La malaria è una delle malattie infettive più pericolose al mondo. Un team internazionale è ora in grado di studiare i patogeni della malaria nei globuli rossi in vivo utilizzando il microscopio a raggi X BESSY II e le sorgenti di sincrotrone ALBA ed ESRF. Gli studi rivelano i meccanismi utilizzati dai principi attivi per attaccare il patogeno. Ciò potrebbe contribuire al miglioramento delle strategie di trattamento e dei farmaci.

Circa il 40% dell'umanità vive in regioni colpite dalla malaria. Circa 200 milioni di persone contraggono la malattia ogni anno, e circa 600, 000 persone muoiono di conseguenza. Le zanzare anofele che trasmettono i patogeni della malaria si stanno diffondendo a causa dei cambiamenti climatici. Questi agenti patogeni sono organismi unicellulari (plasmodi) che si depositano all'interno dei globuli rossi dei loro ospiti e metabolizzano l'emoglobina per crescere e moltiplicarsi.

La via principale per affrontare la malattia è il trattamento con composti attivi della famiglia delle chinoline, e più recentemente, dalla famiglia delle artemisinine. Però, il modo esatto in cui i composti attivi tengono sotto controllo i plasmodi patogeni è stato finora oggetto di controversie.

Una tesi riguarda il processo digestivo dei plasmodi patogeni. La ricerca ha dimostrato che i plasmodi immagazzinano grandi quantità di emoglobina nel loro vacuolo digestivo, un organello che ricorda una borsa. Questo rilascia molecole di emozoina contenenti ferro che i plasmodi non possono tollerare. I plasmodi riescono a cristallizzare queste molecole tossiche di emozoina in modo che non possano più avvelenarle. L'idea era che i composti attivi potessero prevenire la formazione di cristalli di emozoina e quindi boicottare il processo di disintossicazione del plasmodia.

Un team guidato da Sergey Kapishnikov dell'Università di Copenaghen e del Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israele, insieme al danese, Spagnolo, colleghi francesi e berlinesi, ha studiato per la prima volta questo processo nelle cellule del sangue infette. Le cellule del sangue sono state infettate dal patogeno della malaria Plasmodium falciparum e quindi miscelato con diverse concentrazioni di bromochina della famiglia delle chinoline.

I patogeni della malaria nelle cellule del sangue possono essere esaminati solo in vivo e nel loro ambiente naturale utilizzando la microscopia a raggi X alle sorgenti di sincrotrone. Altri metodi di indagine, come la microscopia elettronica, richiedono che i patogeni vengano essiccati e tagliati a fettine ultrasottili.

A BESSY II, Stephan Werner e Peter Guttmann insieme a Sergey Kapishnikov sono stati in grado di esaminare i campioni utilizzando la microscopia a raggi X. "I campioni di sangue vengono congelati flash per l'esame in modo da poter osservare i patogeni in vivo e anche produrre immagini tridimensionali di tomografia a raggi X, " spiega Guttmann. Ulteriori studi di microscopia a raggi X sono stati effettuati presso la sorgente di luce di sincrotrone ALBA a Barcellona.

La spettromicroscopia a fluorescenza presso l'European Synchrotron Radiation Facility ESRF di Grenoble ha permesso di mappare la distribuzione degli elementi nelle cellule del sangue. Quando combinato con la struttura cellulare rivelata dalle immagini radiografiche tridimensionali, la distribuzione della bromochina e il suo meccanismo d'azione potrebbero essere interpretati con precisione. "Vediamo nelle nostre immagini che la bromochina si accumula sulla superficie dei cristalli di emozoina. Ciò dovrebbe portare all'inibizione della crescita dei cristalli e quindi interrompere il processo di disintossicazione da parte dei parassiti plasmodi, " spiega Kapishnikov.

Queste indagini possono essere estese anche ad altri gruppi di farmaci come l'Artemisinina e fornire preziose informazioni per la progettazione di trattamenti contro la malaria più efficaci.