Un approccio interdisciplinare che vede coinvolti l’Istituto nazionale di ottica del Cnr, il Laboratorio europeo di spettroscopie non-lineari, l’Istituto di medicina sperimentale cardiovascolare dell’Università di Friburgo e il Centro di microscopia elettronica dell’Università del Colorado Boulder (Usa) ha reso possibile la scoperta di un nuovo sistema di diffusione assistita all’interno delle cellule cardiache. L’articolo pubblicato su Circulation Research
Roma, 3 febbraio 2021 – Combinando competenze di fisiologia cardiaca, microscopia ottica ed elettronica presenti nell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino), nel Laboratorio europeo di spettroscopie non-lineari (Lens), nell’Istituto di medicina sperimentale cardiovascolare dell’Università di Friburgo (Germania) e nel Centro di microscopia elettronica dell’Università del Colorado Boulder (Usa) è stato scoperto un meccanismo di diffusione assistita all’interno delle cellule del cuore e si è dimostrato come questo meccanismo sia indispensabile per mantenere in giusto equilibrio ionico all’interno delle cellule del muscolo cardiaco. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Circulation Research.
“Le cellule del nostro cuore contengono una fitta rete di micro-tubi chiamata rete tubulare, che oltre a propagare i segnali elettrici fanno giungere la soluzione extra-cellulare fino alle regioni più interne della cellula. La diffusione della soluzione all’interno di questa rete è però molto lenta, sollevando numerose questioni su come viene mantenuta la giusta concentrazione di ioni durante i continui scambi con lo spazio intra-cellulare”, spiega Marina Scardigli del Lens.
“Il nostro studio mostra che l’attività meccanica delle cellule cardiache assiste lo scambio dei contenuti all’interno di questa rete, comprimendoli ritmicamente ad ogni battito cardiaco. Questo spinge il contenuto usato fuori dai tubi (proprio come facciamo con il dentifricio), che dopo il rilassamento cellulare viene sostituito con della soluzione fresca, risucchiando soluzione extra-cellulare al loro interno – prosegue Leonardo Sacconi del Cnr-Ino e Università di Friburgo – In sostanza, le cellule del muscolo cardiaco ventilano il loro sistema di tubi proprio come fanno gli insetti nei loro sistemi di respirazione tracheale. Finora, si pensava che il mantenimento del contenuto dei tubuli avvenisse solo per diffusione passiva. La bellezza di questa diffusione assistita è che, con l’aumentare della domanda, aumenta anche il numero di cicli di ventilazione: è quindi un sistema che si autocontrolla”.
Fig. 1 – Modello 3D di un tubulo-T (verde), reticolo sarcoplasmatico (giallo), mitocondri (blu) e microtubulo (rosso) estratti da un tomogramma elettronico di un cuore di coniglio (profondità 300 nm)
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