(Monossido di carbonio-Immagine:materiali schiumosi che intrappolano gas (GEM). Credito: Massachusetts Institute of Technology).
Il monossido di carbonio è meglio conosciuto come un gas potenzialmente mortale. Tuttavia, a piccole dosi ha anche qualità benefiche: è stato dimostrato che riduce l’infiammazione e può aiutare a stimolare la rigenerazione dei tessuti.
Un team di ricercatori guidato dal MIT, dal Brigham and Women’s Hospital, dall’Università dell’Iowa e dal Beth Israel Deaconess Medical Center ha ora escogitato un nuovo modo per fornire monossido di carbonio al corpo bypassando i suoi effetti potenzialmente pericolosi. Ispirandosi alle tecniche utilizzate nella gastronomia molecolare, sono stati in grado di incorporare il monossido di carbonio in schiume stabili che possono essere erogate al tratto digestivo.
In uno studio sui topi, i ricercatori hanno dimostrato che queste schiume riducevano l’infiammazione del colon e aiutavano a invertire l’insufficienza epatica acuta causata dal sovradosaggio di paracetamolo. La nuova tecnica, descritta oggi in un articolo di Science Translational Medicine, “potrebbe essere utilizzata anche per fornire altri gas terapeutici, affermano i ricercatori”.
“La capacità di erogare un gas apre opportunità completamente nuove su come pensiamo alle terapie. Generalmente non pensiamo a un gas come a una terapia che potresti assumere per via orale (o che potrebbe essere somministrata per via rettale), quindi questo offre un entusiasmante nuovo modo di pensare a come possiamo aiutare i pazienti”, afferma Giovanni Traverso, Karl van Tassel Career Development Assistant Professor of Mechanical Engineering al MIT e gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital.
Traverso e Leo Otterbein, Professore di chirurgia presso la Harvard Medical School e il Beth Israel Deaconess Medical Center, sono gli autori senior dell’articolo. Gli autori principali sono James Byrne, medico-scienziato e oncologo presso l’Università dell’Iowa (ex residente nel programma Mass General Brigham/Dana Farber Radiation Oncology) e ricercatore affiliato al Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT; David Gallo, ricercatore presso Beth Israel Deaconess e Hannah Boyce, un ingegnere ricercatore presso Brigham and Women’s.
Consegna del gas in schiuma
Dalla fine degli anni ’90, Otterbein ha studiato gli effetti terapeutici di basse dosi di monossido di carbonio. È stato dimostrato che il gas conferisce effetti benefici nella prevenzione del rigetto degli organi trapiantati, nella riduzione della crescita tumorale e nella modulazione dell’infiammazione e del danno tissutale acuto.
Se inalato ad alte concentrazioni, il monossido di carbonio si lega all’emoglobina nel sangue e impedisce al corpo di ottenere abbastanza ossigeno, il che può portare a gravi effetti sulla salute e persino alla morte. Tuttavia, a dosi più basse, ha effetti benefici come la riduzione dell’infiammazione e la promozione della rigenerazione dei tessuti, afferma Otterbein.
“Sappiamo da anni che il monossido di carbonio può conferire effetti benefici in tutti i tipi di patologie, se somministrato come gas inalato”, afferma. “Tuttavia, è stata una sfida utilizzarlo in clinica, per una serie di motivi legati a somministrazione sicura e riproducibile“.
Alcuni anni fa, Traverso e Otterbein sono stati presentati da Christoph Steiger, un ex postdoc del MIT e autore del nuovo studio. Il laboratorio di Traverso è specializzato nello sviluppo di nuovi metodi per la somministrazione di farmaci al tratto gastrointestinale. Per affrontare la sfida di fornire un gas, hanno avuto l’idea di incorporare il gas in una schiuma, proprio come gli chef usano l’anidride carbonica per creare schiume infuse con frutta, verdura o altri aromi.
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Le schiume culinarie vengono solitamente create aggiungendo un agente addensante o gelificante a un liquido o un solido che è stato passato in purea, quindi montandolo per incorporare aria o utilizzando un sifone specializzato che inietta gas come anidride carbonica o aria compressa.
Il team del MIT ha creato un sifone modificato che potrebbe essere collegato a qualsiasi tipo di bomboletta di gas, consentendo loro di incorporare monossido di carbonio nella loro schiuma. Per creare le schiume, i ricercatori hanno utilizzato additivi alimentari come alginato, metilcellulosa e maltodestrina. È stata aggiunta anche gomma di xantham per stabilizzare le schiume. Variando la quantità di gomma di xantham, i ricercatori hanno potuto controllare quanto tempo ci sarebbe voluto per il rilascio del gas una volta somministrate le schiume.
Dopo aver dimostrato di poter controllare i tempi del rilascio di gas nel corpo, i ricercatori hanno deciso di testare le schiume per alcune applicazioni diverse. In primo luogo, hanno studiato due tipi di applicazioni topiche, analoghe all’applicazione di una crema per lenire le aree pruriginose o infiammate. In uno studio sui topi, hanno scoperto che l’erogazione della schiuma per via rettale riduce l’infiammazione causata dalla colite o dalla proctite indotta da radiazioni (infiammazione del retto che può essere causata dal trattamento con radiazioni per il cancro del collo dell’utero o della prostata).
I trattamenti attuali per la colite e altre condizioni infiammatorie come il morbo di Crohn di solito coinvolgono farmaci che sopprimono il sistema immunitario, il che può rendere i pazienti più suscettibili alle infezioni. “Trattare queste condizioni con una schiuma che può essere applicata direttamente al tessuto infiammato offre una potenziale alternativa, o un approccio complementare, a quei trattamenti immunosoppressori”, affermano i ricercatori. “Le schiume sono state somministrate per via rettale in questo studio, ma potrebbero anche essere somministrate per via orale”, aggiungono i ricercatori.
“Le schiume sono così facili da usare, che aiuterà con la traduzione nella cura del paziente”, afferma Byrne.
Controllo della dose
I ricercatori hanno quindi deciso di studiare possibili applicazioni sistemiche, in cui il monossido di carbonio potrebbe essere distribuito a organi remoti, come il fegato, grazie alla sua capacità di diffondersi dal tratto gastrointestinale in altre parti del corpo. Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un modello murino di sovradosaggio da paracetamolo, che provoca gravi danni al fegato. Hanno scoperto che il gas erogato al tratto gastrointestinale inferiore era in grado di raggiungere il fegato e ridurre notevolmente la quantità di infiammazione e danno tissutale osservato lì.
In questi esperimenti, i ricercatori non hanno riscontrato alcun effetto negativo dopo la somministrazione di monossido di carbonio. Precedenti studi sull’uomo hanno dimostrato che piccole quantità di monossido di carbonio possono essere inalate in sicurezza. Un individuo sano ha una concentrazione di monossido di carbonio di circa l’1% nel sangue e studi su volontari umani hanno dimostrato che livelli fino al 14% possono essere tollerati senza effetti avversi.
“Siamo sicuri che la schiuma utilizzata in questo studio, non ci avvicini ai livelli che potrebbero preoccuparci”, afferma Otterbein.
In questo studio, i ricercatori hanno anche creato gel contenenti monossido di carbonio, oltre a solidi pieni di gas, utilizzando tecniche simili a quelle utilizzate per produrre Pop Rocks, le caramelle dure che contengono bolle di anidride carbonica pressurizzate. Hanno in programma di testarli in ulteriori studi, oltre a sviluppare le schiume per possibili test su pazienti umani.
Fonte: Science Translational Medicine
