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Resistenza all'arsenico in popolazioni autoctone del sud America. La genetica e l'ambiente

Il processo evolutivo che ha portato nel corso di milioni di anni alle attuali forme viventi agisce nel breve termine selezionando negativamente gli individui la cui fitness (la capacità di generare progenie a sua volta fertile) è inferiore a quella della popolazione in esame.
Rimanendo in ambito umano, l'evoluzione pesa i diversi attributi genetici, sorti in modo casuale, in relazione delle condizioni ambientali in cui l'individuo portatore di quel particolare "gene" si trova. Senza entrare troppo in dettaglio uso come esempio la talassemia - da noi nota come anemia mediterranea - in cui una mutazione patologica parzialmente recessiva è presente in alcune popolazioni, ad esempio in Sardegna e nel Ferrarese, con frequenze maggiori rispetto a quelle attese.
Nota 1. La mutazione è parzialmente recessiva in quanto gli eterozigoti non possono sono, sebbene asintomatici, propriamente sani. Hanno infatti un emocromo anomalo.
Nota 2. Le frequenza attesa di tali alleli nella popolazione tiene conto del fatto che il 25% dei figli nati dall'unione tra due portatori (eterozigoti) non superano - in assenza di cure - l'infanzia.
Se un allele deleterio viene mantenuto vuole dire che in alcune condizioni particolari presenta un vantaggio di fitness che lo fa preferire all'allele standard. Il motivo di tale selezione è legato alla resistenza che l'allele talassemico conferisce, negli eterozigoti visto che gli omozigoti muoiono, all'infezione malarica. Alcune regioni pianeggianti della Sardegna ed il delta del Po erano regioni infestate dalla malaria. Da qui l'origine della forza selettiva che ha portato a popolazioni (più) resistenti della media alla proliferazione ematica del plasmodio.
Riassumendo, una mutazione assolutamente casuale, comparsa innumerevoli volte nelle diverse popolazioni e nell'arco di generazioni ha potuto, in date condizioni, sedimentare. L'allele negativo è diventato ... utile purchè in presenza dell'allele normale come negli eterozigoti.
L'ambiente parla con la genetica selezionando il "lancio di dadi" più efficace. Un concetto ben diverso dal vecchio lamarckismo (vedi anche il post su neolamarckismo ed epigenetica, qui).

Arsenico nativo (®wikipedia)
Una introduzione forse ovvia ma che ho ritenuto necessaria prima di presentare i risultati di uno studio genetico condotto sugli abitanti di un villaggio delle Ande argentine, dove l'acqua contiene livelli naturalmente alti di arsenico. Una condizione con cui i primi abitanti umani (ma non solo) della zona hanno dovuto fare i conti. Se infatti livelli troppo alti di arsenico avrebbero di fatto limitato (non eliminato, vedi anche post precedente sull'argomento, qui) la possibilità di vivere nei dintorni, i livelli lì presenti non erano tali da provocare un avvelenamente acuto ma sufficienti per indurre l'attivazione dei meccanismi di detossificazione e sul lungo termine la selezione di quei soggetti con meccanismi detossificanti più efficienti.
Aree in cui i livelli di arsenico "naturale" nelle acque è particolarmente alto (®British Geol. Society)

Alti livelli di arsenico nell'acqua potabile provocano una serie di problemi tra cui una aumentata mortalità infantile, un maggior rischio di cancro, malattie cardiache e diabete. Le condizioni alla base dello studio erano particolarmente interessanti per i ricercatori: un elemento tossico naturale e una popolazione geneticamente omogenea che aveva vissuto in quell'area da almeno un millennio. Dato che in letteratura scientifica non sono molti gli articoli in cui sia stato possibile indagare approfonditamente l'evoluzione adattativa umana (quindi la genetica) in risposta alle sfide poste dalle tossine ambientali, questo articolo riempe un buco informativo. E' importante precisare che la situazione andina è ben diversa da quella osservabile ad esempio in Bangladesh dove il problema è conseguenza della attività umana (pozzi e miniere) che ha creato una sfida troppo "recente" perchè si sia fissata una risposta evolutiva all'ambiente. Mentre nelle Ande la contaminanzione ambientale ha permesso nel corso dei millenni di selezionare gli individui "resistenti", nel caso asiatico la contaminazione è recente e le condizioni totalmente diverse.
Lo studio condotto da Karin Broberg della Università di Lund e da Carina Schlebusch e Mattias Jakobsson della Università di Uppsala ha identificato negli abitanti di queste regioni andine una variante genica che aumenta l'efficienza del metabolismo dell'arsenico.
La popolazione residente è composta principalmente da amerindi Atacameño che abitano da innumerevoli generazioni nell'area di San Antonio de los Cobres in Argentina. I loro geni sono stati confrontati con quelli di vari gruppi indigeni e meticci provenienti sia dal Perù che dalla Colombia e dal Messico. In più di due terzi degli abitanti del villaggio è stato trovata la variante genica che accelera il metabolismo dell'arsenico; un valore che scende al 50% negli indios peruviani e al 14% in altri gruppi indigeni. Negli abitanti di discendenza europea le percentuali sono ben al di sotto del 1%.
Afferma Karin Broberg, "sappiamo che molti batteri e piante possiedono geni che aumentano la resistenza all'arsenico, una sostanza altamente tossica che si trova nel suolo e nell'acqua in molte parti del mondo. Mancavano tuttavia dati che mostrassero negli esseri umani un processo similare di selezione allelica".
®National Geographic
L'analisi delle mummie vecchie di 7 mila anni provenienti dalle zone nel nord del Cile (immagine a sinistra) conferma il problema ambientale con cui i primi americani dovettero (inconsapevolmente) confrontarsi: livelli elevati di arsenico nei capelli e negli organi interni. 
Continua la Bronberg "La nostra analisi delle popolazioni che abitano nelle zone andine dell'Argentina ci hanno mostrato che il loro metabolismo di detossificazione dell'arsenico è insolitamente efficiente. Ciò significa che la tossina viene espulsa dal corpo in modo rapido invece di accumularsi nell'organismo fino a raggiungere livelli tossici".
Sarà interessante ora paragonare questi dati con quelli ottenibili in altre popolazioni (preservate geneticamente) in cui l'agente tossico è (ma non necessariamente) lo stesso. Gli adattamenti fisiologici possibili sono diversi; vale la pena studiarli ripercorrendo a ritroso le strade di successo percorse nei processi selettivi. Il fine ultimo è quello di mappare i geni che hanno conferito nel corso degli eoni precedenti la tolleranza rispetto alla miriade di sostanze naturali tossiche.


Fonti
- Università di Lund, news
- Possible Positive Selection for an Arsenic-Protective Haplotype in Humans
  Carina M. Schlebusch et al., Journal Environmental Health Perspectives , October 2012 (PDF)

Il difficile equilibrio tra creatività e disturbo mentale

(articolo precedente sul tema "intelligenza" --> QUI

 ***

Pensare fuori dagli schemi è il paradigma di chiunque si caratterizzi come un innovatore nelle arti e nei mestieri. Una caratterizzazione a volte così marcata da generare lo stereotipo dello "scienziato pazzo" o dell'artista "strambo", persone talmente prese dalla loro opera da dimenticarsi del mondo circostante. Non è raro invero imbattersi in artisti (termine qui usato nel senso letterale del termine, chi pratica le ars e svolge quindi attività creative) il cui comportamento supera il confine del peculiare per sforare nel patologico.
(®Dreamstime)

Un dato confermato, numeri alla mano, da una ricerca pubblicata da un team svedese sul Journal of Psychiatric Research. Secondo lo studio, le persone impegnate in professioni creative (ivi compresi noi ricercatori) hanno una incidenza di disturbi mentali, come disturbo bipolare e schizofrenia, superiore alla frequenza media osservata nella popolazione generale. In particolare sembra che tra l'essere scrittori e soffrire di schizofrenia il legame non sia propriamente casuale.
Diciamocelo, il dato in sé non stupisce più di tanto, complice l'immagine dello scrittore alienato immerso in un mondo fittizio il cui comportamento precipita nella follia (uno su tutti il protagonista di Shining, interpretato al cinema dal magistrale Jack Nicholson). Posso altresì testimoniare una uguale presenza di soggetti "curiosi", in alcuni casi francamente alterati, tra i ricercatori che ho conosciuto in questi anni; alcuni dei quali senza dubbio geniali e veri innovatori.
Tornando all'ambito artistico, Van Gogh e Cimabue sono due esempi ben noti anche al grande pubblico. Trovare un artista innovativo con un comportamento nella norma ("normale" è un termine ovviamente inutilizzabile per descrivere le molteplici sfumature del comportamento umano) è più difficile.
Ma forse per comprendere l'associazione bisogna ribaltare la prospettiva, "Creo appunto perchè il soffrire di alcuni disturbi mi rende più facile il pensare oltre gli schemi".

Non voglio approfondire qui la relazione tra arte e follia. Esistono siti e libri molto ben fatti sull'argomento in grado di fornire un quadro ben più esaustivo di quello che le mie competenze sull'argomento permetterebbero (vedi note a fondo pagina).

Genio e follia
Mi interessa oggi riportare le conclusioni a cui sono giunti i ricercatori del Karolinska Institutet di Stoccolma, al termine di uno studio su un campione di svedesi estremamente ampio, pari a circa 1,2 milioni di persone. Considerando i controlli (in genere almeno uguali in numero rispetto ai casi) necessari per dare validità statistica all'analisi, il numero di individui inclusi nello studio rappresenta la gran parte della popolazione svedese!!
Ma procediamo con ordine.
Si è partiti con l'analizzare, con garanzia di anonimato e di non rintracciabilità a partire dai dati aggregati, le persone impegnate in attività creative valutando la presenza, in essi e nei familiari fino al secondo grado, di disturbi schizoaffettivi come depressione o ansia, abuso di alcol o droghe, autismo, sindrome da iperattività (ADHD), anoressia nervosa e autolesionismo.
Il tutto stando bene attenti a includere non solo i soggetti ospedalizzati ma anche quelli curati in remoto.
I risultati odierni sommati a quelli di uno studio precedente più  circoscritto indicano che alcune malattie mentali - ad esempio il disturbo bipolare - sono più frequenti tra le persone che svolgono attività creative come ballerini, ricercatori, fotografi e scrittori. Gli scrittori in particolare oltre ad una maggiore incidenza di schizofrenia, depressione, ansia e abuso di sostanze, hanno quasi il 50 per cento di probabilità in più di commettere suicidio rispetto alla popolazione generale.
Secondo Simon Kyaga, consulente in psichiatria e dottorando presso il Dipartimento di Medicina, Epidemiologia e Biostatistica, i risultati inducono a riconsiderare l'approccio terapeutico alla malattia mentale. "Se si ritiene che certi fenomeni associati con la malattia del paziente sono "utili" [percepiti come tali dal soggetto n.d.b], si apre la strada ad un nuovo approccio al trattamento", dice Kyaga. "Il medico e il paziente devono giungere ad un accordo su cosa [sintomi] curare, e a quale costo. Fino a pochi anni fa in psichiatria vi era la tendenza di vedere la malattia in bianco o nero, usando un approccio terapeutico radicale per eliminare qualunque atteggiamento anomalo".
Ridurre tutto ad assenza di sintomi "strani" finisce infatti con l'appiattire la personalità spegnendo la fiamma del genio che necessariamente coincide con il vedere le cose da una prospettiva diversa e,  per alcuni, anormale. Intraprendere un percorso terapeutico mirato INVECE ad eliminare gli aspetti negativi (e vissuti come tali dal soggetto o da chi in famiglia ne condivide le manifestazioni) incanalando le tensioni all'interno di attività catartiche è chiaramente una innovazione importante. Un percorso terapeutico che affronti insieme al soggetto il rapporto rischio (vale a dire ciò che si perde) - beneficio permetterebbe di intervenire in modo mirato sugli aspetti neurologici più opprimenti per il paziente, salvaguardando nel contempo la sua creatività. 
Del resto se come dice un vecchio adagio "nessuno da vicino è normale", la ricerca attuale dice che gli artisti lo sono meno di tutti.

Fonti
- Karolinska Institute, news

- Mental illness, suicide and creativity: 40-Year prospective total population study
  Simon Kyaga, Mikael Landén, Marcus Boman, Christina M. Hultman och Paul Lichtenstein
  Journal of Psychiatric Research, corrected proof online 9 October 2012

- Arte e Pazzia
  Enrico Da Campo, sito web

- La Bella e la Bestia: Arte e Neuroscienze
  Ludovica Lumer, Semir Zeki (Laterza, 2011)

Il DNA origami e i nanorobot


L'origami è l'antica arte giapponese del piegare la carta. Nella sua accezione moderna la tecnica permette di ottenere configurazioni estremamente elaborate mediante un numero limitato di piegature.

Il DNA origami è una tecnica per creare nanostrutture usando il DNA, e non più carta, come materiale di partenza. Il DNA non considerato in questo ambito come contenitore di informazioni (quale proteina sintetizzare oltre che quanto, quando e dove sintetizzarla), ma come materiale di costruzione. La naturale complementarietà delle basi nucleotidiche (A/T e C/G) permette di stabilizzare reversibilmente, le diverse strutture disegnate. facendo aderire, come dei fermagli molecolari, regioni specifiche del DNA.
L'elemento portante da plasmare più comunemente usato è un DNA virale sufficientemente lungo, mentre i fermagli sono tante piccole sequenze di DNA.
Uno smiley fatto solo di DNA (®newscientist.com)
Le tecniche di assemblaggio e le figure ottenibili sono diverse. Per una veloce panoramica consiglio caldamente di leggere il blog Bio 2.0, gestito direttamente dalla rivista scientifica di eccellenza Nature (--> qui)

Oggi vorrei invece soffermarmi sulle potenzialità di questa tecnica.
Un esempio? Creare strutture in grado di individuare e distruggere cellule bersaglio, riconosciute come tali attraverso l'interazione con recettori cellulari. I ricercatori hanno chiamato queste strutture nanorobot in quanto come i robot sono in grado di eseguire compiti. Un articolo che descrive questo approccio è stato pubblicato su Science lo scorso anno da un team della Harvard Medical School coordinato da GM Church.
L'idea ricalca la modalità di azione dei virus batterici: una volta in contatto con la superficie cellulare il virus infila nella cellula una estremità, come fosse un ago, e grazie alla differenza di pressione fra i due comparti il DNA virale tracima nella cellula lasciando un involucro vuoto e inutile sulla superficie. Per dirla molto molto banalmente è come una chiave collegata ad un palloncino e chiusa all'estremità: una volta che la chiave entra nella serratura (cioè il recettore), l'estremità della chiave si apre ed il palloncino si sgonfia emettendo il suo contenuto al di là della serratura.
Il nanorobot nelle diverse fasi di assemblaggio
(®Science.com)
Per disegnare la struttura idonea i ricercatori si sono avvalsi di un software open-source creato dal biofisico Shawn Douglas. I nanorobot-cargo (visto che il trasporto è proprio il loro compito) hanno la forma di cilindri del diametro di 35 nanometri (nm). Questi contengono nella parte cava interna 12 siti a cui si legano temporaneamente le molecole da trasportare mentre all'estremità vi sono degli aptameri (cioè brevi sequenza di DNA in grado di interagire con proteine specifiche). Avvenuto il contatto con il recettore cellulare, gli aptameri cambiano di conformazione; in conseguenza l'estremità si trasforma in un minuscolo ago di 35 nm attraverso cui fluiscono le molecole intrappolate. Se ipotizziamo che le molecole trasportate siano sostanze come farmaci antitumorali, anticorpi, tossine, etc … si comprendono le potenzialità terapeutiche dei nanorobot. Armi assolutamente specifiche dirette contro la cellula bersaglio. I nanorobot non utilizzati vengono metabolizzati (distrutti) durante il passaggio nel fegato ed i componenti costitutivi riciclati.
In alternativa, qualora la loro funzione dovesse essere quella di pattugliare l'organismo a scopo preventivo, si potrebbe rivestirli, come viene fatto con alcuni farmaci, di polietilenglicol (PEG), un composto inerte ed innocuo già ampiamente usato come eccipiente stabilizzante.
I test sui topi sono appena iniziati.


Seguono video in cui si mostra:
1)  l'assemblaggio di un nanorobot a DNA
2) una delle applicazioni potenziali, la riparazione del DNA-


3) l'intervista agli autori dell'articolo oggi riassunto



La copertina della rivista Nature dedicata al DNA origami

Come nasce un origami usando DNA complementari

10 anni dopo l'invenzione della tecnica. Lo stato dell'arte



Fonti
- A Logic-Gated Nanorobot for Targeted Transport of Molecular Payloads
   Shawn M. Douglas, Ido Bachelet, George M. Church,  Science 17 February 2012
- DNA robot could kill cancer cells
  Alla Katsnelson, Nature 2012
- Folding dna to create nanoscale shapes and patterns
 Paul K. Rothemund, Nature (2006)



Raggi gamma dal centro della Via Lattea: il buco nero esiste!

Come in molte galassie anche la nostra Via Lattea ospita nel suo centro un massiccio buco nero, la cui massa è stimata in 4 milioni di volte quella solare. Sebbene sia difficile avere una prova diretta della sua localizzazione (per i ben noti problemi associati alla cattura della luce) il suo semplice esistere comporta l'emissione di radiazione. Una emissione conseguente al suo accrescimento di massa (più che in dimensione) in seguito alla inglobazione di gas e stelle. 
Dalla analisi dei dati prodotti dal Fermi Large Area Telescope, Meng Su e Douglas Finkbeiner hanno dedotto l'esistenza di raggi gamma emessi dal centro della galassia in direzione opposta (per maggiori dettagli segui il link all'articolo originale, qui). 
(®David A. Aguilar-CfA)
Nella figura a lato sono mostrate le due radiazioni quasi ortogonali (15 gradi) rispetto al piano della galassia e sovrapposte idealmente alla doppia bolla di raggi gamma identificata già nel 2010 che si estende per circa 25 mila anni luce (!!) su ciascun lato (Meng Su et al.).




Sull'origine delle bolle si era a suo tempo discusso ipotizzando che fossero il risultato di una intensa attività nucleare di origine ignota (vedi schema sotto e video allegati)
Credit: Su Meng et al

Il video che segue è del 2010 e descrive l'identificazione delle due bolle di raggi gamma ortogonali al piano della galassia. Il nuovo articolo di Su impone di aggiungere a questo quadro due raggi discreti che si sovrappongono parzialmente (e ne sono la causa?) ad essi.


L'importanza dell'osservazione è nel fatto che i raggi gamma appena osservati, la cui intensità è fra 1 e 100 GeV (1 GeV è 1 miliardo di elettronvolt), sono il primo vero indicatore dell'esistenza di un buco nero galattico. Sulla emissione dei raggi gamma come caratteristica dei Black Holes vedi figura postata in precedente articolo (qui)
Un dato non irrilevante in astrofisica.



Articolo successivo sull'argomento "lampi di raggi gamma", qui.

Fonti
Evidence for Gamma-ray Jets in the Milky Way
Meng Su, Douglas P. Finkbeiner - High Energy Astrophysical Phenomena (2012) 

Ghostly jets seen streaming from Milky Way's core
R. Cowen, Nature 2012 

Fermi LAT (NASA)

Giant Gamma-ray Bubbles from Fermi-LAT: AGN Activity or Bipolar Galactic Wind?  
Meng Su, Tracy R. Slatyer and Douglas P. Finkbeine- The Astrophysical Journal (2010), 2(724)








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Risposta a Piero Paris
Non si tratta di un fenomeno ineluttabile. In effetti nessuna teoria prevede l'annichilimento di una galassia nel buco nero centrale. La letteratura a riguardo è in continuo divenire. Del resto fino alla scoperta della Radiazione di Hawking (emessa dal buco nero in seguito alla cattura di materia, si pensava che nulla potesse fuoriuscire da esso. Altrettanto vero che un purista potrebbe obiettarie che verosimilmente tale radiazione origina dall'Orizzonte degli Eventi e non dal buco nero vero e proprio.

Il caso Stamina ed il rispetto delle norme scientifiche

 Di seguito riporto uno stralcio dell'articolo pubblicato sul CDS di oggi e scritto da Paolo Bianco, direttore del laboratorio cellule staminali presso l'Università "Sapienza" di Roma.
Un articolo chiaro e necessario, come fu l'intervento di Carlo Croce all'epoca in cui impazzava sui media la cura Di Bella (di cui solo ora Enrico Mentana in una recente intervista si dice rammaricato per avervi dato troppa copertura ...). L'intervento di Croce, ora direttore dello Human Cancer Genetics Program alla Ohio State University, fu sintetico e drastico "solo in Italia si può dare risalto ad un argomento basato sul nulla".
Con Stamina il discorso è solo apparentemente diverso. Apparentemente in quanto potrebbe, se a decidere fossero i giudici ed il pubblico e non i ricercatori e gli enti preposti, aprire le porte all'utilizzo di terapie non validate per gli scopi più disparati. Nei casi limite, assenza totale di cure alternative, il ricorso a cure non validate (ma sempre e solo basate su evidenze reali) dovrebbe avvenire sotto stretto controllo affinchè i dati ottenuti siano utili (siano essi positivi o negativi) per una valutazione scientifico/statistica dell'approccio.
Lascio ora la parola all'articolo di Bianco, il cui testo completo (che vi invito a leggere) è sul sito del CdS nel link a fondo pagina.

Paolo Bianco (®CdS)
Il Parlamento sta discutendo la regolamentazione delle cosiddette «terapie avanzate» a base di cellule staminali. (...)  Di cura compassionevole scrive il Corriere, decretano i ministri, legifera d’urgenza il Parlamento. Se si debba o no praticare la cura definita trapianto di cellule staminali è divenuto materia di giurisprudenza e non di medicina; perché che davvero di cura si tratti è dato assurdamente per scontato. (...)  Scienziati e medici hanno invitato a chiarezza e prudenza, invocato che si cercasse di evitare incidenti gravi, che si dicesse in che cosa consiste la «cura», che si specificasse chi rispondeva di che cosa. Che si verificasse se la cura era davvero tale, che la si rendesse chiara e riproducibile, e perciò utilizzabile anche a beneficio dei bambini di tutto il mondo. Apriti cielo: scienziati e medici farabutti al soldo delle multinazionali. Quel che la «cura» propone è che un’infusione di cellule ossee (staminali mesenchimali) curi tanti malanni diversi, a prescindere dalla natura del malanno (...) a prescindere dalla necessità di verificare che sia così. Ma la «cura» coincide con quello che molti nuovi soggetti commerciali propongono. Alcuni di essi emergono dallo stesso mondo scientifico. Il fondatore (e detentore di royalties) della più grande company nata in Nord America per lo sfruttamento commerciale delle mesenchimali sostiene, (...) che, infuse in vena, queste cellule curino autismo, incontinenza urinaria, paraplegia, Parkinson e altre malattie neurodegenerative, colite, infarto, ictus, artrite e altre 13 malattie. Nessuno di questi usi è riconosciuto o approvato come terapia. (...)  i soggetti commerciali in questione premono per indurre i governi ad allentare i meccanismi regolatori e autorizzare il commercio di terapie cellulari senza che sia prescritto di verificarne l’efficacia attraverso trial clinici.(...) Privati che propongono direttamene ai pazienti cure miracolose con staminali esistono in tutto l’Oriente «emergente». Casi ci sono stati anche in Germania e Usa. Ma proprio perché Fda e Ema esistono, questi casi si sono conclusi con la interruzione d’autorità delle pratiche non autorizzate, e, in un caso, con l’arresto del proponente, fuggito in Messico. (...) Ma deregolare il mercato è invece interesse di una costellazione di imprese di nuovo tipo, determinate a creare un mercato nuovo, centrato su malattie senza cura, per le quali sia dunque socialmente accettabile anche una cura inefficace. (...) I governi di tutto ilmondo ricevono dagli stessi soggetti commerciali sollecitazioni a consentire, in nome dell’innovazione, la commercializzazione dei prodotti staminali, senza necessità di trial che ne provino l’efficacia. Sono proprio casi come il caso Stamina a rappresentare l’occasione utile. La vigilanza che passa attraverso norme e organismi di controllo (Aifa) non impedisce di sperimentare terapie improbabili o usarle, se innocue, in modo compassionevole. Ma senza quella vigilanza, si potrebbero vendere cure senza obbligo di provarne l’efficacia. (...) Se domani il caso Stamina scomparisse dalla scena, non scomparirebbe questa realtà globale. Anzi. In assenza di norme adeguate, assisteremmo all’ingresso sulmercato di altri prodotti commerciali forse adeguatamente fabbricati, ma inefficaci e forse pericolosi. Che il Servizio sanitario sarebbe costretto ad acquistare, a furor di popolo. L’Italia sarebbe il primo Paese delmondo occidentale a diventare meta del «turismo staminale» oggi fiorente altrove, e il Servizio sanitario in bancarotta. Si capirà anche l’inanità dei «dibattiti» sulle «staminali» con esperti e showmen
Tenere la barra dritta, anche etimologicamente, vuol dire solo governare.

 C'è da aggiungere altro?


Fonte
CdS, 11 aprile 2013 (link)

Post precedente sul blog sui venditori di speranze, qui

L'ambiente e l'inquinamento da farmaci: un problema sottovalutato

I nostri fiumi sono la cartina di tornasole della nostra società. Ok, sono d'accordo, la frase suona come il titolo di apertura di un articolo popolar-generalista. 
Nondimeno è il perfetto sunto del contenuto dell'articolo odierno: la contaminazione da farmaci dei nostri fiumi e l'impatto sulle specie viventi. Una contaminazione di cui non possiamo incolpare le industrie essendo i singoli, qui, gli attori principali.
"ti avevo avvertito di non nuotare con la
bocca aperta" (®i irstea fr.)
Qualche anno fa l'Istituto Mario Negri aveva sollevato indirettamente il problema  con la diffusione di un report sulla diffusione della cocaina nella società basandosi sui livelli dei metaboliti della droga nei fiumi della pianura padana. Le droghe, i farmaci (dagli antinfiammatori agli ormoni presenti nelle pillole contraccettive) e qualunque altra sostanza assunta dall'uomo, una volta escrete con le urine finiscono prima nella fogna, poi nei corsi d'acqua ed infine negli organismi acquatici. Un problema ovviamente non solo italiano.

P Pimephales promessa
I ricercatori della University of Wisconsin hanno presentato al congresso di Tossicologia Ambientale tenutosi nel 2012 a Long Beach in California, i dati sugli effetti di alcune delle sostanze farmaceutiche più comuni sulla fauna acquatica.
La fluoxetina, è l'ingrediente attivo del Porca, l'antidepressivo di maggior successo commerciale. Come molti altri farmaci, la fluoxetina viene escreta nelle urine e raggiunge i laghi e i corsi d'acqua dopo essere passata indenne attraverso i vari impianti di depurazione (e sappiamo bene che molte città ne sono carenti). Per studiare l'effetto ambientale dell'inquinamento acquatico il modello più usato è il Pimephales promessa, un pesce d'acque dolce della famiglia dei ciprinidi molto diffuso in Nord America.
In condizioni normali i ciprinidi hanno un comportamento complesso legato all'accoppiamento, con i maschi che costruiscono il nido e le femmine che che vanno dal prescelto/i a deporre le uova. Una volta che le uova sono state deposte e fecondate, i maschi rimangono in zona ripulendo il nido da funghi e uova morte.
"In presenza di fluoxetina tutto questo cambia," afferma Rebecca Klaper, una delle ricercatrici che ha partecipato allo studio. Infatti mentre le femmine sono sostanzialmente insensibili alla presenza del farmaco (pur agli alti valori trovati in alcuni fiumi), "i maschi sviluppano rapidamente un comportamento anomalo. La loro dedizione alla costruzione del nido diventa, all'aumentare della concentrazione del farmaco, prima eccessiva e poi ossessiva fino al punto di ignorare completamente le femmine".
A dosi ancora maggiori (circa 10 volte quelle tollerate dalle femmine) i maschi iniziano ad uccidere le femmine che si avvicinano al nido. Il comportamento aggressivo è assente se le femmine compaiono sulla scena a distanza di almeno un mese dall'esposizione al farmaco; la deposizione delle uova viene tuttavia di fatto scoraggiata.

Altro farmaco, altro effetto.
Secondo i dati riportati da Dan Rearick, della St. Cloud State University in Minnesota, il 17-β-estradiolo (uno dei principi attivi presenti nelle pillole anticoncenzionali normalmente eliminato attraverso le urine) ha ridotto la capacità dell'avannotto di Pimephales promelas di sfuggire ai predatori. L'effetto inibente è stato testato esponendo i giovani pesci a vibrazioni improvvise simili a quelle prodotte da predatori in avvicinamento. Grazie all'utilizzo di riprese video ad alta velocità si è osservato che a concentrazioni di estradiolo fra 20 e 100 nanogrammi per litro, il tempo impiegato dai pesciolini per incurvare il loro corpo a formare una sorta di C - un comportamento di fuga conosciuto come un C-start - è significativamente rallentato rispetto agli avannotti che vivono in acque pulite.
Lepomis macrochirus (®JF Parnell) fcps.edu
In un secondo esperimento, molto più diretto, gli avannotti esposti all'estradiolo e quelli di controllo sono state messi in un unica vasca in presenza del loro predatore naturale (Lepomis macrochirus). Aspettando che la metà dei pesciolini fosse scomparsa (in seguito a predazione) e dividendo i sopravvissuti tra quelli esposti e non-esposti, si è visto che gli avannotti di controllo erano maggiori (fuggivano meglio), in modo statisticamente significativo.

Purtroppo quest'ultimo esperimento manca di un dato importante. L'esperimento di sopravvivenza relativa avrebbe dovuto contemplare anche un test con il predatore esposto ad uguale esposizione all'estradiolo. Infatti un conto è mostrare un comportamento anomalo in una specie (un dato sicuramente importante) ed un altro inferire che la sua resistenza al predatore è anomala in un determinato ambiente.
Fatta questa precisazione metodologica il dato che emerge da queste osservazioni è l'emergere di un nuovo fattore di rischio ambientale: l'inquinamento da farmaci di uso quotidiano. L'elemento di preoccupazione è che questo inquinamento non è dovuto a pratiche scorrette/criminali nello smaltimento dei farmaci (su cui sarebbe possibile intervenire) ma alla dispersione fisiologica del farmaco ingerito (un effetto evidentemente sottovalutato).
Un problema su cui occorrerà intervenire pensando a strutture di depurazione più efficaci. Pena l'introduzione di un fattore di squilibrio ambientale dalle conseguenze imprevedibili.


Fonti
- Mario Negri: dossier cocaina fiumi
- Human drugs make fish flounder
  Nature - doi:10.1038/nature.2012.11843
- Society of Environmental Toxicology and Chemistry North America 33 rd Annual Meeting
 abstract book

Il bruco spaventa i predatori ... vomitando

Le modalità escogitate dagli esseri viventi per difendersi sono veramente innumerevoli. Possono essere violente, appariscenti, mimetiche, da sprinter e perfino  ... vomitare addosso ai predatori.
P. brassicae e il suo rigurgito difensivo (®National Geographic)
Questa infatti la curiosa strategia adottata dal bruco di farfalla bianca (Pieris brassicae). Un comportamento ancora più curioso quando si scopre che i bruchi non attuano tale strumento difensivo quando sono in gruppo. Rigurgitare o meno (e quanto) è infatti direttamento correlato alla dimensione del gruppo. Lo studio, pubblicato su Ecology Letters, è stato condotto da Andrew Higginson e Mike Speed delle Università di Bristol e di Liverpool, rispettivamente.
Domanda che sorge spontanea: perchè il bruco usa questo metodo difensivo solo quando non è in gruppo? Rigurgitare il cibo rallenta la crescita e questo si traduce in un tempo maggiore nello stadio di bruco, uno stato riproduttivamente inutile (quindi a fitness nulla). Inoltre una carenza di cibo prolungata influisce direttamente nel numero di uova che potranno essere prodotte nello stadio di farfalla. Rigurgitare è di conseguenza solo l'estrema ratio di difesa.
Essere in gruppo rende "anche" gli altri individui potenziali prede, quindi per il bruco è più vantaggioso in questa situazione giocare con la sorte rispetto a dissipare le proprie risorse nutritive. Più grosso è il gruppo minore è il rischio reale nell'affidarsi alla sorte.
Nello studio i ricercatori si sono avvalsi di modelli matematici per comprendere la relazione fra dimensioni del gruppo e possibilità di sopravvivenza. 



Per approfondire
- University of Bristol, news
- Density-dependent investment in costly anti-predator defences: an explanation for the weak survival benefit of group living
  Ecology Letters 2012, 15(6):576-83


Vitamina B3 e statine. Un trattamento con troppe incognite

Un recente studio della Oxford University mostra che l'utilizzo della niacina (comunemente nota come vitamina B3) da parte di pazienti a rischio cardiaco e che assumono le statine come farmaci per abbassare il colesterolo, non solo non offre alcun beneficio nella prevenzione dei problemi cardiaci ma è responsabile di effetti collaterali. Alcuni dei quali non inattesi, vale a dire non rilevati precedentemente nei test condotti sulla popolazione generale.
Fra gli effetti collaterali osservati vi sono rash cutanei, problemi di stomaco, complicanze di patologie diabetiche pregresse, rischio aumentato di sviluppare diabete ex-novo, aumento di infezioni e di sanguinamento intestinale.
Un dato che invita quindi alla cautela i soggetti "a rischio" prima indicati.  Il lavoro è stato presentato al congresso dell'American College of Cardiology ed è il risultato di uno dei più grossi studi clinici (HPS2-THRIVE study) sull'argomento, a cui hanno partecipato 25 mila persone con problemi cardiaci preesistenti.
C'è da dire che il fatto che sia stato necessario utilizzare un campione così ampio di pazienti per giungere a queste conclusioni, indica che l'entità percentuale degli effetti collaterali non era tale da fare scattare un campanello d'allarme immediato.
"L'utilizzo della niacina come adiuvante nella prevenzione dei problemi cardiovascolari è, alla luce di queste osservazioni, da riconsiderare", afferma Jane Armitage, responsabile del centro universitario inglese a cui afferiscono gli studi clinici.
Il trattamento (niacina più statine) finito sotto esame è fornito dalla Merck con il nome, in Europa, Tredaptive. Il farmaco è stato ritirato dalla vendita a scopo precauzionale dalla Merck stessa. Le confezioni ancora in circolazioni sono sconsigliate, tranne dove esplicitamente richiesto dal medico.
Il trattamento con la niacina è da anni in uso, specialmente in USA, grazie ai benefici effetti sui livelli del colesterolo ematico. Il razionale del trattamento combinato (statine+niacina) era di un effetto aumentato rispetto ad i singoli farmaci. 
Una speranza che è stata smantellata dallo studio inglese.

 Fonti
- Aboutpharma, news
- Oxford University, news
- Studio clinico HPS2-THRIVE

55 Cancri-e. Un pianeta di diamanti

Riuscite a pensare ad un pianeta composto in larga misura da diamanti e dalla meno conturbante grafite?
No?! Come darvi torto!
Nemmeno uno scrittore di fantascienza nel pieno del suo climax creativo penserebbe di centrare una storia sulla esistenza di un tale pianeta. Sa bene infatti che i lettori hardcore di fantascienza pretendono coerenza interna e plausibilità scientifica e non fantasie alla Paperon de' Paperoni.

E farebbe male però, dati i recenti sviluppi della ricerca condotta dagli astrofisici di Yale il cui lavoro è stato pubblicato su Astrophysical Journal Letters.
Nello studio, udite udite, si suggerisce l'esistenza di un pianeta roccioso di dimensioni terresti costituito principalmente dalla preziosa forma allotropica del carbonio, il diamante.

Prima di correre a prenotare un posto sulla prima navicella spaziale in partenza con un volo no-stop per il pianeta, diamo una rapida scorsa al contenuto dell'articolo.  "Questo è il primo esempio di un mondo roccioso con una chimica fondamentalmente diversa da quella della Terra. La superficie del pianeta è probabilmente coperta di grafite e diamante invece che di acqua e granito" riassume Nikku Madhusudhan, uno degli autori dello studio.
Aggiungo alla frase autoesplicativa una nota di cautela: i primi dati emersi dopo la scoperta del pianeta nel 2011 avevano fatto pensare alla presenza di acqua allo stato supercritico. I dati recenti modificano sostanzialmente la visione trasformando il pianeta simil terrestre (in quanto roccioso e non certo per la temperatura da fornace) in un pianeta fornace ricco di carbonio.

Il pianeta in questione, 55 Cancri-e, ha un raggio doppio di quello terrestre e una massa otto volte maggiore; un dato che non sorprende visto che il volume aumenta al cubo all'aumentare unitario del raggio. Si tratta di uno dei cinque pianeti orbitanti intorno a 55 Cancri A, una nana gialla - quindi come il Sole - parte di un sistema binario (55 Cancri AB), che si trova a 40 anni luce da noi. L'altra stella del sistema binario, 55 Cancri B, è una nana rossa che orbita a distanza di 1000 UA dalla prima. La stella è visibile ad occhio nudo all'interno della costellazione del cancro.
La strada per 55 Cancri (®yale.edu)
Il video che segue è, visivamente, il migliore disponibile sulle caratteriste del sistema 55 Cancri A.


Il pianeta orbita molto vicino a 55 Cancri A (0,015 UA contro le 0,4 UA di Mercurio - vedi qui la definizione aggiornata di Unità Astronomica) e compie un orbita completa intorno alla stella in sole 18 ore!! La zona orbitale ipoteticamente compatibile con l'esistenza di un pianeta "abitabile" è in questo sistema fra 0,7 e 1,4 UA.

Comparazione fra sistema solare e 55 Cancri.
55 Cancri-e è l'orbita più interna (®wikipedia)
Quasi inutile aggiungere che si tratta di un posto estremamente caldo con una temperatura di circa 2500 gradi centigradi sulla superficie.
Un dato da ricordare visto che a temperatura e pressione sufficientemente elevata la stabilità delle diverse forme allotropiche del carbonio cambia. Il diamante ad esempio può in tali condizioni trasformarsi in grafite (e viceversa se la temperatura non supera i 3000°C).
Nel grafito a fianco si può osservare come il diamante sia la forma allotropica favorita in condizioni di pressione elevate. In laboratorio è possibile creare nell'arco di poche settimane diamanti da grafite esponendo il materiale a temperature di 2500°C e 60 mila bar di pressione.
La pressione è sull'asse y.
Immagine da ica-net.it
Vale la pena sottolineare che i dati qui presentati correggono completamente le ipotesi preliminari sulla composizione di questo pianeta che si supponeva contenere acqua allo stato super-critico (vedi il mio articolo precedente basato sui vecchi dati, qui). Una ipotesi errata  condizionata dalla teoria secondo cui i pianeti rocciosi per essere tali dovevano avere una composizione simile a quella dei pianeti rocciosi (o anche detti in modo fuorviante terrestri) del sistema solare. Una teoria come vedremo poi, errata.


Già nel 2011 l'osservazione da parte di Madhusudhan dell'esistenza di un pianeta gigante gassoso ricco in carbonio aveva sollevato il dubbio che in realtà gli esoplaneti potevano essere molto diversi rispetto alle attese. La scoperta aveva anche spinto ad ipotizzare che se esistevano pianeti gassosi "anomali" allora potevano esistere anche pianeti rocciosi ricchi di carbonio (un elemento di cui i pianeti terrestri sono poveri). I pianeti di diamante appunto. 
Per giungere a tale conferma si dovette però attendere di avere a disposizione misure dimensionali e orbitali più accurate su 55 Cancri-e. Queste informazioni associate ad i calcoli della massa hanno permesso di inferire la sua composizione chimica. Utilizzando simulazioni al computer di orbita, temperatura e calcolando tutte le possibili combinazioni di elementi e composti in grado di giustificare le osservazioni, il modello matematico vincente fu quello del diamante e della grafite.
Ecco allora 55 Cancri-e, un pianeta che a differenza di quelli rocciosi (o terrestri) ricchi di ossigeno e poveri di carbonio (meno di una parte su 1000) è del tutto diverso rispetto alle prime ipotesi.
Segue un video della NASA (link diretto) sulle modalità della identificazione di 55 Cancri-e.

A posteriori si può affermare che gli astronomi avevano già un indizio che qualcosa di diverso ci fosse in 55 Cancri A per il tipo di spettro di emissione stellare, i cui valori di carbonio e ossigeno erano diversi da quelli solari. Ora Madhusudhan e collaboratori hanno confermato che gli elementi verosimilmente presenti al momento della formazione dei pianeti del sistema 55 Cancri erano principalmente carbonio e carburi di silicio, con quantità irrilevanti di ghiaccio d'acqua. Da qui la deduzione che il pianeta sia costituito principalmente di carbonio (grafite e diamante date le condizioni), ferro, carburi di silicio e silicati. Una stima arriva a sostenere che più del 30% del pianeta (tre volte la massa terrestre) sia di diamante.

L'avere identificato un pianeta roccioso ricco di carbonio smantella la teoria standard che vede i pianeti rocciosi (ripeto quelli rocciosi, NON i giganti gassosi) sparsi nella galassia avere una composizione chimica simile a quella dei pianeti terrestri del sistema solare.
Molto probabilmente il pianeta di diamante, così come quelli "solari", sono solo uno delle tante combinazioni possibili che derivano in primis dalle particolarità stellari.
Una osservazione non da poco visto che al variare della composizione variano anche i processi "evolutivi" del pianeta, basati su dispersione termica e tettonica solo per citare i primi due che mi vengono in mente.

La struttura di un pianeta è evidentemente più difficile da ipotizzare rispetto a quella di una stella. Una volta che di quest'ultima si conosce la massa e lo spettro di emissione diviene facile comprenderne l'evoluzione e la composizione. Per un pianeta le variabili da considerare sono molte di più.




(In questo blog sono successivamente apparsi altri articoli successivo sull'argomento esopianeti qui. Potrebbe interessarti inoltre l'articolo "Diamanti su Saturno?)


Fonti
- A Possible Carbon-rich Interior in Super-Earth 55 Cancri e 
   N. Madhusudhan et al,  ApJ Letters; arXiv: 1210.2720

- Yale University, news

- Solstation.com, qui

- Un altro pianeta estremo, qui

- Per articoli in questo blog sul tema, clicca sul tag esopianeti o qui.

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