I liposomi luminescenti sostituiscono i test sugli animali
I ricercatori del Fare all'ETH hanno presentato un'iscrizione al brevetto per un metodo che consente di testare l'attività biologica di una delle tossine più potenti, la neurotossina botulinica. Se il metodo avrà successo, potrebbe salvare la vita di mezzo milione di topi ogni anno.
La neurotossina botulinica (BoNT) è una delle più forti tossine conosciute. ? prodotta dal batterio Clostridium botulinum. La BoNT inibisce la trasmissione dei segnali dalle terminazioni nervose ai muscoli, provocando paralisi e persino arresto respiratorio. Un microgrammo per chilogrammo di peso corporeo è sufficiente a uccidere un adulto. Il botulino è noto come veleno alimentare, ad esempio nelle verdure conservate e non sufficientemente sterilizzate. Tuttavia, la neurotossina botulinica presenta anche dei vantaggi. Ad esempio, viene utilizzata per trattare decine di condizioni e disturbi cronici, tra cui deformità legate ai nervi come il torcicollo, lo strabismo, l'emicrania e il gomito del tennista. Dagli anni '90, anche l'industria cosmetica utilizza il veleno su larga scala con il nome di Botox per attenuare le rughe del viso.
Tuttavia, l'uso della BoNT significa giocare con il fuoco. La tossina è un prodotto naturale e non viene prodotta in concentrazione costante. Per questo motivo, le autorità competenti richiedono che ogni lotto di un agente terapeutico contenente BoNT sia sottoposto a test di tossicità utilizzando il test LD50 per topi. Questo test determina la dose alla quale la metà degli animali muore. Per questi test di routine dell'industria farmaceutica, ogni anno muoiono più di mezzo milione di topi nell'UE e negli USA.
Luce più forte significa maggiore concentrazione
Un nuovo sistema di test sviluppato dal ricercatore dell'ETH Oliver Weingart in collaborazione con il Laboratorio Spiez potrebbe ora salvare la vita di questi topi. Il sistema è il primo a fare a meno di animali da laboratorio o cellule viventi, in quanto misura l'attività tossica della neurotossina utilizzando vescicole di membrana lipidica prodotte artificialmente, note come liposomi. I ricercatori del Laboratory for Food Microbiology hanno prodotto minuscole vescicole circondate da una doppia membrana lipidica, modellate sulle estremità delle cellule nervose. Nella membrana sono incorporati specifici recettori delle cellule nervose ai quali la neurotossina botulinica si lega secondo il principio del lock-and-key. Acidificando il fluido circostante, la struttura della tossina cambia in modo che una parte di essa venga convogliata nel liposoma. Qui, la tossina sviluppa un'ulteriore attività e rompe una proteina contenuta nella vescicola, che inizia a brillare dopo la scissione. Questa fluorescenza è direttamente collegata alla concentrazione di BoNT: più forte è la luminosità dei liposomi, più alta è la concentrazione della tossina.
Economico, semplice e preciso
Il processo presenta vantaggi tangibili. "I liposomi possono essere prodotti a basso costo e il personale non ha bisogno di una formazione speciale per maneggiarli", spiega Weingart. Inoltre, il limite di rilevamento della neurotossina botulinica nei topi è di circa 10 picogrammi. L'obiettivo è riuscire a rilevare meno di un picogrammo di tossina - un trilionesimo di grammo - utilizzando i liposomi. Il sistema di test produce una fluorescenza misurabile dopo appena una o tre ore. Il risultato finale del test è disponibile dopo meno di 24 ore, mentre nei topi sono necessari da uno a quattro giorni. "Ci siamo resi conto che l'idea poteva essere attuata", afferma Martin Loessner, professore di microbiologia alimentare. I ricercatori hanno quindi iniziato a standardizzare il set-up del test. Ciò comporta anche il miglioramento dei liposomi, in modo da rendere possibili misurazioni più affidabili.
Brevetto in iscrizione
Al lavoro di ricerca partecipano un gruppo di ricerca tedesco della scuola universitaria di medicina di Hannover, l'azienda miprolab GmbH di Gottinga e il Laboratorio Spiez, dove Weingart ha iniziato questo progetto come dottorando del Politecnico. Insieme all'Ufficio federale per la protezione civile, a cui il Laboratorio Spiez è affiliato, i ricercatori hanno ora presentato un'iscrizione per un brevetto mondiale per il loro nuovo sistema di test. Il progetto è attualmente finanziato in gran parte da una borsa di studio assegnata a Weingart dalla "3R Research Foundation". La fondazione si occupa di ridurre, evitare e migliorare la sperimentazione animale ed è sostenuta da organizzazioni per il benessere degli animali e dall'industria farmaceutica.
Finora i ricercatori si sono concentrati sulle esigenze dell'industria farmaceutica. Tuttavia, Martin Loessner e Oliver Weingart immaginano di espandere il sistema di test anche per altre applicazioni. Sarebbe possibile sviluppare un sistema di test analogo per l'acqua potabile o gli alimenti, al fine di rilevare le neurotossine.