Le sigarette elettroniche (ECs: e-cigarettes) sono dispositivi alternativi ai tabacchi lavorati. Sono spesso mirati a giovani, donne in gravidanza e a tutte quelle persone che cercano un aiuto per smettere di fumare. Questo perché i componenti di tali dispositivi sono stati presentati sin dal loro avvento come sostanze “naturali” e non cancerogene, ma attenzione: le ECs contengono (in percentuale variabile) nicotina.
La nicotina è una sostanza stupefacente che crea dipendenza. Non è classificata come sostanza cancerogena, ma come promotore tumorale, cioè che concorre alla sintesi
di nitrosammine attraverso complesse reazioni biochimiche all’interno dell’organismo.
Le nitrosammine sono molecole organiche cancerogene in grado di modificare la sequenza nucleotidica del genoma; sono spesso associate al cancro allo stomaco.
Altro componente segnalabile delle ECs è il glicerolo.
Il glicerolo è una sostanza che trova diverse applicazioni nel campo medico-farmaceutico: viene utilizzato come base di preparazione per numerosi farmaci, come lassativo e per combattere l’ipertensione. Esso favorisce la comparsa di iperglicemia ed è un disidratante in quanto, per osmosi, aumenta il passaggio di molecole di acqua dagli spazi extravascolari nel sangue. Vaporizzato nelle ECs il glicerolo può provocare irritazioni alle mucose.
Nonostante tutto ciò, si sa molto poco su come le ECs incidano sulla salute umana.
Lo studio
Lo studio di seguito presentato ha avuto come obiettivo quello di individuare e dimostrare eventuali danni tossicologici dei fluidi di ricarica delle ECs sui mitocondri delle cellule staminali neurali (NSCs).
Le cellule staminali neurali (NSCs: neural stem cells) sono le cellule staminali del sistema nervoso. Sono ottimi modelli per valutare i limiti di sicurezza all’esposizione di sostanze potenzialmente tossiche, in quanto sono più sensibili allo stress ossidativo rispetto alle cellule differenziate.
Il danno alle cellule staminali che si accumula normalmente o in seguito all’esposizione a sostanze tossiche altera la loro capacità di mantenere il funzionamento cellulare e può portare a malattie o invecchiamento precoce. In modo particolare durante lo sviluppo, le NSCs sono molto più vulnerabili alle sostanze tossiche.
Poiché questo tipo di cellule sono presenti per tutta la vita, il rischio di accumulare danni è elevato molto, significativo soprattutto su un embrione: l’esposizione prenatale alla nicotina altera le vie di comunicazione fra i neuroni che sono fondamentali per le funzioni motorie, cognitive e comportamentali del futuro bambino.
Le NSCs sono state scelte come “indicatori” di tossicità anche per i loro mitocondri che, a
differenza di quelli delle cellule specializzate, sono maggiormente proni alle analisi bioinformatiche: per l’elaborazione dati sono stati utilizzati infatti sofisticati software scientifici come CellProfiler e MitoMo, un algoritmo di ingrandimento del movimento che quantifica e somma l’entità del movimento mitocondriale, consentendo la quantificazione nei casi in cui non è possibile localizzare i singoli mitocondri. Sono state comunque usate tecniche di analisi più tradizionali e usuali come la cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC: High Performance Liquid Cromatography).
I mitocondri sono organuli cellulari soprannominati come le “centrali energetiche” della cellula: è al loro interno che vengono prodotte le molecole di ATP. Oltre all’apporto di energia, i mitocondri si ritrovano in tutti quei processi biochimici che mantengono la funzionalità e la salute delle cellule.
Dai numerosi dati acquisiti dagli scienziati, si evince che le NSCs esposte alla nicotina hanno ridotto il potenziale rigenerativo: sono diventante meno prolifere e meno in grado di differenziare.
Come è già risaputo, il nostro corpo ha sviluppato, durante l’evoluzione, numerosissime e
formidabili tecniche di sopravvivenza alle sostanze tossiche o estranee. In particolare, cellule staminali hanno sviluppato diversi meccanismi di pro-sopravvivenza incentrati sui mitocondri come, per esempio, l’iperfusione mitocondriale indotta dallo stress (SIMH: stress-induced mitochondrial hyperfusion).
Dai risultati dello studio, la SIMH è stata riconosciuta come una risposta di sopravvivenza transitoria alla nicotina e consente alle cellule staminali di vivere fino a quando lo stress ossidativo mitocondriale non viene rimosso.
L’aumento dell’ossidazione delle proteine può danneggiare irreversibilmente i mitocondri causando, tra gli altri, cambiamenti nell’integrità e nel potenziale elettrochimico delle membrane mitocondriali, cambiamenti che, alla fine, provocheranno la morte cellulare.
Per esaminare il potenziale di membrana le cellule sono state trattate con liquido di ricarica ECs per 24 ore. Questo trattamento ha danneggiato i mitocondri e causato la perdita di membrana, con conseguente diminuzione dei mitocondri.
Il potenziale di membrana mitocondriale (MMP) è la differenza di potenziale della membrana dei mitocondri. Si viene a creare dal passaggio di cationi e anioni dall’interno all’esterno della membrana (e viceversa).
La nicotina può attivare speciali recettori delle membrane mitocondriali determinando un afflusso di cationi, tra cui Ca2+. Un eccesso di calcio mitocondriale può causare l’apertura del poro di transizione della permeabilità mitocondriale che, a sua volta, può portare a gonfiore della matrice mitocondriale con conseguente rottura della membrana esterna.
I dati finali, scaturiti dall’osservazione dei mitocondri non più a contatto con nicotina, mostrano che i livelli di Ca2+ non sono tornati ai livelli di controllo, con conseguente sovraccarico di Ca2+ permanente.
Queste alterazioni mitocondriali potrebbero portare a popolazioni di cellule staminali difettose, accelerare l’invecchiamento cellulare e condurre a mitocondriopatie acquisite.
Altrettanto importante è stato osservare un aumento del pH lisosomiale. Probabilmente, anch’esso è causato dalla nicotina che può diffondersi attraverso la membrana cellulare e accumularsi nei lisosomi mediante intrappolamento di protoni.
In conclusione, disfunzione mitocondriale e danno ossidativo sono segni distintivi
dell’invecchiamento e della malattia. Durante il periodo di esposizione, il danno ossidativo si
accumula nelle proteine mitocondriali e nel mtDNA, così che anche se le cellule si rigenerano, possono essere geneticamente e fisiologicamente anormali a causa di un aumentato danno ossidativo alle proteine.
Conclusioni
Queste osservazioni sono critiche in quanto suggeriscono che i liquidi normalmente utilizzati nelle ECs non sono privi di effetti collaterali e che l’esposizione prolungata a questi possa causare invecchiamento prematuro. Potenzialmente, questi composti potrebbero provocare anche altri disturbi come il cancro, malattie neuro-degenerative, respiratorie e cardiovascolari ai fruitori e agli individui esposti passivamente; tutti effetti paragonabili a quelli ottenuti dagli utenti di tabacchi tradizionali.
I dati dello studio, se espansi in studi futuri, potrebbero essere utili nel fornire informazioni che potrebbero impedire l’uso di prodotti contenenti nicotina, portando così ad una migliore qualità e aspettativa di vita.
In futuro sarebbe opportuno replicare lo stesso lavoro su altri tipi di linee cellulari cellule e altre marche di ricarica per ECs: i dati di questo lavoro riguardano infatti una sola marca, altre marche potrebbero produrre effetti più forti o più deboli.
Fonti e approfondimenti| Articolo originale su Cell
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