I pesci e il sonno
Grazie alle larve di Dario Rerio, sorprendentemente compatibili con gli esseri umani, ricercatori di Harvard stanno ora testando la prossima generazione di farmaci per combattere l'insonnia
di Jennifer Chu 12-02-10
C'è un nuovo genere di cavie nella ricerca sui farmaci per l'insonnia: il Dario Rerio. Ricercatori della Harvard University hanno sviluppato uno strumento di valutazione che rileva gli effetti di migliaia di composti sul comportamento dei Dario Rerio nel tentativo di individuare nuovi percorsi propri ai meccanismi del sonno. La ricerca, pubblicata di recente sulla rivista Science, potrebbe portare a nuovi farmaci per il trattamento dell'insonnia e di altri disturbi del sonno. Alexander Schier ed i suoi colleghi di Harvard hanno sviluppato un sistema automatizzato per valutare 60,000 differenti comportamenti propri al sonno nei Dario Rerio, un tipo di pesce tropicale spesso utilizzato nella ricerca scientifica. Dopo aver testato 5.600 molecole di piccole dimensioni sulle larve, la squadra ha individuato 463 composti capaci di alterare fondamentalmente il sonno, molti dei quali sono noti per avere effetti simili anche sugli umani. "Non ci aspettavamo di rilevare una tale consistenza di effetti dei farmaci tra umani e Dario Rerio," afferma Schier, professore di biologia cellulare e molecolare. "è una prova a sostegno della teoria secondo cui molti dei processi propri agli esseri umani sono presenti anche nei pesci." Schier afferma che tali similitudini comportamentali potrebbero rendere i Dario Rerio un modello ideale per studiare come e perché gli esseri umani dormano, domande a cui in realtà non sappiamo ancora dare una risposta. Ancora non è chiaro quali meccanismi molecolari controllino l'alternarsi di sonno e veglia. Individuare questi percorsi, e studiare dei farmaci capaci di bloccarli o di stimolarli, è un obbiettivo condiviso da molte compagnie farmaceutiche - il mercato dei farmaci contro l'insonnia raggiunge il valore di miliardi di dollari negli Stati Uniti. Per contro, il processo di sviluppo di questi farmaci è lungo e costoso. Schier crede che provare potenziali farmaci sui Dario Rerio potrebbe rivelarsi un'alternativa economica e diretta ai test convenzionali. Normalmente, per testare un farmaco, i ricercatori ne studiano prima gli effetti su cellule in coltura, controllando che il farmaco sia in grado di legare con successo ad un recettore o ad una molecola prescelti. Il farmaco viene poi promosso ai test su animali, con cui si osservano le reazioni ad esso di soggetti viventi da un punto di vista comportamentale. Eppure farmaci che hanno un dato tipo di comportamento in coltura spesso producono in un animale vivente effetti collaterali inaspettati o persino nessun effetto. "Il vantaggio dell'utilizzare i Dario Rerio sta nel costo relativamente basso di crescerne un gran numero, oltre alla possibilità di mantenerne molti in spazi di piccole dimensioni." spiega Schier. A differenza di mosche e vermi, spesso utilizzati nelle fase preliminari della ricerca farmaceutica, i pesci sono vertebrati. "Nei Dario Rerio si possono riconoscere molte similarità con i mammiferi," afferma. Per testare i farmaci, i ricercatori hanno iniettato, ad una ad una, larve di Dario Rerio in piccoli pozzetti di una piastra di raccolta da 96 unità. Ciascun pozzetto è stato poi riempito con un farmaco, assegnando 10 larve a farmaco. La piastra è stata quindi posizionata in una camera di registrazione illuminata con LED a luce infrarossa e bianca e dotata di una telecamera connessa al software di un computer. Dopo aver allineato il vassoio con una griglia corrispondente sullo schermo del computer, i ricercatori hanno programmato la tempistica dell'illuminazione perché simulasse l'alternarsi del giorno e della notte. La telecamera registrava l'attività di ciascun pesce durante l'arco di due giorni interi, ed il software progettato per seguire il video produceva una descrizione dei movimenti di ciascun pesce secondo per secondo. Facendo uso di algoritmi per analisi di gruppo, Schier e colleghi hanno raggruppato i pesci in 60,000 differenti profili comportamentali, secondo svariati parametri. "Una volta spenta la luce, quanto spesso rimangono attivi? Quando sono inattivi, per quanto tempo rimangono tali? Ecco cosa andiamo ad osservare nei pesci," racconta Schier. "Si possono valutare un gran numero di differenti parametri, cosa che permette di definire il profilo di svariati farmaci." Hanno dato effetti sorprendenti farmaci antinfiammatori come il cytokines, cyclosporine e antinfiammatori non-steroidei. Di norma, questi farmaci danno sonnolenza quando assunti per combattere delle infezioni quali l'influenza. Eppure Schier ha scoperto che, somministrati a pesci normali e sani, questi composti, o immunomodulatori, rendono il pesce più attivo durante il giorno. "Associati ad una condizione di malattia, i farmaci immunomodulatori sono noti come promotori di sonnolenza," chiarisce Schier. "Stiamo ipotizzando che possano avere qualche funzione di base nei normali cicli di sonno e di veglia." Scoperte di questo tipo potrebbero aiutare i ricercatori ad identificare nuovi protagonisti molecolari coinvolti nell'alternarsi di sonno e veglia. . Irina Zhdanova, professore associato di anatomia e neurobiologia alla Boston University Medical School, studia i meccanismi fisiologici dei ritmi circadiani e del sonno nei Dario Rerio. Secondo Zhdanova, si trovano sul mercato un gran numero di farmaci specifici per il disturbi del sonno che provocano effetti collaterali sostanziosi, ma potrebbero essere evitati dall'uso di strumenti di valutazione migliori. "L'enorme gamma di farmaci testati [dal gruppo di Schier] dimostra che i test basati sull'utilizzo dei Dario Rerio possono perlomeno essere utilizzati come pre-analisi per un numero molteplice di farmaci esistenti e di sostanze valutate come potenziali candidati per lo sviluppo," afferma Zhdanova. "[Cosa che sarebbe] certamente molto utile." In futuro, dice Schier, i Dario Rerio potrebbero essere utilizzati anche come modelli per testare farmaci indirizzati a malattie psichiatriche umane, quali schizofrenia e autismo. L'idea sarebbe quella di identificare geni associati a queste malattie umane per poi provare a programmare il medesimo difetto genetico nei Dario Rerio. Questo permetterebbe ai ricercatori di individuare determinate variazioni comportamentali, quali una sensibilità al tocco da parte del pesce, o delle sue reazioni a input visivi. "La speranza è che si rilevi un nesso tra il gene modificato ed un cambiamento di comportamento che si potrebbe di conseguenza andare a correggere con la somministrazione di determinate farmaci," dice Schier. "Siamo nel reame della fantascienza allo stadio attuale, ma non rimarrà impossibile ancora a lungo."