Perché gli scienziati stanno cercando nuovi farmaci nell'oceano
Mentre i ricercatori medici continuano i loro sforzi per migliorare la salute umana, alcuni stanno rivolgendo la loro attenzione all'oceano perché credono che i mari della Terra potrebbero ospitare una nuova chimica per combattere le malattie.
Gli oceani coprono più di due terzi della Terra. Come recita l'adagio, sappiamo di più sulla superficie della luna che sul fondo dell'oceano.
La capacità del mare di passare dalla rabbia oscura ed esplosiva alla calma serena e cristallina ha terrorizzato e sedotto l'umanità sin dalla prima volta che abbiamo visitato la spiaggia.
Data la natura vasta e inutilizzata degli oceani terrestri, ha senso sondare le loro profondità alla ricerca di trattamenti nuovi e innovativi.
Animali marini, piante e microbi hanno sviluppato un portafoglio unico di sostanze chimiche per difendersi e aiutare la comunicazione. Gli scienziati desiderano saperne di più su questi nuovi composti.
Perché guardare al mare?
Ci sono una serie di ragioni per cui la vita nel mare ha sviluppato una netta selezione di molecole. Ad esempio, gli animali ancorati al pavimento e sprovvisti di corazza, come spugne e coralli, devono trovare altri modi per difendersi. In molti casi, le sostanze chimiche sono la loro arma preferita.
Inoltre, le creature marine tendono ad avere un sistema immunitario relativamente primitivo e alcune vivono in habitat sovraffollati, come le barriere coralline, dove difendersi è un lavoro a tempo pieno.
Allo stesso tempo, gli organismi nell'oceano devono attirare alcuni organismi e respingerne altri. Devono anche coordinare la riproduzione sincronizzando il rilascio di uova e sperma nell'ambiente. Tutte queste cose richiedono molecole biologiche attive.
Gli animali e le piante che abitano nell'oceano si siedono e nuotano in un bagno di batteri, funghi e altri organismi intenti a trasformarli in un pasto o in una casa.
Questa diversità di minacce ha costretto l'evoluzione a organizzare battaglie chimiche sempre più complesse. Alcuni dei composti risultanti potrebbero essere utili per la nostra stessa guerra contro le malattie.
“Considera […] il cannibalismo universale del mare; tutte le cui creature si predano a vicenda, portando avanti la guerra eterna dall'inizio del mondo. "
Herman Melville, Moby Dick
Mari antichi
Il fascino dei ricercatori medici per il mare non è una novità. La prima prova dell'utilizzo di medicinali provenienti dall'oceano da parte degli esseri umani proviene dalla Cina nel 2953 a.E.V. Durante il regno dell'imperatore Fu Hsi, c'era una tassa sui profitti che provenivano dalla medicina derivata dal pesce.
Saltando avanti di qualche migliaio di anni fino agli anni '50, un chimico organico di nome Werner Bergmann isolò un certo numero di nucleosidi da una specie caraibica di spugna chiamata Cryptotethya crypta.
Queste sostanze chimiche hanno ispirato la creazione di una nuova generazione di farmaci, con gli scienziati che hanno derivato due farmaci chiamati Ara-A e Ara-C da questi nucleosidi. I medici usano Ara-A per trattare le infezioni da herpes e Ara-C per trattare la leucemia mieloide acuta e il linfoma non Hodgkin.
Negli ultimi anni, l'approvvigionamento di farmaci dall'oceano ha registrato una rinascita di interesse. Di seguito, forniamo alcuni esempi recenti.
Tossine della lumaca di mare
Conus magus è una lumaca di mare velenosa le cui dimensioni ridotte e il guscio decorativo smentiscono la sua mortale serie di neurotossine.
Il marchio di armi chimiche di questo invertebrato sono le conotossine, una famiglia di veleni altamente variabile che, sebbene la lumaca li usi per uccidere i pesci, sono più che in grado di uccidere un essere umano.
Esistono centinaia di altre specie di lumache coniche, incluso il cono geografico. Le persone a volte si riferiscono a questo mollusco come alla lumaca della sigaretta perché, dopo l'avvelenamento, hai solo il tempo sufficiente per fumare una sigaretta prima di morire.
Lo ziconotide è una versione sintetica della conotossina che funziona come analgesico ed è 1.000 volte più potente della morfina. Le persone possono prenderlo per trattare il dolore cronico che deriva da condizioni come il cancro, l'HIV in stadio 3 e alcuni disturbi neurologici.
È importante sottolineare che, come scrive un autore, "la somministrazione prolungata di ziconotide non porta allo sviluppo di dipendenza o tolleranza".
Tuttavia, poiché lo ziconotide funziona solo se gli operatori sanitari lo erogano direttamente nel liquido spinale (intratecale), lo usano solo quando altre terapie hanno fallito o non sono praticabili.
Trattamenti contro il cancro da sotto le onde
Nonostante anni di ricerca, il cancro si sta ancora dimostrando un osso duro. Sebbene il trattamento sia notevolmente migliorato, gli scienziati sono desiderosi di mettere le mani su nuove sostanze chimiche bioattive che potrebbero aiutare nella lotta. Alcuni ricercatori sul cancro stanno immergendo le dita dei piedi nell'oceano.
Più di recente, un gruppo di ricercatori ha studiato le molecole che avevano estratto dalle lamprede, un pesce parassita senza mascelle con un antico pedigree. In particolare, erano interessati ai cosiddetti recettori linfocitari variabili (VLR).
I VLR prendono di mira la matrice extracellulare (ECM), che è una rete di molecole che scorre tra le cellule. L'ECM svolge vari ruoli nel corpo. Ad esempio, fornisce supporto strutturale per i tessuti, aiuta le cellule e i tessuti a legarsi insieme e aiuta la comunicazione cellula-cellula.
Poiché i VLR prendono di mira l'ECM, i ricercatori ritengono che potrebbero fungere da muli di farmaci in grado di trasportare sostanze chimiche attraverso la barriera emato-encefalica normalmente impenetrabile e direttamente al cervello.
Teorizzano che se le VLR possono bypassare la barriera emato-encefalica, un ostacolo alla maggior parte dei farmaci, potrebbero essere in grado di trattare determinate condizioni, tra cui il cancro al cervello e l'ictus, in modo più efficace. Il loro lavoro preliminare in un modello murino ha prodotto risultati incoraggianti.
La meraviglia delle spugne
Le spugne sono di particolare interesse per i ricercatori di farmaci antitumorali. In effetti, gli autori di una recensione sull'argomento si riferiscono a loro anche come un "tesoro di droga". Loro scrivono:
“Ogni anno, circa 5.300 diversi prodotti naturali e nuovi composti sono stati isolati dalle spugne marine. […] Tali composti hanno dimostrato di avere attività antibatterica, antivirale, antimicotica, antimalarica, antitumorale, immunosoppressiva e cardiovascolare ".
La spugna Halichondria okadai è responsabile della produzione di una sostanza chimica degna di nota, che i ricercatori hanno replicato e ribattezzato eribulina.
In uno studio del 2010 che ha coinvolto donne con cancro al seno che aveva metastatizzato, il composto ha prolungato la durata della vita dei partecipanti. All'epoca, l'autore Prof.Christopher Twelves notò che, si spera, "[questi] risultati potrebbero stabilire l'eribulina come un nuovo trattamento efficace per le donne con carcinoma mammario metastatico in stadio avanzato".
Batteri marini
Altri scienziati hanno esaminato un composto chiamato seriniquinone da Serinicoccus, un genere raro di batteri marini. Gli scienziati hanno dimostrato che questa sostanza chimica può distruggere selettivamente le cellule tumorali del melanoma in laboratorio.
Sebbene il seriniquinone sia ben lontano dall'essere pronto per l'uso sugli esseri umani, uno studio di febbraio 2019 ci fa fare un passo avanti. Gli scienziati hanno identificato le sezioni della molecola che forniscono i suoi poteri di lotta contro il cancro.
Sebbene saranno necessarie molte più ingegneria chimica e ampi studi clinici, gli autori ritengono che "[o] in generale, questi studi suggeriscono che è fattibile progettare derivati del serinichinone specifici per il melanoma con proprietà simili ai farmaci".
Un farmaco che ha già superato la sfida degli studi clinici ed è diventato di uso comune è la trabectedina, nota con il marchio Yondelis. I produttori derivano questo farmaco da un estratto di Ecteinascidia, comunemente chiamato squirt marino, che è un invertebrato marino simile a una sacca.
I ricercatori hanno identificato per la prima volta le proprietà antitumorali dell'estratto di schizzi di mare alla fine degli anni '60 e, a seguito di indagini approfondite, i ricercatori hanno ora trovato un modo per sintetizzarlo e produrlo in quantità maggiori.
Yondelis è stato il prodotto di questo lavoro e ora ha l'approvazione per il trattamento del sarcoma dei tessuti molli in Russia, Europa e Corea del Sud. Gli scienziati lo stanno anche sperimentando per l'uso contro altri tumori, tra cui il cancro alla prostata e al seno.
Resistenza agli antibiotici
La minaccia della resistenza agli antibiotici raramente lascia la prima linea delle menti dei ricercatori medici. Un numero crescente di agenti patogeni sta diventando impermeabile ai moderni antibiotici. Questa mancanza di suscettibilità li rende molto più difficili da trattare e, quindi, significativamente più pericolosi.
Secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC), la resistenza agli antibiotici è "una delle maggiori sfide per la salute pubblica del nostro tempo".
La ricerca è in corso per nuovi composti in grado di colmare le crescenti lacune lasciate dagli antibiotici inefficaci.
Alcune persone in questa missione si sono rivolte al mare e un gruppo si è concentrato sulla melma di pesce, il rivestimento velato che copre alcune specie.
Questa melma lavora duramente per distruggere gli agenti patogeni nell'ambiente marino, quindi alcuni scienziati si chiedono se possa aiutare a combattere anche gli agenti patogeni terrestri.
I ricercatori della California State University di Fullerton e dell'Oregon State University di Corvallis sono riusciti a isolare 47 distinti ceppi di batteri dal muco. Hanno coltivato questi batteri e li hanno ridotti a un estratto chimico.
Successivamente, hanno testato questo estratto contro altri patogeni e hanno scoperto che cinque dei ceppi batterici erano altamente efficaci contro la meticillina resistente Staphylococcus aureus (MRSA), mentre tre erano efficaci contro candida albicans.
Hanno presentato i loro risultati preliminari all'American Chemical Society Spring 2019 National Meeting & Exposition.
Un altro studio, presentato in Frontiere in microbiologia, esaminato Laminaria ochroleuca, una specie di alghe che sembra essere una ricca fonte di Actinobacteria.
Gli actinobatteri sono particolarmente interessanti per i ricercatori medici. Come spiegano gli autori dello studio, "le bioattività riportate dagli actinobatterici [prodotti naturali] includono attività antibatteriche, antimicotiche, antitumorali, antitumorali, antinfiammatorie, antivirali, citotossiche e immunosoppressive".
Alcuni degli estratti di actinobatteri erano efficaci contro C. albicans e S. aureus. È interessante notare che, secondo l'autrice senior Dr. Maria de Fátima Carvalho, "sette degli estratti hanno inibito la crescita del cancro al seno e in particolare dei tumori delle cellule nervose, pur non avendo alcun effetto sulle cellule non cancerose".
Resistenza antifungina
Accanto al problema della resistenza agli antibiotici c'è il problema parallelo della resistenza antifungina: anche i farmaci che uccidono i funghi stanno perdendo i denti. Alcuni sperano che le spugne marine possano essere in grado di aiutare.
Ad esempio, la ricerca ha dimostrato che gli estratti chimici dal Jaspis specie di spugne erano efficaci contro C. albicans in un modello di topo.
Allo stesso modo, uno studio ha scoperto che eurysterols A e B, due sostanze chimiche da una spugna del genere Euryspongia, "Ha mostrato attività antifungina contro ceppi resistenti all'amfotericina B e wild-type di [C. albicans]. " Hanno anche ucciso cellule di carcinoma del colon umano in laboratorio.
Gli scienziati scoprono circa 1.000 nuovi composti negli oceani ogni anno. Come spiega un autore, "sono spesso caratterizzati da novità strutturali, complessità e diversità".
Tuttavia, ci sono ancora pochissimi composti derivati dal mare che giocano un ruolo nel trattamento della malattia. Perché non utilizziamo più di queste nuove sostanze chimiche?
Il divario tra chimica e clinica
In primo luogo, come con qualsiasi farmaco sperimentale, c'è un grande salto tra un piatto di coltura in un laboratorio e un paziente. In una creatura vivente, i farmaci non sempre rispondono nel modo in cui gli scienziati si aspettano.
In secondo luogo, molti farmaci hanno effetti collaterali tossici che li rendono inutilizzabili. Nessuno di questi problemi è un vicolo cieco in quanto farmacologi e chimici possono modificare molecole o progettare sostanze chimiche simili, ma tutto ciò richiede tempo.
Un altro problema considerevole è la generazione di quantità sufficienti di sostanze chimiche di derivazione marina. Molte delle specie non possono sopravvivere in cattività o richiedono ambienti altamente specifici e difficili da mantenere. Ancora una volta, questo significa che gli scienziati devono trovare modi per replicare le molecole di interesse, il che è un percorso lungo e complicato.
Parlando di questi temi, gli autori di una recensione scrivono che "il potere della sintesi organica e della chimica medicinale dovrà venire a sopportare". Questi sono cerchi tecnici e costosi da superare.
In conclusione, anche se sembra che ci siano molte promesse nei mari del pianeta, molte delle potenziali strade sono lunghe e tortuose e non ci saranno vittorie rapide.
Mentre gli esseri umani accumulano una pressione crescente sugli ecosistemi marini, le preoccupazioni per la salute dei nostri oceani stanno raggiungendo il culmine. Può darsi che i potenziali farmaci del futuro stiano svanendo prima che gli scienziati abbiano la possibilità di raccoglierli.
