con la sua creazione: una cella fotovoltaica a perovskite

3. Celle solari a perovskite. Una nuova generazione di celle fotovoltaiche, più economiche e facili da produrre rispetto a quelle tradizionali in silicio, sono basate sulla perovskite, un minerale composto da ossigeno, titanio e calcio. Il tallone d'Achille di questa tecnologia è sicuramente l'efficienza, che attualmente non supera il 15 per cento, contro il 20-25 per cento delle celle tradizionali. Ma era del 3,8 per cento solo quattro anni fa, e c'è da scommettere che migliorerà ancora, grazie al forte sviluppo di cui è protagonista.

4. Progettare vaccini con la biologia strutturale. La possibilità di osservare e manipolare le molecole con precisione sempre più grande sta dando i suoi frutti anche nel campo della progettazione di vaccini. A maggio, un gruppo di ricercatori dello statunitense National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) ha tracciato nei minimi particolari il meccanismo di azione di un anticorpo in grado di legarsi a una specifica proteina, denominata proteina F, sulla superficie del virus respiratorio sinciziale (RSV), e di inibire così l'infezione da parte di questo virus che nel mondo uccide circa 160.000 bambini ogni anno. A novembre, lo stesso gruppo di ricerca ha dimostrato che il risultato ottenuto in precedenza può essere sfruttato per progettare una proteina F da usare come immunogeno, il principale componente di un vaccino. Le prime sperimentazioni fanno ben sperare che sia questa la strada giusta per trovare un vaccino contro l'RSV.

Le 10 scoperte più importanti del 2013 secondo "Science"

Una sezione di cervello di topo ottenuta con la tecnica CLARITY

5. CLARITY, il cervello trasparente. Non poteva che chiamarsi "chiarezza" (clarity, in inglese) una nuova tecnica di imaging che rende il tessuto cerebrale trasparente e quindi i neuroni e le altre cellule cerebrali perfettamente visibili. Questo risultato, che rappresenta un progresso notevole per le neuroscienze, è reso possibile dalla rimozione delle molecole lipidiche che costituiscono le membrane cellulari dei tessuti cerebrali, molecole che diffondono la radiazione luminosa rendendo meno nitide le immagini. Questa nuova tecnica permette di sostituire i lipidi con un gel trasparente, lasciando intatto il resto delle strutture cellulari. Chiaramente, si tratta di un processo di preparazione che può essere effettuato solo post mortem.

6. I mini-organi. Abbozzi di fegato, mini-reni e anche cervelli: sono questi i minuscoli “organoidi” che ora è possibile realizzare in vitro, come hanno dimostrato alcune ricerche pubblicate nel 2013. Lasciate in un terreno di coltura senza ulteriori interventi esterni, le cellule staminali pluripotenti indotte (iPS), ottenute riprogrammando cellule adulte allo stato staminale, crescono in modo incontrollato, formando una massa disorganizzata di cellule cardiache, neuroni, denti e peli. I ricercatori hanno però capito come dirigere il differenziamento delle staminali in tessuti strutturati, fino a riprodurre organoidi con alcune funzionalità tipiche degli organi pienamente sviluppati. Se si guarda in prospettiva, si tratta probabilmente del primo passo sulla lunga strada verso la realizzazione di organi funzionali che possano servire da “pezzi di ricambio” per animali ed esseri umani. Ma ci sono vantaggi molto più immediati. I mini-cervelli per esempio hanno consentito di chiarire alcuni meccanismi cruciali della microcefalia, una condizione patologica in cui il cervello non raggiunge un pieno sviluppo.

Le 10 scoperte più importanti del 2013 secondo "Science"

Una spettacolare immagine della Nebulosa del Granchio, esito di una supernova esplosa nel 1054. I raggi cosmici si originano da questo tipo di eventi

7. Raggi cosmici dalle supernove. Dopo tanti anni di ipotesi e prove parziali, finalmente nel 2013 è arrivata la conferma, grazie a uno studio con una forte partecipazione italiana e basato sulle osservazioni del telescopio spaziale Fermi della NASA che scruta il cielo nei raggi gamma: i raggi cosmici che colpiscono la Terra provengono dalle supernove, le esplosioni che interessano le stelle giunte al termine del loro ciclo vitale. Ricostruire il loro percorso all'indietro fino alla sorgente non è stato facile. I protoni, che costituiscono la quasi totalità dei raggi cosmici, sono particelle elettricamente cariche, quindi sono deviate dai campi magnetici. La strategia degli scienziati è stata quindi la ricerca della “firma" nei processi che seguono l'emissione dei protoni. Ogni supernova produce protoni che vengono accelerati dall'onda d'urto che accompagna l'esplosione di supernova. I protoni poi si scontrano tra di loro, producendo altre particelle elementari chiamate pioni, le quali a loro volta vanno incontro a un processo di decadimento, con la produzione di coppie di fotoni di alta energia. Questi ultimi sono stati rilevati proprio da Fermi nello spettro di radiazione dei resti di due supernove denominate IC 433 e W44 nella nostra galassia.

8. Embrioni umani clonati. Il 2013 è stato un anno cruciale anche nel campo della ricerca sulle cellule staminali, uno studio ha dimostrato infatti di aver clonato embrioni umani e di averli usati come fonti di queste cellule. La tecnica impiegata nello studio, denominata trasferimento del nucleo di cellule somatiche (SCNT), è la stessa usata per clonare la pecora Dolly nel 1996 e successivamente ripetuta su topi, maiali, cani e altri animali. Ma non è mai riuscita nell'essere umano, se non per la produzione di embrioni di scarsa qualità, non in grado per esempio di produrre cellule staminali. Nel 2007 però un gruppo dell'Oregon National Primate Resarch Center a Beaverton clonò, proprio con la SCNT, embrioni di scimmia in grado di produrre staminali, dimostrando che nei primati è fondamentale il ruolo della caffeina. Questa sostanza sembra infatti in grado di stabilizzare le molecole cruciali negli ovociti umani. Ora la SCNT si è dimostrata efficace anche nell'uomo, ma quanto sarà utile per la ricerca biomedica? È la domanda ricorrente, considerando che la riprogrammazione di cellule somatiche adulte in cellule staminali pluripotenti è una tecnica alternativa per ottenere cellule staminali affidabile e non gravata da questioni etiche, come invece la clonazione.

Le 10 scoperte più importanti del 2013 secondo "Science"

Una spettacolare scansione di imaging cerebrale mostra l'espansione dei canali tra i neuroni per lo scorrimento del fluido cerebrospinale in un cervello di topo durante il sonno

9. Perché dormiamo? Per lasciare spazio alle "pulizie". Uno studio sui topi ha dimostrato che il cervello ha un sofisticato sistema di autopulizia, che sfrutta l'espansione in volume di una rete di canali tra i neuroni che permette al liquido cerebrospinale di scorrervi in misura maggiore. Questo processo permette di smaltire prodotti di scarto come le proteine beta amiloidi e avviene con maggiore efficienza durante il sonno, con una diminuzione delle dimensioni delle cellule fino al 60 per cento, che lascia più spazio ai canali. Questo risultato suggerisce che l'effetto ristoratore del sonno sia legato almeno in parte a questo meccanismo di smaltimento dei prodotti di scarto del metabolismo, con potenziali implicazioni per la il mantenimento della funzionalità cerebrale. Anche se saranno necessarie conferme sperimentali da studi su altre specie e soprattutto sull'essere umano, l'idea delle "pulizie notturne" spiegherebbe anche perché la deprivazione di sonno è un fattore di rischio per lo sviluppo di patologie neurologiche.

10. Un universo batterico nel nostro organismo. il corpo umano contiene mille miliardi di cellule batteriche, ospitate per lo più nell'apparato digerente e in particolare nell'intestino, che formano quello che viene chiamato biota. Gli scienziati stanno chiarendo molti processi utili al mantenimento dello stato di salute, soprattutto quelli coinvolti nel processi di digestione e delle difese immunitarie, che coinvolgono proprio il biota intestinale. Alcune terapie antitumorali, per esempio, necessitano del buon funzionamento dei microrganismi del nostro intestino per essere efficaci, come dimostrato quest'anno da uno studio pubblicato su "Nature". Altri collegamenti prima sconosciuti riguardano la mancanza di specifici ceppi batterici e l'insorgenza di un tumore del fegato riscontrato con più frequenza nei soggetti obesi, come dimostrato in due studi pubblicati su "Science". In futuro, la medicina sempre più personalizzata dovrà tenere conto di questo universo batterico che alberga nel nostro intestino.


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