Ricerca sul restringimento delle arterie dovuto all'accumulo della placca

L'aterosclerosi, il restringimento delle arterie dovuto all'accumulo di placca, è la ragione alla base della maggior parte degli ictus e degli infarti

Quando l'arteriosclerosi si manifesta nelle arterie, che portano il sangue al muscolo cardiaco, si trasforma in malattia coronarica.

La professoressa di ingegneria biomedica Barbara Rita Alevriadou(1) ha dedicato gran parte della sua carriera, che si estende su due decenni, alle patologie cardiovascolari. La sua attuale ricerca sugli effetti del flusso sanguigno sulle pareti delle nostre arterie ha recentemente attirato l'attenzione e il finanziamento dal National Institutes of Health (NIH).(2)

Mentre non si sa molto sull'aterosclerosi, la maggior parte dei ricercatori medici concorda sul fatto che inizia con danni all'endotelio, la superficie interna liscia delle arterie. Danni allo strato di cellule endoteliali portano alla formazione di placca, costituita da grasso, colesterolo, calcio, altre sostanze e cellule nel sangue. L'ipertensione, i livelli anormali di colesterolo, il fumo di sigaretta e il diabete sono spesso citati come le cause più comuni del danno. Ma nel tentativo di comprendere meglio l'iniziazione e la progressione della malattia, La professoressa Barbara Rita Alevriadou e il suo gruppo di ricerca vogliono controllare le dinamiche del flusso. Più precisamente, come il flusso di sangue nelle nostre arterie, noto anche come emodinamica, contribuisce al danno endoteliale.

Secondo Alevriadou, decenni fa i pionieri della bioingegneria scoprirono che le placche si sviluppano sulle pareti interne delle curvature e sul muro esterno delle biforcazioni delle arterie o delle forcelle. Da allora, Alevriadou e altri ricercatori in tutto il mondo si sono concentrati su come il flusso di sangue in queste aree arteriose influisce sulla funzione delle cellule endoteliali. "La mia ricerca si concentra sull'evento molto iniziale, ovvero quando le cellule endoteliali iniziano a perdere la loro normale funzione e rispondono ai danni", ha asserito la professoressa Alevriadouo. "Se comprendiamo questi effetti iniziali e manteniamo in salute le cellule endoteliali, possiamo ritardare la progressione delle malattie cardiovascolari".

La squadra di Alevriadou è particolarmente interessata al funzionamento interno delle cellule endoteliali - chiamate segnalazione intracellulare - quando sono esposte a diversi tipi di flusso sanguigno, in particolare pulsatile e oscillatorio. Il flusso pulsatile è a ritmo con il battito cardiaco, si verifica nelle parti diritte delle arterie ed è caratterizzato da elevate portate medie. Il flusso oscillatorio si verifica nelle curvature e nelle biforcazioni arteriose ed è caratterizzato da basse portate vicino a zero.

"Sappiamo che le aree nelle arterie che sviluppano l'aterosclerosi sono quelle che sono esposte ad un determinato profilo di flusso, in particolare il flusso oscillatorio, o lo stress di taglio oscillatorio", ha detto Alevriadou.

In laboratorio, il gruppo di ricerca raccoglie cellule endoteliali umane o bovine su vetrini, che vengono poi inseriti nelle camere di perfusione. Una pompa aziona i mezzi di coltura attraverso le camere, imitando il flusso di sangue sulle cellule. Sotto il microscopio, osservano in tempo reale come si comportano i componenti intracellulari, in particolare i mitocondri, la centrale elettrica della cellula.

Una sovvenzione del NIH, spalmata in 4 anni, di 1,8 milioni di dollari(3) finanzierà le loro indagini sul trasporto di calcio all'interno e all'esterno dei mitocondri come origine potenziale della disfunzione endoteliale e del danno che può avviare e propagare l'aterosclerosi.

Il professore di Medicina Madesh Muniswamy della University of Texas Health di San Antonio è il collaboratore della professoressa Barbara Rita Alevriadou.(4) Esperto di calcio mitocondriale, ha fornito linee cellulari endoteliali e modelli murini transgenici che consentono di concentrarsi sul canale del calcio chiamato uniporter di calcio mitocondriale (MCU), che consente al calcio di entrare nei mitocondri. La funzione regolare delle cellule dipende fortemente dal calcio e dal modo in cui risponde ai diversi stimoli che agiscono sulle cellule.

"Nella letteratura, la maggior parte della ricerca riguarda le risposte cellulari agli stimoli chimici", ha detto Alevriadou. "È qui che i bioingegneri si separano dai biologi e dai biochimici. Studiamo le risposte cellulari agli stimoli meccanici o elettrici".

Il team ha ipotizzato che sotto stress l'MCU potrebbe non funzionare come previsto, portando a disfunzione cellulare, che può contribuire alla malattia arteriosclerotica.

"Quando i mitocondri sono disfunzionali, creano molti radicali liberi che danneggiano i componenti cellulari portando alla disfunzione cellulare o all'apoptosi", ha aggiunto Alevriadou.

Imitando l'emodinamica dell'arteria, Alevriadou spera di scoprire fenomeni meccanochimici legati al calcio nei mitocondri che possono portare a migliori farmaci o trattamenti per le malattie cardiovascolari. "Credo che il NIH voglia vedere idee innovative, specialmente quelle che provengono da sforzi di collaborazione tra ingegneria e medicina", ha detto Alevriadou. "Il nostro obiettivo iniziale è identificare un target critico, quindi scoprire e testare piccole molecole che potrebbero modificare l'attività del MCU."

La dottoressa Barbara Rita Alevriadou ha citato i nomi dei suoi ex e attuali membri del team: Randy Giedt (attualmente presso il Novartis Institutes for BioMedical Research), Christopher Scheitlin (attualmente al Battelle Memorial Institute), Akshar Patel (studente laureato in ingegneria biomedica) e Thomas Esber (studente universitario).

Riferimenti:

(1) Barbara Rita Alevriadou

(2) National Institutes of Health (NIH)

(3) Project Information - NIH

(4) Team UT Health San Antonio

Descrizione foto: La dottoressa Barbara Rita Alevriadou assieme al dottor Randy Giedt.