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Ultrafast photonics for the detection and recognition of toxic spine-structures of amyloid aggregates linked to neurodegenerative disease

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La diagnosi precoce e non invasiva della malattia neurodegenerativa rappresenterà un punto di svolta

I «raggruppamenti» innaturali di proteine nel cervello rappresentano i tratti distintivi di molte malattie croniche devastanti, ma fino a poco tempo fa non era possibile rilevarli in anticipo. Una tecnologia d’avanguardia che permette la diagnosi precoce potrebbe rivoluzionare il trattamento, consentendo di inibire la progressione della malattia prima dell’insorgenza dei sintomi.

Salute

Spesso, la struttura è legata alla funzione ed è ciò che avviene di frequente anche nel caso delle proteine, che presentano vari livelli di organizzazione strutturale complessa. Normalmente, le proteine ripiegate in modo errato non sono attive, ma in alcuni casi queste proteine instabili o pezzi di esse (peptidi) possono aggregarsi in complessi stabili che interferiscono con la funzione cellulare. Grazie al supporto di una borsa di studio individuale del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie per il progetto UPRECON, Piotr Hańczyc, dell’Università di Varsavia, ha sviluppato una tecnologia in grado di rilevare le fasi iniziali di tali aggregazioni, indicative di degenerazione, prima che i sintomi si manifestino. La tecnologia apre la strada a terapie più efficaci che rallentano o frenano la progressione delle malattie neurodegenerative, migliorando la qualità della vita per milioni di individui e allungandone potenzialmente la durata.

Elementi spessi e sottili che si attaccano tra loro

Alcune delle più importanti malattie di errato ripiegamento proteico sono associate agli aggregati amiloidi. L’aggregazione amiloide inizia con l’agglomerazione di varie proteine ripiegate in modo errato o monomeri peptidici per formare gli oligomeri. Questi, a loro volta, possono organizzarsi autonomamente in complessi polimerici simili a fibrille citotossici e stabili, ricchi di aree di strati beta chiamate placche. La formazione di uno stato amiloide di proteine è associato a numerose malattie, quali l’Alzheimer, il Parkinson e la malattia di Huntington, oltre al diabete di tipo 2. Aspettativa di vita in aumento e stili di vita in evoluzione faranno probabilmente crescere l’incidenza di queste malattie con l’invecchiamento. Il miglioramento della diagnosi e del trattamento non andrà solo a beneficio di milioni di pazienti in tutto il mondo, ma ridurrà anche l’onere finanziario sui pazienti, sulle loro famiglie e sui sistemi sanitari.

Due fotoni sono meglio di uno

Nonostante l’enorme progresso della tecnologia e delle conoscenze, finora gli scienziati erano in grado di rilevare solo le fibrille amiloidi mature, generalmente correlate allo stadio avanzato della malattia. Hańczyc ha superato questo ostacolo avvalendosi della spettroscopia laser ultraveloce abbinata all’eccitazione a due fotoni con luce nel vicino infrarosso, che induce un forte assorbimento della luce da parte degli amiloidi ma non delle proteine naturali. Hańczyc approfondisce: «Ho scoperto che gli aggregati amiloidi, nelle prime fasi di formazione, mostrano un segnale ottico unico che li differenzia dagli aggregati più maturi». Poiché la luce nel vicino infrarosso è in grado di penetrare nel tessuto profondo e il suo assorbimento non provoca danni cellulari, potrebbe diventare un metodo di elezione per la tomografia cerebrale e per il rilevamento precoce dell’aggregazione proteica.

Diagnostica precoce della malattia neurodegenerativa

Hańczyc si è basato sulla sua scoperta per sviluppare una metodologia brevettata portando alla creazione di un’azienda spin-off. «La tecnologia consente il rilevamento di forme oligomeriche di fibrille amiloidi fin dalle primissime fasi di aggregazione, nel liquido cerebrospinale di pazienti affetti dal morbo di Alzheimer», spiega. La sua azienda convaliderà la tecnologia con un campione più ampio di volontari in cui è possibile lo sviluppo dei sintomi cognitivi in un arco temporale compreso tra 10 e 15 anni. Le sovvenzioni MSCA sono molto competitive e finanziano progetti con elevati livelli di rischio ma dotati di un potenziale enorme in caso di successo. Hańczyc ha realizzato questo potenziale e grazie a esso ha dato impulso alla sua carriera dedicata allo sviluppo di strumenti a base ottica per la neurodegenerazione sicuri e non invasivi. «Grazie alla migliore comprensione dei meccanismi molecolari alla base della neurodegenerazione, possiamo sviluppare nuove tecniche in grado di rilevare, trattare ed eliminare i fattori di rischio. Questi nuovi potenti strumenti consentiranno diagnostica e terapie personalizzate», conclude Hańczyc.

Parole chiave

UPRECON, proteina, amiloide, aggregati, neurodegenerazione, fibrille, Alzheimer, vicino infrarosso, spettroscopia, due fotoni

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