Valvola aortica-Immagine
Il corpo umano ha difese sofisticate contro la deposizione di minerali di calcio che irrigidiscono i tessuti cardiaci. I ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign e collaboratori dell’UCLA Health e dell’Università del Texas ad Austin, forniscono in un nuovo studio il primo passo dettagliato di come procede la calcificazione.
“Le malattie cardiache sono la principale causa di morte ogni anno; circa 18 milioni di morti all’anno e questo numero è in crescita. Gran parte è il risultato della calcificazione“, ha detto il leader dello studio Bruce Fouke, Professore di scienze della terra dell’Università della Illinois Urbana-Champaign e cambiamento ambientale e Direttore del Roy J. Carver Biotechnology Center dell’Illinois. “Quando la valvola aortica calcifica, l’unica opzione al momento è un intervento chirurgico ultra-invasivo per sostituirla. Ciò aumenta l’urgenza di gestire questo processo per procedere in modo più efficace con lo sviluppo e i test dei farmaci“.
La valvola aortica è il portale attraverso il quale il sangue ossigenato viene pompato dal cuore al corpo, aprendosi e chiudendosi più di 3 miliardi di volte durante la vita media. I depositi di calcio possono crescere all’interno dei tre lembi di tessuto che compongono la valvola, chiamati lembi, irrigidendoli e rendendoli incapaci di aprirsi completamente.
“Con la calcificazione dei vasi sanguigni, uno stent può aiutare, ma non è possibile farlo con la valvola aortica. Ogni organo del corpo può essere in perfette condizioni, ma se la valvola aortica smette di funzionare, la vita finisce”, dice Mayandi Sivaguru, primo autore e direttore dello studio, Omics Facility, Carver Biotechnology Center.
Nonostante la prevalenza e l’importanza biologica, si sa poco su come si formano o crescono i depositi di calcio. Il gruppo di Fouke è stato pioniere nel campo del “GeoBioMed”, una combinazione di geologia, biologia e medicina e in precedenza lo ha applicato allo studio dei calcoli renali. Nel nuovo studio, pubblicato sulla rivista Scientific Reports, il gruppo di Fouke dell’Illinois ha collaborato con i colleghi della UCLA School of Medicine e della Jackson School of Geoscience in Texas per studiare e documentare le fasi della formazione dei depositi di calcio nelle valvole aortiche dei cuori di cadaveri umani.
“Abbiamo utilizzato più di 12 modalità di studio, tra cui la microscopia ottica, la microscopia elettronica e la spettroscopia, per studiare per la prima volta la natura e la progressione della mineralizzazione e la localizzazione delle proteine nella valvola aortica. Questa analisi multimodale ha portato alla scoperta di una nuova linea di prove per comprendere meglio la calcificazione cardiovascolare“, ha detto Sivaguru.
Il punto di partenza è il tessuto fogliare sano. Successivamente si formano minuscole sferule di fosfato di calcio nello strato muscolare liscio.
Fondamentalmente, il team ha scoperto che la forma del fosfato di calcio nei depositi minerali non è lo stesso tipo di quello che si trova nelle ossa, chiamato apatite, come si pensava ampiamente. Invece, i depositi sono costituiti prevalentemente da fosfato di calcio amorfo, che ha la capacità di cambiare forma morfologicamente e riorganizzarsi atomicamente.
Man mano che crescono, le sferule si fondono in strati che incrostano e irrigidiscono il collagene e le fibre muscolari lisce che conferiscono ai lembi la loro flessibilità. Questi processi si combinano per formare grandi noduli che ruotano, si toccano e irrigidiscono ulteriormente i tessuti.
“Immediatamente, abbiamo visto che le reazioni all’interno dei tessuti delle valvole erano praticamente identiche a quelle che abbiamo studiato nelle barriere coralline, nelle sorgenti termali e in molti altri ambienti naturali che ospitano interazioni vita-acqua-minerali“, ha detto Fouke che è Professore all’Illinois. “Il nostro sangue è saturo di calcio e fosfato. La calcificazione del collagene e la crescita dei noduli sono inevitabili data la chimica, la biologia e la composizione del nostro sangue. Tuttavia, il lato positivo di tutto questo è che abbiamo anche scoperto che il nostro corpo ha sviluppato questi processi incredibilmente complessi ed efficaci per combattere la mineralizzazione. Non può fermarla, ma può rallentarla drasticamente”.
I ricercatori hanno scoperto due meccanismi di difesa. Quando le minuscole sferule ACP si formano e iniziano a fondersi, i tessuti cardiaci producono grandi quantità della proteina osteopontina. “L’osteopontina promuove la crescita dell’apatite e la calcificazione nelle ossa e nei calcoli renali, quindi i risultati inizialmente hanno lasciato perplessi i ricercatori”, ha detto Fouke. “Ma l’osteopontina ha l’effetto opposto, inibitorio sull’ACP, rallentando la calcificazione del collagene e l’aggregazione dei noduli”.
“Ecco perché sapere che si tratta di ACP invece che di apatite è così importante. Migliorare il rilascio di osteopontina potrebbe essere un nuovo obiettivo importante per rallentare la calcificazione a un livello tale da non rappresentare una minaccia o richiedere un intervento chirurgico”, ha detto Fouke.
La seconda difesa del corpo è proprio il collagene dove si formano i noduli. I ricercatori hanno scoperto che quando i noduli iniziano a crescere, le fibre di collagene si allungano e li contengono, formando una barriera d’acqua che rallenta ulteriormente la crescita dei noduli.
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Oltre a studiare possibili applicazioni terapeutiche dell’osteopontina per rallentare la calcificazione, i ricercatori sperano anche che il loro lavoro apra nuove strade di ricerca sulla prevenzione della crescita iniziale e sullo scioglimento dei depositi minerali già formati in tutto il corpo umano.
In collaborazione con la Mayo Clinic, il team sta ora applicando il proprio approccio multimodale GeoBioMed allo studio della calcificazione nei tumori al seno umani, un segno distintivo della malattia.
