Piccole fabbriche galleggiano all'interno delle nostre cellule e forniscono loro quasi tutta l'energia di cui hanno bisogno:i mitocondri. La loro efficacia diminuisce con l'avanzare dell'età, ma anche quando affrontiamo molte malattie come il diabete, cancro o Parkinson. Questo è il motivo per cui gli scienziati sono sempre più interessati a come funzionano. All'EPFL, un team ha sviluppato un protocollo per misurare la loro attività dal vivo negli animali vivi. Descritto in Natura chimica biologia , il metodo si basa sulla molecola responsabile della bioluminescenza della lucciola. Nel senso più letterale del termine, questo studio fa luce su come funzionano i mitocondri.

I mitocondri sono quasi come le cellule all'interno della cellula. Come il loro ospite, hanno una membrana che protegge il loro materiale genetico e, soprattutto, filtri scambia con l'esterno. La differenza di carica elettrica tra l'interno e l'esterno dei mitocondri, chiamato 'potenziale di membrana, ' permettere a certe molecole di passare, mentre gli altri stanno a bada.

Come tra i due poli di una batteria elettrica usata, il potenziale di membrana dei mitocondri a volte può diminuire. Per gli scienziati, questo è un indizio inequivocabile che le sue funzioni sono compromesse.

Sappiamo misurare il fenomeno su cellule in coltura. Ma fino ad ora, non potresti davvero vederlo sugli animali vivi. "Le colture cellulari non sono molto efficaci nello studio delle malattie legate ai mitocondri, " spiega Elena Goun, professore all'EPFL e autore principale dell'articolo, "Il cancro o il diabete comportano scambi complessi tra vari tipi di cellule, quindi abbiamo bisogno di modelli animali. "

Elena Goun e i suoi colleghi hanno trovato un modo per studiare il fenomeno nei topi vivi. Usano animali geneticamente modificati per esprimere la luciferasi, un enzima che produce luce quando combinato con un altro composto chiamato luciferina. È così che a volte le lucciole illuminano le nostre serate estive.

Gli scienziati hanno sviluppato due molecole che, quando iniettato nel roditore, passare nei mitocondri, dove attivano una reazione chimica. I mitocondri producono quindi luciferina e la espellono verso l'esterno. La luciferina si combina con la luciferasi nelle cellule dei topi e produce luce.

"In una stanza completamente buia, puoi vedere i topi risplendere, proprio come le lucciole, "dice Elena Goun.

I ricercatori devono solo misurare l'intensità della luce per avere un'immagine chiara di come funzionano i mitocondri. Quando funzionano meno bene, la loro membrana lascia entrare meno composti chimici. La produzione di luciferina diminuisce, e quindi anche la luminosità.

Per dimostrare le potenzialità del loro metodo, i ricercatori hanno effettuato diversi esperimenti. Per esempio, hanno osservato che i roditori più anziani producono molta meno luce. Questo calo di luce riflette un calo dell'attività dei mitocondri:il loro potenziale di membrana è molto inferiore rispetto ai roditori più giovani. Sappiamo che l'età provoca una diminuzione dell'attività dei mitocondri, ma questa è la prima volta che il fenomeno è stato accuratamente misurato direttamente negli animali viventi.

Il team ha anche testato una sostanza chimica nota per ringiovanire i mitocondri:la nicotinammide riboside. Questa molecola non è tossica e disponibile in commercio come integratore alimentare. I topi a cui è stato somministrato questo composto hanno prodotto più luce, un segno di aumentata attività mitocondriale.

I ricercatori sono stati anche in grado di misurare lo stesso fenomeno in modelli animali di cancro. Questo potrebbe essere di grande aiuto per la ricerca sui farmaci antitumorali. Inoltre, hanno anche dimostrato con successo il monitoraggio del potenziale di membrana dei mitocondri nelle cellule del tessuto adiposo bruno, ricco di mitocondri. La sua stimolazione potrebbe aiutare a curare alcune forme di obesità.

Il metodo descritto da Elena Goun è principalmente destinato agli scienziati che vogliono comprendere meglio il ruolo dei mitocondri e che hanno bisogno di un modello animale. Il campo di applicazione è ampio:diabete, oncologia, invecchiamento, nutrizione, malattie neurogenerative... "Il nostro processo può misurare vari gradi di attività dei mitocondri, e non solo un segnale on/off, " spiega Elena Goun. "È estremamente sensibile, molto più di una scansione PET, conveniente e facile da implementare.