Digitalis lanata, coltivato in serra. Questa specie di pianta digitale produce digossina, una sostanza chimica che viene usata con parsimonia per trattare l'insufficienza cardiaca. Credito:Zhen Wang
piante di digitale, trovato in molti giardini, sono noti per le piogge di fiori a forma di campana che producono.
Ma piante appartenenti a questo genere, Digitale, ospitano anche una risorsa meno visibile:sostanze chimiche chiamate glicosidi cardiaci, che sono stati registrati per trattare l'insufficienza cardiaca dal 1780, dice il biologo dell'Università di Buffalo Zhen Wang.
La ricerca di Wang indaga su come le digitali creano questi composti medicinali, con l'obiettivo di migliorare il processo. L'allevamento di digitali richiede tempo e lavoro, e Wang spera di cambiarlo.
Nello specifico, il suo laboratorio sta studiando i processi chimici utilizzati dalle piante per creare i glicosidi cardiaci:quali misure vengono prese, quali geni sono attivati, e quali enzimi vengono impiegati.
"Il motivo per cui le piante producono così tanti prodotti naturali con proprietà medicinali è perché combattono anche le malattie, "dice Wang, dottorato di ricerca, assistente professore di scienze biologiche presso l'UB College of Arts and Sciences. "Le piante non sono come gli animali. Non possono scappare quando arrivano lo stress, così riescono a far fronte a questo diventando i chimici più straordinari del pianeta."
E ancora, "Il modo in cui le piante sintetizzano molti prodotti naturali è in gran parte sconosciuto, " Wang dice. "Voglio capire come possiamo sfruttare il potere della natura per rendere il processo di produzione di composti medicinali più efficiente e sostenibile. Le digitali producono questi potenti composti, ma ci vogliono due anni per farlo, e non li fanno in una quantità molto grande. Come possiamo migliorare questo processo?"
Digitale purpurea, cresciuto dal ricercatore di scienze biologiche UB Zhen Wang. Questa specie di digitale è spesso coltivata come pianta ornamentale nei giardini, considerando che è relativo, Digitalis lanata, è spesso coltivato per la produzione di medicinali. Credito:Zhen Wang
Due nuovi studi illuminano i composti chimici nelle digitali
Il team di Wang ha recentemente pubblicato un paio di articoli che descrivono in dettaglio le caratteristiche dei glicosidi cardiaci in due specie di digitale:Digitalis purpurea, un vistoso fiore viola che si trova in molti giardini; e Digitalis lanata, che viene coltivato per scopi medicinali.
"Questo tipo di studio è importante perché dobbiamo prima conoscere la struttura accurata dei composti naturali prima di poter esplorare i loro effetti medicinali, " dice Wang.
La prima carta, pubblicato online a gennaio nel Journal of Chromatography A, descrive i metodi per valutare la massa e la struttura esatte dei glicosidi cardiaci, e confronta i composti trovati in Digitalis purpurea e Digitalis lanata. Il secondo studio, pubblicato online a marzo sulla rivista Data in Brief, si espande sul primo, fornendo ulteriori dati sulle caratteristiche dei glicosidi cardiaci in entrambe le specie.
"Quando abbiamo esaminato i glicosidi cardiaci in ciascuno di essi, abbiamo trovato differenze drastiche, " dice Wang. "Nel ceppo industriale che è cresciuto per la medicina, vedi quantità molto più elevate di glicosidi cardiaci, con molta più diversità. Penso che questo evidenzi semplicemente l'adattamento delle piante e quanto siano versatili come chimici".
Entrambi gli studi hanno incluso contributi di ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'UB.
piantine di Digitalis lanata, coltivato in serra. Questa specie di pianta digitale produce digossina, una sostanza chimica che viene usata con parsimonia per trattare l'insufficienza cardiaca. Credito:Zhen Wang
Migliorare le abilità naturali della digitale
La digitale lanata è coltivata per la medicina perché produce un glicoside cardiaco chiamato digossina. Questo composto è tossico in grandi quantità, ma è prescritto con parsimonia, a piccole dosi, per trattare l'insufficienza cardiaca e alcune anomalie del ritmo cardiaco.
I metodi attuali per produrre digossina sono ingombranti:poiché ogni pianta di digitale produce solo una piccola parte della sostanza chimica, gli agricoltori devono coltivare il raccolto in grandi quantità, dice Wang. Questo consuma un sacco di terreno agricolo. Anche il tempo di attesa è lungo.
"Ci vogliono due anni, dal momento in cui pianti il seme al momento in cui le foglie sono pronte per il raccolto, e poi lo devi asciugare nel silo, " dice Wang. "Allora, la pianta viene frantumata in polvere, e il composto viene estratto e purificato mediante processi chimici."
Se la squadra di Wang riesce a capire, passo dopo passo, come le digitali producono i glicosidi cardiaci, gli scienziati potrebbero sfruttare tali informazioni per esplorare una serie di miglioramenti.
I biologi potrebbero progettare microbi in rapida crescita, come lieviti o ceppi batterici innocui, produrre glicosidi cardiaci più rapidamente. Gli scienziati delle piante potrebbero ingegnerizzare geneticamente le digitali per produrre quantità maggiori di digossina, che aumenterebbe l'efficienza delle aziende agricole e libererebbe terra per altre colture utili.
I chimici farmaceutici potrebbero anche lavorare per sviluppare nuovi farmaci simili alla digossina ma più sicuri.
"Possiamo imparare dalla natura, " Dice Wang. "Possiamo studiare tutti i composti disponibili che si trovano nelle piante e quindi elaborare il nostro progetto di composti più sicuri ed efficaci. Ecco perché penso che sia importante non concentrarsi solo sull'attuale farmaco digossina, ma per espandere la nostra attenzione a tutti i composti della stessa classe, i glicosidi cardiaci."
