DOPING GENETICO: FRODE HI-TECH??

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DOPING GENETICO: FRODE HI-TECH?? l'inserimento di geni in grado di modificare strutture e performance atletiche e' una realta'ormai alle porte. di Mara Besacchi, Medico Veterinario, specializzando in "Scienza e Medicina degli Animali da Laboratorio", personal trainer. Al giorno d'oggi sono tante le critiche e le problematiche ( legali, etiche,sportive e di salute) legate al fenomeno "doping";cosi, come tante sono le metodiche ricercate e attuate per cercare di eradicare il problema. Questa ipotesi pero', col passare del tempo, ed il prosieguo delle ricerche medico-scientifiche sta forse diventando pura utopia. Negli ultimi anni, infatti, si sono sviluppati protocolli terapeutici che, impropriamente utilizzati, potranno risultare fonte di una forma di doping subdolo, non rilevabile, e di conseguenza, non eradicabile. Non si può', infatti, lottare contro un nemico che e' allo stesso tempo invisibile e silenzioso. Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta. In Pennsylvania, da alcuni anni, studiosi e ricercatori sono impegnati in lavori scientifici volti a concepire una terapia in grado di ridurre le alterazioni funzionali e strutturali correlate con l'invecchiamento; le stesse che, di molto accelerate, si riscontrano in soggetti affetti da patologie di tipo distrofico. Durante l'invecchiamento i mammiferi perdono fino ad un terzo della loro massa muscolare ( nel periodo fra i trenta e gli ottanta anni per l'uomo) e della loro forza ( perdita soprattutto di fibre di tipo IIB ovvero le fibre più' forti o fibre veloci) per sezione trasversa muscolare.I medesimi danni si sono riscontrati tanto in topi vecchi quanto in topi distrofici. Il tessuto muscolare perso e' sostituito da tessuto fibroso ed adiposo. Con l'invecchiamento si nota una riduzione nell'attività' dell'asse GH-IGF1 cui consegue un aumento dei processi catabolici.La normalizzazione dei livelli di GH (associata ad aumento delle IGF1) si e' dimostrata in grado di aumentare la massa ma tale ipertrofia non si e' dimostrata funzionale non avendo ottenuto alcuna variazione nella forza. Tlei'muscolo scheletrico la perdita di funzionalità' può' essere dovuta ad aumentata suscettibilità' al danno muscolare da utilizzo o ad una diminuita abilita' riparatoria ( cioè' un calo nell'attivazione delle cellule satellite -cellule staminali muscolo specifiche-) o ad una combinazione di entrambe. E' stato suggerito che anche nel caso di distrofie muscolari l'incapacità' di adeguata riparazione dei danni da contrazione (dovuti ad aumentata suscettibilità' a quest'ultima) e' la causa prima della perdita di funzionalità'.Quest'aumentata suscettibilità' e' data, nei pazienti distrofici, dall'assenza della distrofina, proteina che normalmente ha la funzione di dissipare la forza prodotta dalle contrazioni, attraverso la membrana, all'esterno delle cellule.(Fig.l). Si e' cercato quindi un modo per indurre un aumento delle IGF1 a livello della muscolatura scheletrica.Iniertare la proteina risulta inutile, in quanto viene inattivata entro poche ore.Per di più' una sua elevata concentrazione in circolo può' provocare grossi danni a livello cardiaco ed aumentare il richio di sviluppare tumori. Quindi nel tentativo di provocare un aumento di IGF1 a livello di sola muscolatura scheletrica si e' giunti all'idea dell'utilizzo di un vettore virale che portasse all'interno delle cellule muscolari un gene responsabile di una sovraespressione di IGF1. I virus ingannano le cellule di un organismo inducendole a portarli al proprio interno ed una volta nel nucleo ne utilizzano l'apparato cellulare per replicare i propri geni.( Fig.2). II vettore prescelto in questo caso e' stato il virus adenoassociato (AAV) poiché' infetta rapidamente la muscolatura umana senza provocare alcuna malattia conosciuta. AAV e' stato modificato con l'inserimento di un gene. L'IGFl sovraespressa può' preservare le caratteristiche funzionali e morfologiche della muscolatura scheletrica. Ciò' indica che l'espressione di IGF1, nei casi di leggera distrofia ( non di Duchenne) nonostante non sia il difetto primario, può' aumentare la percentuale di rigenerazione muscolare e perpio' preservare la funzionalita'.Questo perche' l'IGFl amplifica la proliferazione delle cellule satellite attivate quindi migliora l'ipertrofia muscolare attraverso la fusione di queste cellule alle fibre preesistenti. Una volta preparato il virus vettore lo si e' posto in una soluzione, affinchè', immergendovi il tessuto muscolare, questo lo endocitasse. Ad oggi ancora si ignora se sia preferibile un'iniezione diretta nel muscolo oppure la via ematica.

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DOPING GENETICO: FRODE HI-TECH?? l'inserimento di geni in grado di modificare strutture e performance atletiche e' una realta'ormai alle porte.

di Mara Besacchi, Medico Veterinario, specializzando in "Scienza e Medicina degli Animali da Laboratorio",

personal trainer.

Al giorno d'oggi sono tante le critiche e le problematiche ( legali, etiche,sportive e di salute) legate al fenomeno "doping";cosi, come tante sono le metodiche ricercate e attuate per cercare di eradicare il problema. Questa ipotesi pero', col passare del tempo, ed il prosieguo delle ricerche medico-scientifiche sta forse diventando pura utopia. Negli ultimi anni, infatti, si sono sviluppati protocolli terapeutici che, impropriamente utilizzati, potranno risultare fonte di una forma di doping subdolo, non rilevabile, e di conseguenza, non eradicabile. Non si può', infatti, lottare contro un nemico che e' allo stesso tempo invisibile e silenzioso. Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta.

In Pennsylvania, da alcuni anni, studiosi e ricercatori sono impegnati in lavori scientifici volti a concepire una terapia in grado di ridurre le alterazioni funzionali e strutturali correlate con l'invecchiamento; le stesse che, di molto accelerate, si riscontrano in soggetti affetti da patologie di tipo distrofico. Durante l'invecchiamento i mammiferi perdono fino ad un terzo della loro massa muscolare ( nel periodo fra i trenta e gli ottanta anni per l'uomo) e della loro forza ( perdita soprattutto di fibre di tipo IIB ovvero le fibre più' forti o fibre veloci) per sezione trasversa muscolare.I medesimi danni si sono riscontrati tanto in topi vecchi quanto in topi distrofici. Il tessuto muscolare perso e' sostituito da tessuto fibroso ed adiposo.

Con l'invecchiamento si nota una riduzione nell'attività' dell'asse GH-IGF1 cui consegue un aumento dei processi catabolici.La normalizzazione dei livelli di GH (associata ad aumento delle IGF1) si e' dimostrata in grado di aumentare la massa ma tale ipertrofia non si e' dimostrata funzionale non avendo ottenuto alcuna variazione nella forza.

Tlei'muscolo scheletrico la perdita di funzionalità' può' essere dovuta ad aumentata suscettibilità' al danno muscolare da utilizzo o ad una diminuita abilita' riparatoria ( cioè' un calo nell'attivazione delle cellule satellite -cellule staminali muscolo specifiche-) o ad una combinazione di entrambe. E' stato suggerito che anche nel caso di distrofie muscolari l'incapacità' di adeguata riparazione dei danni da contrazione (dovuti ad aumentata suscettibilità' a quest'ultima) e' la causa prima della perdita di funzionalità'.Quest'aumentata suscettibilità' e' data, nei pazienti distrofici, dall'assenza della distrofina, proteina che normalmente ha la funzione di dissipare la forza prodotta dalle contrazioni, attraverso la membrana, all'esterno delle cellule.(Fig.l).

Si e' cercato quindi un modo per indurre un aumento delle IGF1 a livello della muscolatura scheletrica.Iniertare la proteina risulta inutile, in quanto viene inattivata entro poche ore.Per di più' una sua elevata concentrazione in circolo può' provocare grossi danni a livello cardiaco ed aumentare il richio di sviluppare tumori. Quindi nel tentativo di provocare un aumento di IGF1 a livello di sola muscolatura scheletrica si e' giunti all'idea dell'utilizzo di un vettore virale che portasse all'interno delle cellule muscolari un gene responsabile di una sovraespressione di IGF1.

I virus ingannano le cellule di un organismo inducendole a portarli al proprio interno ed una volta nel nucleo ne utilizzano l'apparato cellulare per replicare i propri geni.( Fig.2).

II vettore prescelto in questo caso e' stato il virus adenoassociato (AAV) poiché' infetta rapidamente la muscolatura umana senza provocare alcuna malattia conosciuta. AAV e' stato modificato con l'inserimento di un gene.

L'IGFl sovraespressa può' preservare le caratteristiche funzionali e morfologiche della muscolatura scheletrica. Ciò' indica che l'espressione di IGF1, nei casi di leggera distrofia ( non di Duchenne) nonostante non sia il difetto primario, può' aumentare la percentuale di rigenerazione muscolare e perpio' preservare la funzionalita'.Questo perche' l'IGFl amplifica la proliferazione delle cellule satellite attivate quindi migliora l'ipertrofia muscolare attraverso la fusione di queste cellule alle fibre preesistenti.

Una volta preparato il virus vettore lo si e' posto in una soluzione, affinchè', immergendovi il tessuto muscolare, questo lo endocitasse. Ad oggi ancora si ignora se sia preferibile un'iniezione diretta nel muscolo oppure la via ematica.

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L'espressione delle IGFl persiste per più' di 9 mesi dal momento dell'iniezione virale. In giovani topi si e' riscontrato un aumento di massa del 19% ed all'interno delle fibre muscolari un aumento dei nuclei centrali espressione di rigenerazione ( esame a 6 mesi daU'iniezione).In topi adulti, a 9 mesi dall'iniezione, non si notano più' i nuclei centrali (presenti nei primi mesi) nonostante sia mantenuta l'espressione delle IGF1.I nuclei periferici visibili tanto nei topi adulti quanto in quelli giovani indicano invece la fusione delle cellule satellite con fibre preesistenti.

Nei giovani animali l'aumento dell'area di sezione muscolare trasversale si traduce in un aumento della forza ( forza isometrica aumentata del 14%) senza alcuna variazione nel numero delle fibre, della loro tipologia ne' di alcun parametro contrattile. Nei topi adulti ad un aumento di sezione del 15% e' corrisposto un aumento di forza del 27% a significare che la riduzione della forza specifica dovuta a senescenza e' stata ,di molto .contrastata.

Nella fase di senescenza la perdita di fibre di tipo IIB risulta anche dalla morte dei motoneuroni che le innervano.Non e' chiaro se la morte dei motoneuroni e' un evento primario oppure e' secondaria conseguenza dell'incapacità' dei motoneuroni veloci a competere con i motoneuroni lenti per l'innervazione delle fibre rigeneranti. Non e' possibile discernere tra un meccanismo indiretto di preservazione dei motoneuroni veloci (IIB) attraverso la stabilizzazione dei loro bersagli ( fibre veloci IIB) ed un'azione diretta delle IGFl sui motoneuroni che consente la loro sopravvivenza. Entrambi i meccanismi potrebbero contribuire alla preservazione della distribuzione del tipo di fibra in un soggetto anziano osservato.( Fig.3).

Il meccanismo mediante il quale le IGFl vengono limitate alla muscolatura scheletrica non e'pero' chiaro.Puo' essere che la matrice extracellulare catturi tutte le IGFl secrete o che le IGFl siano incapaci di accedere al sangue se secrete dal muscolo.

A distanza di 4 settimane dall'iniezione virale si sono creati 3 gruppi di studio:

-gruppo A di controllo osservato per 8 settimane - gruppo B sottoposto ad allenamento per 8 settimane - gruppo C mantenuto in disallenamento per 12 settimane dopo le 8 di allenamento.

L'assunzione di cibo e' pure stata controllata affinchè' fosse proporzionale per non creare false differenze fra i gruppi.

Risultati: il gruppo sottoposto a solo allenamento di resistenza ha riportato un aumento del 23.3% della massa e del 14.4% della forza. I muscoli sottoposti sia ad iniezione virale che ad allenamento ( gruppo B) hanno evidenziato un ulteriore incremento del 7.3% e del 12.2%, rispettivamente, rispetto al gruppo A. La perdita di massa dovuta all'inattività' e' limitata al 4.8% contro un 8.3% riscontrato in soggetti allenati e poi posti in inattività' senza aver subito la sovraespressione delle IGFl.Questi soggetti presentano, dopo il periodo di allenamento, un calo significativo delle proteine miofibrillari; molto più' accentuato dei soggeti del gruppo A. La capacita' aerobica inoltre non varia tra i muscoli dei soggetti del gruppo A e quelli dei soggetti allenati in assenza dell'iniezione virale.Ma cambia nei soggetti del gruppo B. La presenza di nuclei centrali e' indice di rigenerazione di fibre e di attivazione delle cellule satellite.Nel gruppo allenato ed in quello sedentario, se non sottoposti ad iniezione virale, questo aumento non e' significativo. Ma nel gruppo B l'aumento e' del 21.5% +- 3.9%. Nel gruppo C il numero dei nuclei centrali diminuisce ma resta comunque molto maggiore di quanto non sia nei gruppi non iniettati.

Queste osservazioni inducono a pensare che le IGFl possano ridurre la perdita di massa dovuta al disallenamento. Il proporzionale aumento di massa avuto durante l'allenamento e' proporzionalmente mantenuto durante l'inattività'. (Fig.4).

Alcune osservazioni dicono che non tutte le fibre concorrono alla produzione di forza ma quelle deputate a ciò' subiscono un danno il quale non viene adeguatamente riparato. Questo lo di deduce dal fatto che la massa aumenta del 10% in più' rispetto alla forza. Si e' anche pensato pero' che parte dell'aumento in massa sia da imputare ad un aumentato contenuto in acqua della muscolatura allenata, motivo per il quale e' stato sopra detto che questi soggetti presentano, dopo il periodo di allenamento, un calo relativo nel contenuto proteico muscolare.

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Altri fattori influenzano il calo nella forza muscolare: l'aumento di fibrosi e di danni al sarcolemma ;questo giustifica la differenza tra l'incremento di massa e quello di forza. La presenza di IGFl nel gruppo B elimina ogni disparita' tra massa e forza.Cio' indica che il processo di sintesi proteica e' aumentato dalle IGFl.(Fig.5).

L'espressione transgenica di IGFl riduce significativamente il danno alle fibre e, virtualmente, elimina la fibrosi, forse inibendo l'infiltrazione fibrotica.

In soggetti solamente allenati, quando l'allenamento e' stato sufficiente a provocare ipertrofia e danno al muscolo non ha comunque comportato la fusione tra cellule satellite e fibre pre-esistenti. La mancanza dei nuclei centrali in questo gruppo suggerisce che le cellule satellite non sono causa di ipertrofia; al contrario e' un aumento nella sintesi proteica delle fibre muscolari il motivo dell'aumento di massa, attraverso il legame delle IGFl con i propri recettori sulle membrane delle fibre muscolari. L'aumento dei nuclei centrali dimostra invece nel gruppo B l'ipotesi che l'esercizio ha attivato le cellule satellite e perciò' indotto le stesse, tramite IGFl, ad accentuare la loro proliferazione e fusione. Cellule satellite inattivate non esprimono infatti recettori per IGFl, ma queste cellule possono essere potenzialmente attivate dal danno e rispondere agli aumentati livelli di IGFl con un'amplificazione della loro proliferazione.

La presenza di nuclei centrali anche nel gruppo C serve quale indicatore degli eventi di fusione occorsi durante l'allenamento; oppure e' possibile che la riparazione muscolare e la rigenerazione continuino nella fase di sedentarietà'.

Il disallenamento provoca significativa riduzione della resistenza indotta dall'allenamento.L'attenuazione della perdita di massa in seguito a disallenamento e' attuata dalle IGFl in 2 possibili modi:

aumentata attivazione delle cellule satellite, loro proliferazione e mantenimento della fusione nel periodo di disallenamento.Questo effetto può' ridursi. i processi chimici di sintesi proteica indotti dalle IGFl possono contribuire a mantenere i guadagni di massa e forza derivati dall'allenamento.Non e' pero' chiaro ciò' che accade in un lungo periodo di disallenamento.

Le tecniche fin qui descritte oltre a migliorare la qualità' della vita nei pazienti anziani ( mantenimento della forza e della mobilita') e dei pazienti distrofici, potrebbero essere di grande interesse per atleti d'elite: per migliorare le performance, per ottenere aumenti di massa e di forza; per prolungare il beneficio di un periodo di allenamento durante periodi di forzata inattività' ( es. infortuni). Le autorità' sportive temono quest'ultima evenienza ( visto che la sperimentazione clinica su soggetti umani distrofici sono di prossimo avvio). Non entrerebbe in circolo nessuna molecola estranea, perciò' sarebbe impossibile capire qualcosa dai test ematici e delle urine.L'unico modo sarebbe ricorrere ad una biopsia ma, oltre alla riluttanza di un atleta a sottoporsi a tale pratica all'approssimarsi di una competizione, il ritrovamento del virus vettore non sarebbe significativo; essendo infatti un innoquo naturale virus l'infezione potrebbe essere stata casuale. La World Anti-Doping Authority ( WADA) ha già' chiesto agli scienziati di collaborare per impedire che la terapia genica diventi strumento di doping; ma quando queste terapie saranno comuni prassi mediche sarà' impossibile impedire agli atleti di accedervi.

BIBLIOGRAFIA

Barton-Davis E.R. e altri: "ViraiMediatetiExpression of Insulin-like Growth Factor 1 Blocks the Aging-Related Loss ofSkeletal Muscle F«ncfto«".Proceedings of the National Academy of Sciences USA. Voi. 95, n° 26,22 dicembre 1998.

Lee Sukho e altri: 1 Virai Expression of Insuline-like Growth Factor Enhances Muscle Hypertrophy in Resistence-Trained Rats"Journal of Applied Physiology. Voi. 96, n° 3, marzo 2004.

H. Lee Sweeney: 1 Atleti geneticamente modificati". Le Scienze, n° 432, Agosto 2004.

http ://www. wada-ama.org